Триацетат целюлози за формулою являє собою складне органічне з’єднання. Раніше воно використовувалося для виготовлення кіно – і фотоплівки, а в даний час основною областю застосування є виготовлення тканин і плівок для рентгенологічних досліджень.
Опис
Триацетат целюлози – це ефір целюлози і оцтової кислоти. Являє собою аморфне речовина білого кольору у вигляді пластівців або порошку.
Хімічна формула триацетата целюлози: [С6Н7О2 (ОСОСН3)3]n, де: n – ступінь полімеризації. Це значення знаходиться в межах 150-700. Середня ступінь полімеризації – 260-300. Молекулярна маса сполуки становить 25-115 тисяч г/моль.
Структурна формула триацетата целюлози представлена на малюнку нижче.
Це з’єднання є термопластом, тобто здатне при нагріванні переходити у високоеластичний стан, однак його термічна стійкість не висока. При температурі розм’якшення починає змінюватися забарвлення матеріалу.
Фізико-хімічні властивості
Триацетат целюлози, формула якого містить 3 ацетильних групи COCH3, володіє наступними основними характеристиками:
- добре розчинний у таких речовинах, як: крижана оцтова кислота, хлороформ, анілін, піридин, фенол, мурашина кислота, формамід, рідкий сірчистий ангідрид, метиленхлорид (найбільш поширений розчинник в даний час);
- легко кристалізується при нагріванні до температури 210-225°С;
- не розчинний у воді, складних ефірах, ацетоні і етилацетаті;
- низька гігроскопічність;
- щільність 1280-1330 кг/м3;
- в розчинах кислот і лугів відбувається омилення речовини, тобто воно нестійке;
- хороша світлостійкість;
- високі волокно – та плівкоутворюючі властивості;
- температура розм’якшення – 190-210 °C, розкладання (деструктурирования) – 230 °C;
- температура займання – 295 °С, самозаймання – 380-430 °С.
Термостабільність речовини підвищують шляхом додавання стабілізаторів (антиоксидантів, до складу яких входять аміногрупи, і інших речовин).
Синтез
Вперше ацетатні ефіри целюлози були отримані в 1865 р. німецьким вченим Шютценбергом. В даний час триацетат (або первинний ацетат целюлози) синтезують шляхом повного ацетилювання бавовняної або деревної целюлози із застосуванням оцтового ангідриду. Цей процес незворотній і відбувається в присутності каталізаторів – сірчаної або хлорної кислоти. Згідно даних ІЧ-спектра, використання каталізаторів складу H2SO4+Mg(ClO4)2 дозволяє отримати з’єднання з більш високими якісними і технологічними показниками.
Оцтова кислота в триацетате целюлози знаходиться у зв’язаному стані. Її вміст знаходиться в межах 60-61,5%. Для створення більш однорідного продукту необхідно подальше омилення цієї речовини. У складі ацетилирующей суміші, крім ангідриду і каталізаторів, знаходиться також розчинник (гомогенний метод одержання) або розчинник (гетерогенна технологія).
Особливостями виробництва триацетата целюлози, що відрізняють його від виготовлення інших ефірів целюлози, є:
- неможливість контролю утворення складних ефірів;
- необхідність використання каталізатора;
- регулювання ацетильних груп в подальшому процесі омилення.
Різновиди
Ця речовина може бути отримано в декількох структурних модифікаціях:
- При ацетилировании, тобто заміщення атомів водню залишками оцтової кислоти CH3CO (або ацетильной групою). В даному випадку відбувається утворення триацетат целюлози I. Процес проводиться в суміші оцтового ангідриду і бензолу, при температурі 55°С.
- Другу модифікацію синтезують при переосаждении із суміші хлороформу і ефіру. Це з’єднання є більш стійким порівняно з попереднім типом.
Обидва стани речовини знаходяться в рівновазі, яке залежить від температури і роду розчинника. Перехід з I в II модифікацію є оборотним. Його можна провести за допомогою обробки різними хімічними реагентами. При низьких температурах — незалежно від вихідної сировини — переважно синтезується ацетат целюлози I, а друга модифікація утворюється при високих температурах етерифікації гідратцелюлози. Другий тип структури також можна отримати омылением першої модифікації розчином їдкого натру в метиловому спирті.
Виготовлення тканин
Ще в 1901 р. був виданий перший патент на вироблення штучного волокна з даного з’єднання і почалося його промислове освоєння. Формула триацетата целюлози, як і інших ацетатів цієї речовини, характеризується великою різницею по молекулярній масі. У зв’язку з цим вихідний целюлозний матеріал відрізняється неоднорідністю, а це позначається на прядильних властивості волокон. Низькомолекулярні фракції також значно погіршують їх якість.
Волокно формується при випаровуванні рідини в розчинах триацетата целюлози в суміші ацетону з водою або розчинниках (метиленхлорид, етанол, метанол). Нитки використовуються як дешева сировина для виробництва штучного шовку, трикотажних виробів і в технічних цілях. Застосування триацетата целюлози в якості основи для тканин дозволяє отримати їх високі споживчі характеристики:
- достатня світло – і теплостійкість;
- хороший зовнішній вигляд, що нагадує натуральний шовк);
- стійкість до багатьох хімічних речовин і мікроорганізмів;
- збереження форми;
- гіпоалергенність.
До недоліків відносяться низька гігроскопічність, зменшення міцності волокон при їх намоканні, невелика стійкість до механічного стирання, накопичення статичної електрики.
Триацетат целюлози: застосування в інших областях
З 1952 р. ця речовина була основним компонентом при виготовленні кіно – і фотоплівок, магнітних стрічок. Нині воно використовується також у виробництві плівок для рентгенівських знімків. Для цього матеріалу характерна стабільність в розмірах, невелике поглинання вологи, газопроникність. У деяких компаніях речовина входить до складу покриттів для сонцезахисних окулярів.
У промисловості також знаходить широке застосування продукт омилення триацетата целюлози. Його використовують при виготовленні пластмас (этролы) та штучного волокна. Відмінною особливістю цієї речовини є можливість внесення більш різноманітних видів пластифікаторів порівняно з триацетатом целюлози.
У лакофарбовій промисловості це з’єднання додають до складу лаків для кращого утворення плівки. Згідно рентгенограмах і вивчення ІЧ-спектру речовини, застосування очищених сиропів триацетата целюлози дозволяє підвищити фізико-механічні властивості плівок на 20%.
