В 1865 году французский химик Поль Шютценбергер обнаружил, что целлюлоза реагирует с уксусным ангидридом с образованием ацетата целлюлозы. Немецкие химики Артур Эйхенгрюн и Теодор Беккер изобрели первые растворимые формы ацетата целлюлозы в 1903 году. [3]
В 1904 году Камиль Дрейфус и его младший брат Анри проводили химические исследования и разработки ацетата целлюлозы в сарае в саду своего отца в Базеле , Швейцария, который в то время был центром красильной промышленности . В течение пяти лет братья Дрейфус систематически изучали и экспериментировали в Швейцарии и Франции. К 1910 году они производили пленку для киноиндустрии , и небольшое, но постоянно растущее количество ацетатного лака, называемого « дурманом », продавалось развивающейся авиационной промышленности для покрытия ткани, покрывающей крылья и фюзеляж . [4]
В 1913 году, после примерно двадцати тысяч отдельных экспериментов, они произвели превосходные лабораторные образцы непрерывной нити, которая до сих пор ускользала от производства ацетата целлюлозы. [4] К сожалению, начало Первой мировой войны отложило коммерческое развитие этого процесса.
В ноябре 1914 года британское правительство пригласило доктора Камиллу Дрейфуса приехать в Англию для производства ацетатного раствора, и была основана «Британская компания по производству целлюлозы и химикатов». В 1917 году, после вступления Соединенных Штатов в войну, военное министерство США пригласило доктора Дрейфуса основать аналогичную фабрику в США. Оба предприятия успешно проводились на протяжении всей войны.
После войны внимание вернулось к производству ацетатных волокон. Первая пряжа была приличного качества, но сопротивление продаж было сильным, и производители шелка усердно работали над дискредитацией ацетата и препятствованием его использованию. Однако термопластичная природа ацетата сделала его отличным волокном для муара , поскольку рисунок оставался стойким и не смывался. Эта же особенность впервые сделала постоянные складки коммерческим фактом и дала мощный импульс развитию стиля всей индустрии одежды. [4]
Смешение шелка и ацетата в тканях было осуществлено вначале, и почти сразу же был добавлен и хлопок, что сделало возможным производство дешевых тканей с помощью волокна, которое тогда было дешевле, чем шелк или ацетат. Сегодня ацетат смешивают с шелком, хлопком , шерстью , нейлоном и т. д., чтобы придать тканям отличное восстановление после складок, хороший вес, хорошую хватку, качество драпировки, быстрое высыхание, правильную стабильность размеров, возможность перекрестного окрашивания по очень конкурентоспособной цене. [4]
Использование
Волокно
Волокно ацетата целлюлозы, одно из первых синтетических волокон, основано на целлюлозе хлопка или древесной массы (« биополимерах »). В последние десятилетия эти «целлюлозные волокна» во многих сферах применения были заменены более дешевыми волокнами на основе нефти ( нейлоном и полиэстером ). [5]
Торговые названия ацетата включают Acele, Avisco, Celanese, Chromspun и Estron. [6]
Ацетат имеет много общего с вискозой и раньше считался одним и тем же текстилем. Ацетат отличается от вискозы использованием в производстве уксусной кислоты . Теперь эти две ткани должны быть отдельно указаны на этикетках одежды. [7]
Вискоза устойчива к нагреванию, а ацетат склонен к плавлению. Ацетат следует стирать с осторожностью либо вручную, либо в химчистке. [8] [9]
Дышащая природа ткани позволяет использовать ее в качестве подкладки. Ацетатная ткань часто используется в свадебных платьях и других свадебных нарядах. [10] Его блестящий блеск и гладкая атласная текстура делают его хорошей альтернативой шелку. [8]
Характеристики
Ацетат — это недорогое промышленное волокно, обладающее хорошими драпирующими свойствами . Ацетат используется в таких тканях, как атлас , парча , трикотаж и тафта , чтобы подчеркнуть блеск, объем, драпировку и красоту.
Рука: мягкая, гладкая, сухая, четкая, упругая.
Комфорт: дышит, впитывает влагу, быстро сохнет, не оставляет статического электричества.
Драпировка: подкладка движется вместе с телом. Подкладка повторяет форму одежды.
Цвет: глубокие блестящие оттенки с атмосферным окрашиванием, соответствуют требованиям по стойкости цвета.
Блеск: отражение света создает фирменный внешний вид.
Характеристики: устойчивы к пятнам от пота, устойчивы к химической чистке, воздухо- и паропроницаемы.
Прочность: слабое волокно с разрывной прочностью от 1,2 до 1,4 г/день; быстро теряет прочность при намокании
Истирание: плохая стойкость
Сохранение тепла: плохое сохранение тепла; нет аллергенного потенциала (гипоаллергенный)
Окрашивание: (два метода) метод перекрестного крашения, при котором нити одного волокна и нити другого волокна вплетаются в ткань по желаемому рисунку; метод окрашивания в растворе обеспечивает превосходную стойкость цвета под воздействием солнечного света, пота, загрязнений воздуха и стирки [2] [11]
ацетат растворим во многих распространенных растворителях (особенно в ацетоне и других органических растворителях) и может быть модифицирован для растворимости в альтернативных растворителях, включая воду.
гидрофильный : ацетат легко смачивается, хорошо переносит жидкость и отлично впитывает; в текстильных изделиях обеспечивает комфорт и впитываемость, но при намокании теряет прочность.
можно красить , однако требуются специальные красители и пигменты, поскольку ацетат не принимает красители, обычно используемые для хлопка и вискозы (это также позволяет перекрестное окрашивание)
Диацетат целлюлозы и триацетат целлюлозы ошибочно называют одним и тем же волокном; хотя они похожи, их химическая идентичность различается. Триацетат известен как общее описание или первичный ацетат, не содержащий гидроксильной группы. Ацетатное волокно известно как модифицированный или вторичный ацетат, имеющий две или более гидроксильные группы. Триацетатные волокна, хотя они больше не производятся в США, содержат более высокое соотношение ацетата к целлюлозе, чем ацетатные волокна. [2]
Фильм
Пленка из ацетата целлюлозы , изготовленная из диацетата целлюлозы , а затем из триацетата целлюлозы , была представлена в 1934 году в качестве замены пленки из нитрата целлюлозы , которая ранее была стандартной. Под воздействием тепла или влаги кислоты в пленочной основе начинают разрушаться до непригодного для использования состояния, выделяя уксусную кислоту с характерным уксусным запахом, в результате чего этот процесс получил название « уксусный синдром ». Ацетатная пленка до сих пор используется в некоторых приложениях, например, в качестве негатива для кинофильмов. С 1980-х годов полиэфирная пленка (иногда называемая торговой маркой Kodak «ESTAR Base») стала более распространенной, особенно для архивных целей. Ацетатная пленка также использовалась в качестве основы для магнитной ленты до появления полиэфирной пленки.
Магнитная лента
Магнитная лента из ацетата целлюлозы была представлена компанией IBM в 1952 году для использования на стримере IBM 726 в компьютере IBM 701 . Она была намного легче и проще в обращении, чем металлическая лента, представленная UNIVAC в 1951 году для использования в стримере UNISERVO в компьютере UNIVAC I. В 1956 году магнитная лента из ацетата целлюлозы была заменена более стабильной магнитной лентой из ПЭТ-пленки для использования в стримере IBM 727 .
Другие продукты
Одежда: пуговицы, подкладки, блузки, платья, свадебные и праздничные наряды, предметы интерьера, драпировки, обивка и чехлы.
Изделия с высокой впитывающей способностью: подгузники и изделия медицинского назначения.
Оригинальные кубики Lego производились из ацетата целлюлозы с 1949 по 1963 год.
Наградная лента: В розетках для конных соревнований, выставок собак и кошек, корпоративных наград, рекламных и идентификационных продуктах используется лента из ацетата целлюлозы.
Игральные карты могут быть изготовлены из ацетата целлюлозы.
Определение ацетатного волокна, данное Федеральной торговой комиссией, следующее: «Произведенное волокно, в котором волокнообразующим веществом является ацетат целлюлозы. Если не менее 92 процентов гидроксильных групп ацетилированы, термин « триацетат» может использоваться в качестве общего описания ацетатного волокна. волокно."
Ацетат получают из целлюлозы путем первоначального разложения древесной массы на очищенную рыхлую белую целлюлозу. Для производства хорошего продукта используются целлюлозы особых качеств, например, растворяющиеся целлюлозы. Неравномерная реакционная способность целлюлозы представляет собой общую проблему, влияющую на качество продукта из ацетата целлюлозы. Целлюлоза реагирует с уксусной кислотой и уксусным ангидридом в присутствии серной кислоты . Его подвергают контролируемому частичному гидролизу для удаления сульфата и достаточного количества ацетатных групп для придания продукту желаемых свойств. Единица ангидроглюкозы представляет собой фундаментальную повторяющуюся структуру целлюлозы и имеет три гидроксильные группы, которые могут реагировать с образованием ацетатных эфиров . Наиболее распространенная форма волокна из ацетата целлюлозы имеет ацетатную группу примерно на двух из каждых трех гидроксилов. Этот диацетат целлюлозы известен как вторичный ацетат или просто «ацетат».
После образования ацетат целлюлозы растворяют в ацетоне , образуя вязкий раствор для экструзии через фильеры (которые напоминают насадку для душа). По мере появления нитей растворитель испаряется в теплом воздухе посредством сухого прядения, в результате чего получаются тонкие волокна из ацетата целлюлозы.
Первое коммерческое ацетатное волокно в США было произведено корпорацией Celanese в 1924 году. В настоящее время производителями ацетатного волокна в США являются Celanese и Eastman Chemical Company .
Метод
На сегодняшний день не обнаружено способа прямого производства ацетатов целлюлозы. Поскольку попытки произвести частичную этерификацию целлюлозы приводят только к смеси неацетилированной и полностью ацетилированной целлюлозы, применяют двухстадийный синтез: целлюлозу всегда полностью превращают сначала в триацетат целлюлозы, а затем путем гидролиза в ацетаты целлюлозы с низкими степенями этерификации.
Очищенную целлюлозу из древесной массы или хлопкового линта смешивают с ледяной уксусной кислотой, уксусным ангидридом и катализатором. Смесь выдерживается 20 часов, в течение которых происходит частичный гидролиз и кислая смола выпадает в осадок в виде хлопьев. Их растворяют в ацетоне и раствор очищают фильтрованием. Раствор выдавливается путем центрифугирования в столбе теплого воздуха. Растворитель восстанавливается. Нити растягиваются и наматываются на балки, конусы или бобины, готовые к использованию. Нити наконец скручиваются в волокно.
Производство разделено на следующие технологические этапы: [12] [13] [14]
Механическое кондиционирование пульпы : целлюлозу, которая обычно поставляется в виде рулонной или листовой массы, измельчают с помощью различных типов измельчителей, таких как молотковые мельницы и дисковые рафинеры, при этом последовательное расположение обоих типов измельчителей обеспечивает оптимальное растворение.
Предварительная химическая обработка : фибриллированную целлюлозу обрабатывают уксусной кислотой (при необходимости с добавлением небольших количеств серной кислоты) при умеренном перемешивании при температуре от 25°C до 50°C в течение примерно 1 часа, что приводит к непрерывному испарению и конденсации уксусная кислота в пространствах между частицами волокна. Это вызывает набухание частиц целлюлозы, что облегчает диффузию частиц растворителя в эти частицы на следующей стадии процесса. В дополнение к этой предварительной обработке парами уксусной кислоты существует также предварительная обработка в состоянии тонкой пульпы. В этом процессе целлюлозу вводят в большое количество воды или разбавленной уксусной кислоты и интенсивно перемешивают. Последующие этапы процесса, такие как прессование или центрифугирование, постоянно увеличивают концентрацию целлюлозы в целлюлозе. При этом уксусную кислоту добавляют во все более высоких концентрациях. Преимуществом этого процесса является экономия на измельчении, поскольку слои целлюлозы можно добавлять непосредственно в резервуар с мешалкой.
Ацетилирование целлюлозы . При коммерческом производстве ацетатов целлюлозы для ацетилирования обычно используют процесс с использованием уксусной кислоты или процесс с использованием хлористого метилена . В уксуснокислых процессах предварительно обработанную целлюлозную массу подвергают взаимодействию в ацетилирующей смеси растворителя - уксусной кислоты с избытком уксусного ангидрида, служащего этерифицирующим агентом, и серной кислоты - катализатора при интенсивном механическом перемешивании. Реакция сильно экзотермична, поэтому требуется интенсивное охлаждение реакционных сосудов. Процесс этерификации прекращают добавлением воды, когда из волокнистой пульпы образуется высоковязкая прозрачная реакционная смесь. Этот раствор должен не содержать геля и иметь желаемую вязкость. В процессе получения хлористого метилена в смеси ацетилирования в качестве растворителя вместо уксусной кислоты используется хлористый метилен. Поскольку низкокипящий хлористый метилен легко удаляется перегонкой, контроль процесса достигается даже при использовании высоковязких растворов. Даже при низких температурах он очень хорошо растворяет триацетат целлюлозы. В качестве катализатора можно использовать небольшое количество серной кислоты, но часто также и хлорную кислоту. Однако уксусная кислота обычно также образуется как побочный продукт реакции, так что растворитель в конечном итоге представляет собой смесь метиленхлорида, уксусного ангидрида и уксусной кислоты. Очень редким гетерогенным процессом является процесс ацетата волокна, который используется только для производства триацетата целлюлозы в качестве конечного продукта. В этом процессе целлюлозу суспендируют в нерастворителе (например, бензоле ) и этерифицируют уксусным ангидридом в присутствии хлорной кислоты в качестве катализатора.
Частичный гидролиз : для получения желаемых типов вторичного ацетата целлюлозы триацетат целлюлозы получают гидролизом. Для этой цели раствор триацетата нагревают обычно до 60–80 °C в присутствии кислотного катализатора (обычно серной кислоты), добавляя воду при перемешивании и нагревании. Гидролиз контролируется концентрацией серной кислоты, количеством воды и температурой таким образом, чтобы достичь желаемой молекулярной деградации ( разрыва цепи ). Затем процесс гидролиза останавливают добавлением основных солей (например, ацетата натрия или магния ), которые нейтрализуют кислотный катализатор.
Осаждение ацетата целлюлозы . При осаждении ацетата целлюлозы из реакционного раствора с использованием разбавленной уксусной кислоты важно получить однородные и легко смываемые хлопья ацетата целлюлозы. Перед осаждением весь присутствующий метиленхлорид необходимо полностью отогнать. Затем уксусную кислоту выделяют.
Промывка и сушка : При интенсивной промывке, которая обычно проводится противотоком, уксусную кислоту необходимо удалить из хлопьев до мельчайших следов, иначе в процессе сушки произойдет повреждение (« обугливание »). После отжима промывочной жидкости хлопья сушат на конвейерной сушилке, через которую проходит горячий воздух, до остаточной влажности ок. 2-5%. Для последующего производства очень высококачественных, термостойких, ярко окрашенных и устойчивых к цвету термопластических формовочных компаундов хлопья ацетата целлюлозы также отбеливаются и стабилизируются на дополнительных этапах процесса (чтобы минимизировать термическое разложение и обесцвечивание) перед окончательной сушкой.
Смешивание хлопьев : Заключительные этапы аналогичны обработке других пластмасс: прежде чем хлопья ацетата целлюлозы транспортируются в сборный контейнер, откуда они транспортируются на соответствующие перерабатывающие предприятия, хлопья смешиваются точно контролируемым образом. Это сделано для того, чтобы компенсировать отклонения ацетатов целлюлозы из разных производственных партий. Для многих дальнейших этапов обработки хлопья обычно предварительно измельчают в мелкий порошок. Чтобы иметь возможность использовать ацетат целлюлозы в таких методах обработки пластмасс, как литье под давлением, порошок также необходимо смешать с подходящими пластификаторами и другими добавками, такими как функциональные добавки для термической, атмосферной, УФ- и ИК-стабилизации. [15] Смеси могут быть адаптированы к соответствующим требованиям последующей обработки. Из соединения, полученного плавлением, производятся гранулы, которые можно доставлять переработчикам пластмасс.
Утилизация и деградация
В 2008 году мировое производство материалов CA составило более 800 000 тонн (790 000 длинных тонн; 880 000 коротких тонн) в год. Хотя первоначально считалось, что CA практически не поддается биоразложению , было показано, что после первоначального частичного деацетилирования целлюлоза полимера Основа легко биодеградируется ферментами целлюлазой . В биологически высокоактивной почве волокна КА полностью разрушаются через 4–9 месяцев. Фотодеградация оптимальна при УФ-облучении с длиной волны 280 нм или короче и усиливается пигментом TiO 2 . [16] Сигаретные фильтры CA ломаются годами. [17] [18]
Торговые названия
Ацетат целлюлозы продается под различными торговыми названиями, такими как Tenite от Eastman Chemical Company , зил и зилонит, [2] Cellon, производимый Deutsche Celluloid Fabrik , Эйленбург, Германия, [19] и Rhodoid, производимый Soc. де Usines Chim. Рон-Пуленк , Париж, Франция, и May & Baker Ltd. , Лондон, Великобритания. [19] Литая пленка из ацетата целлюлозы производится в Спондоне (Дербишир, Великобритания) компанией Celanese и продается как Clarifoil. [20] [ нужна ссылка ]
Прочие эфиры целлюлозы
Ацетат-бутират целлюлозы ( CAB , Tenite II ) и ацетат-пропионат целлюлозы являются родственными производными целлюлозы, которые используются в чернилах и покрытиях. Основное различие между ними и ацетатом целлюлозы заключается в их растворимости в более широком диапазоне растворителей.
^ abcd Морган, Эринн (май 2018 г.). «Материалы оправ для очков». Все о зрении . Проверено 7 августа 2013 г.
^ Мид, Ричард Киддер; МакКормак, Гарри; Кларк, Лоуренс Т.; Склейтер, Александр Г.; Ламборн, Ллойд (1905). Химический век. Том. 3. Издательская компания Маккриди.
^ abcd Моррис, Питер Джон Тернбулл (1989). Американская программа исследований синтетического каучука. Издательство Пенсильванского университета. п. 258. ИСБН978-0-8122-8207-8.
^ Информация о ткани: ацетат и вискоза, ткани Центра моды Нью-Йорка. Архивировано 26 августа 2013 г. в Wayback Machine .
^ торговые названия. Архивировано 28 октября 2008 г. в Wayback Machine .
^ «Вискозные и ацетатные ткани в будущем будут иметь отдельную маркировку» . Юго-восточный штат Миссури . 12 февраля 1952 года . Проверено 25 декабря 2013 г.
^ ab «Синтетические ткани в мужской одежде – вискоза и ацетат». Настоящие мужчины, настоящий стиль . 20 сентября 2010 г. Архивировано из оригинала 5 ноября 2012 года.
^ «Характеристики волокна | Ацетат» . Ссылка на ткань . Архивировано из оригинала 25 сентября 2013 года.
^ «Ацетатная ткань». Свадебный магазин, Inc.
^ «Ацетат». Свикофил . Проверено 10 октября 2011 г.
^ Менахем Левин (Hrsg.): Справочник по химии волокон . Третье издание. Группа Тейлора и Фрэнсиса, Бока-Ратон, 2007, ISBN 0-8247-2565-4 , S. 778–784.
^ Людвиг Боттенбрух (Hrsg.): Kunststoff-Handbuch 3/1 – Технический термопласт: поликарбонат, полиацетат, полиэстер, эфир целлюлозы . Carl Hanser Verlag, Мюнхен/Вена, 1992. ISBN 3-446-16368-9 , S. 404–408.
^ Захар Александрович Роговин: Chemiefasern: Chemie – Technologie . Георг Тиме Верлаг, Штутгарт / Нью-Йорк, 1982, ISBN 3-13-609501-4 , S. 182–186.
^ Ганс Доминингхаус (Hrsg.): Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften . 6., neu Bearbeitete und erweiterte Auflage, Springer-Verlag, Берлин/Гейдельберг, 2005 г., ISBN 3-540-21410-0 , S. 1461.
^ Пульс, Юрген; Уилсон, Стивен А.; Хёльтер, Дирк (2011). «Деградация материалов на основе ацетата целлюлозы: обзор». Журнал полимеров и окружающей среды . 19 (1): 152–165. дои : 10.1007/s10924-010-0258-0 .
^ Малвихилл, Марти; Хесслер, Венди (14 августа 2012 г.). «Больше никаких задниц: биоразлагаемые фильтры — шаг к решению проблемы мусора». Новости гигиены окружающей среды . Архивировано из оригинала 29 ноября 2014 года . Проверено 25 ноября 2014 г.
^ Робертсон, Раймонд М.; Томас, Уильям К.; Сутар, Джитендракумар Н.; Браун, Дэвид М. (август 2012 г.). «Ускоренная деградация сигаретных фильтров из ацетата целлюлозы с использованием кислотного катализа с контролируемым высвобождением». Зеленая химия . 14 (8): 2266–2272. дои : 10.1039/C2GC16635F.
^ АО «ДП ацетат ДП ацетат производит нити из ацетата целлюлозы с 1965 года»
Шютценбергер, П. «Действие безводной уксусной кислоты на целлюлозу, амидон, сахар, маннит и другие конгенеры, глюкозиды и некоторые растительные красители». Компет. Ренд. Hebd. Сеансы Акад. Sci 61 (1865): 484–487.
Внешние ссылки
На Wikimedia Commons есть СМИ, связанные с ацетатом целлюлозы .
История и свойства
Данные о свойствах материала: ацетат целлюлозы (CA)
