В 1865 году французский химик Поль Шютценбергер открыл, что целлюлоза реагирует с уксусным ангидридом , образуя ацетат 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 провели химические исследования и разработки на основе ацетата целлюлозы в сарае в саду их отца в Базеле , Швейцария, который тогда был центром красильной промышленности. В течение пяти лет братья Дрейфус изучали и экспериментировали систематическим образом в Швейцарии и Франции. К 1910 году они производили пленку для киноиндустрии , и небольшое, но постоянно растущее количество ацетатного лака, называемого « dope », было продано расширяющейся авиационной промышленности для покрытия ткани, покрывающей крылья и фюзеляж . [4]
В 1913 году после примерно двадцати тысяч отдельных экспериментов они создали превосходные лабораторные образцы непрерывной филаментной пряжи, чего до того времени не удавалось достичь ацетатцеллюлозной промышленности. [4] К сожалению, начало Первой мировой войны отложило коммерческое развитие этого процесса.
В ноябре 1914 года британское правительство пригласило доктора Камилла Дрейфуса приехать в Англию для производства ацетатной пасты, и была создана компания «British Cellulose and Chemical Manufacturing Co». В 1917 году, после вступления Соединенных Штатов в войну, военное министерство США пригласило доктора Дрейфуса основать аналогичную фабрику в США. Оба предприятия успешно работали в течение всей войны.
После войны внимание вернулось к производству ацетатных волокон. Первая пряжа была хорошего качества, но сопротивление продаж было сильным, и шелковые партнеры усердно работали, чтобы дискредитировать ацетат и отговорить от его использования. Однако термопластичная природа ацетата сделала его превосходным волокном для муара, поскольку рисунок был постоянным и не смывался. Та же характеристика также впервые сделала постоянную плиссировку коммерческим фактом и дала большой стилистический импульс всей индустрии одежды. [4]
Смешивание шелка и ацетата в тканях было осуществлено в самом начале, и почти сразу же хлопок также был смешан, таким образом, сделав возможными недорогие ткани 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 складок, хорошую плотность, удобство, качество драпировки, быструю сушку, надлежащую размерную стабильность, потенциал перекрестного окрашивания по очень конкурентоспособной цене. [4]
Химические и физические свойства
Плотность ацетата целлюлозы составляет от 1,26 до 1,31 г/см3 [5]
Использовать как волокно
Ацетат целлюлозы, одно из самых ранних синтетических волокон, основано на хлопковой или древесной целлюлозе ( « биополимеры »). Эти «целлюлозные волокна» были заменены во многих приложениях более дешевыми волокнами на основе нефти ( нейлон и полиэстер ) в последние десятилетия. [6]
Торговые названия ацетата включают Acele, Avisco, Celanese, Chromspun и Estron. [7]
Ацетат имеет много общего с вискозом и раньше считался одним и тем же текстилем. Ацетат отличается от вискозы использованием уксусной кислоты в производстве. Теперь эти два вида ткани должны быть отдельно указаны на этикетках одежды. [8]
Вискоза устойчива к нагреванию, а ацетат склонен к плавлению. Ацетат необходимо стирать с осторожностью, вручную или в химчистке. [9] [10]
Воздухопроницаемость ткани позволяет использовать ее в качестве подкладки. Ацетатная ткань часто используется в свадебных платьях и других невестах. [11] Ее блестящий блеск и гладкая, атласная текстура делают ее хорошей альтернативой шелку. [9]
Характеристики
Ацетат — это недорогое, искусственное волокно, обладающее хорошими драпирующими свойствами [ требуется указание источника ] . Ацетат используется в таких тканях, как атлас , парча , трикотаж и тафта , чтобы подчеркнуть блеск, плотность, драпируемость и красоту.
Рука: мягкая, гладкая, сухая, хрустящая, упругая
Комфорт: дышит, впитывает влагу, быстро сохнет, не накапливает статическое электричество
Драпировка: подкладка движется вместе с телом, подкладка приспосабливается к одежде
Цвет: глубокие яркие оттенки с атмосферным окрашиванием отвечают требованиям по стойкости цвета
Блеск: отражение света создает фирменный облик
Характеристики: цвет не оставляет пятен от пота, цвет не выгорает после химической чистки, воздухо- и паропроницаем.
Прочность: слабое волокно с прочностью на разрыв от 1,2 до 1,4 г/д; быстро теряет прочность при намокании
Абразивность: низкая устойчивость
Сохранение тепла: плохо сохраняет тепло; не вызывает аллергии (гипоаллергенный)
Окрашиваемость: (два метода) метод перекрестного окрашивания, при котором нити одного волокна и нити другого волокна сплетаются в ткань по желаемому рисунку; метод окрашивания в растворе обеспечивает отличную стойкость цвета под воздействием солнечного света, пота, загрязняющих веществ в воздухе и стирки [2] [12]
селективное поглощение и удаление низких концентраций определенных органических химикатов
легко склеивается с помощью пластификаторов , тепла и давления
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 также теряет прочность при намокании
можно красить , однако требуются специальные красители и пигменты, поскольку ацетат не принимает красители, обычно используемые для хлопка и вискозы (это также позволяет перекрестное окрашивание)
устойчив к плесени и грибку
легко ослабляется под воздействием сильных щелочных растворов и сильных окислителей
Диацетат целлюлозы и триацетат целлюлозы ошибочно называют одним и тем же волокном; хотя они похожи, их химическая идентичность отличается. Триацетат известен как общее описание или первичный ацетат, не содержащий гидроксильной группы. Ацетатное волокно известно как модифицированный или вторичный ацетат, имеющий две или более гидроксильных групп. Триацетатные волокна, хотя они больше не производятся в Соединенных Штатах, содержат более высокое соотношение ацетата к целлюлозе, чем ацетатные волокна. [2]
Фильм
Пленка из ацетата целлюлозы , изготовленная из диацетата целлюлозы , а позднее из триацетата целлюлозы , была представлена в 1934 году в качестве замены пленки из нитрата целлюлозы , которая ранее была стандартной. При воздействии тепла или влаги кислоты в основе пленки начинают разрушаться до непригодного состояния, выделяя уксусную кислоту с характерным уксусным запахом, в результате чего этот процесс стал известен как « синдром уксуса ». Ацетатная пленка все еще используется в некоторых приложениях, таких как негативы для кинокамер. С 1980-х годов полиэфирная пленка (иногда упоминаемая под торговым наименованием Kodak «ESTAR Base») стала более распространенной, особенно для архивных приложений. Ацетатная пленка также использовалась в качестве основы для магнитной ленты до появления полиэфирной пленки.
Магнитная лента
Целлюлозно-ацетатная магнитная лента была представлена IBM в 1952 году для использования в ленточном накопителе 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 ленточном накопителе UNISERVO в компьютере UNIVAC I. В 1956 году целлюлозно-ацетатная магнитная лента была заменена более стабильной магнитной лентой на основе ПЭТ-пленки для использования в ленточном накопителе IBM 727 .
Другие продукты
Одежда: пуговицы, подкладки, блузки, платья, свадебные и праздничные наряды, предметы интерьера, шторы, обивка и чехлы.
Изделия с высокой впитываемостью: подгузники и изделия медицинского назначения.
Оригинальные кубики Lego производились из ацетата целлюлозы с 1949 по 1963 год.
Лента для наград: розетки для конных мероприятий, выставок собак и кошек, корпоративных наград, рекламной и идентификационной продукции — все они изготавливаются с использованием ленты из ацетата целлюлозы.
Игральные карты могут быть изготовлены из ацетата целлюлозы.
Федеральная торговая комиссия определяет ацетатное волокно следующим образом: «Изготовленное волокно, в котором волокнообразующим веществом является ацетат целлюлозы. Если не менее 92 процентов гидроксильных групп ацетилированы, термин «триацетат» может использоваться в качестве общего описания волокна».
Ацетат получают из целлюлозы путем первоначального разложения древесной массы в очищенную пушистую белую целлюлозу. Для производства хорошего продукта используются особые качества целлюлозы, такие как растворяющаяся целлюлоза. Неравномерная реакционная способность целлюлозы представляет собой распространенную проблему, влияющую на качество продукта ацетата целлюлозы. Целлюлоза реагирует с уксусной кислотой и уксусным ангидридом в присутствии серной кислоты . Она подвергается контролируемому частичному гидролизу для удаления сульфата и достаточного количества ацетатных групп, чтобы придать продукту желаемые свойства. Ангидроглюкозная единица является фундаментальной повторяющейся структурой целлюлозы и имеет три гидроксильные группы, которые могут реагировать с образованием ацетатных эфиров . Наиболее распространенная форма волокна ацетата целлюлозы имеет ацетатную группу примерно на двух из каждых трех гидроксилов. Этот диацетат целлюлозы известен как вторичный ацетат или просто как «ацетат».
После формирования ацетат целлюлозы растворяется в ацетоне , образуя вязкий раствор для экструзии через фильеры (напоминающие головку душа). По мере выхода нитей растворитель испаряется в теплом воздухе посредством сухого прядения, производя тонкие волокна ацетата целлюлозы.
Первое коммерческое ацетатное волокно в США было произведено корпорацией Celanese в 1924 году. В настоящее время производителями ацетатного волокна в США являются компании Celanese и Eastman Chemical Company .
Метод
До сих пор не найдено ни одного процесса прямого производства ацетатов целлюлозы. Поскольку попытки произвести частичную этерификацию целлюлозы приводят только к смеси неацетилированной и полностью ацетилированной целлюлозы, применяется двухступенчатый синтез: целлюлоза всегда полностью преобразуется сначала в триацетат целлюлозы, а затем путем гидролиза в ацетаты целлюлозы с низкой степенью этерификации.
Очищенная целлюлоза из древесной массы или хлопкового линта смешивается с ледяной уксусной кислотой, уксусным ангидридом и катализатором. Смесь выдерживается 20 часов, в течение которых происходит частичный гидролиз, и кислотная смола осаждается в виде хлопьев. Их растворяют в ацетоне, а раствор очищают фильтрацией. Раствор экструдируют прядением в колонне теплого воздуха. Растворитель извлекают. Нити растягивают и наматывают на балки, конусы или бобины, готовые к использованию. Наконец, нити прядут в волокно.
Производство разделено на следующие технологические этапы: [13] [14] [15]
Механическое кондиционирование целлюлозы : целлюлоза, которая обычно поставляется в виде рулонов или листов, фибриллируется с помощью различных типов измельчителей, таких как молотковые мельницы и дисковые рафинеры, при этом последовательное расположение обоих типов измельчителей обеспечивает оптимальное растворение.
Химическая предварительная обработка : Фибриллированная целлюлоза обрабатывается 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 уксусной кислоты в пространствах между частицами волокна. Это заставляет частицы целлюлозы набухать, что облегчает диффузию частиц растворителя в эти частицы на следующем этапе процесса. В дополнение к этой предварительной обработке парами уксусной кислоты, существует также предварительная обработка в состоянии тонкой пульпы. В этом процессе целлюлоза вводится в большие количества воды или разбавленной уксусной кислоты и интенсивно перемешивается. Последующие этапы процесса, такие как прессование или центрифугирование, постоянно увеличивают концентрацию целлюлозы в пульпе. В то же время уксусная кислота добавляется во все более высоких концентрациях. Преимуществом этого процесса является экономия на измельчении, поскольку слои целлюлозы можно добавлять непосредственно в смесительный бак.
Ацетилирование целлюлозы : в коммерческом производстве ацетатов целлюлозы для ацетилирования обычно используют процесс с использованием уксусной кислоты или процесс с использованием метиленхлорида . В процессах с использованием уксусной кислоты предварительно обработанная целлюлозная масса реагирует в смеси ацетилирования растворителя уксусной кислоты с избытком уксусного ангидрида, который служит в качестве этерифицирующего агента, и с серной кислотой в качестве катализатора при интенсивном механическом перемешивании. Реакция сильно экзотермична, поэтому требуется интенсивное охлаждение реакционных сосудов. Процесс этерификации завершается добавлением воды, когда из волокнистой пульпы образуется высоковязкая прозрачная реакционная смесь. Этот раствор должен быть без геля и иметь желаемую вязкость. В процессе с использованием метиленхлорида метиленхлорид используется в смеси ацетилирования в качестве растворителя вместо уксусной кислоты. Поскольку низкокипящий метиленхлорид можно легко удалить путем перегонки, контроль процесса достигается даже с высоковязкими растворами. Даже при низких температурах он может очень хорошо растворять триацетат целлюлозы. Небольшое количество серной кислоты может быть использовано в качестве катализатора, но часто также и хлорная кислота. 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 целлюлоза суспендируется в нерастворителе (например, бензоле ) и этерифицируется уксусным ангидридом в присутствии хлорной кислоты в качестве катализатора.
Частичный гидролиз : желаемые вторичные типы ацетата целлюлозы получают из триацетата целлюлозы путем гидролиза. Для этого раствор триацетата нагревают обычно до 60-80 °C в присутствии кислотного катализатора (обычно серной кислоты) путем добавления воды при перемешивании и нагревании. Гидролиз контролируется концентрацией серной кислоты, количеством воды и температурой таким образом, чтобы достигалась желаемая молекулярная деградация ( разрыв 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 необходимо полностью отогнать весь присутствующий метиленхлорид. Затем уксусную кислоту восстанавливают.
Промывка и сушка : Интенсивной промывкой, которая обычно проводится в противотоке, уксусная кислота должна быть удалена из хлопьев до мельчайших следов, в противном случае в процессе сушки произойдет повреждение (« обугливание »). После отжима промывочной жидкости хлопья сушатся на конвейерной сушилке, через которую проходит горячий воздух, до остаточной влажности около 2-5%. Для последующего производства очень высококачественных, термостойких, ярко окрашенных и цветоустойчивых термопластичных формовочных компаундов хлопья ацетата целлюлозы также отбеливаются и стабилизируются на дополнительных этапах процесса (чтобы минимизировать термическую деградацию и обесцвечивание) перед окончательной сушкой.
Смешивание хлопьев : Заключительные этапы аналогичны обработке других пластмасс: Перед тем, как хлопья ацетата целлюлозы транспортируются в контейнер для сбора, откуда они транспортируются на соответствующие перерабатывающие заводы, хлопья смешиваются точно контролируемым образом. Это необходимо для компенсации отклонений ацетатов целлюлозы из разных производственных партий. Для многих дальнейших этапов обработки хлопья обычно предварительно измельчаются в мелкий порошок. Чтобы иметь возможность использовать ацетат целлюлозы в методах обработки пластмасс, таких 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. [16] Смеси могут быть адаптированы к соответствующим требованиям последующей обработки. Из соединения, полученного путем плавления, производятся гранулы, которые могут быть доставлены переработчикам пластмасс.
Утилизация и деградация
Мировое производство материалов CA составило более 800 000 тонн (790 000 длинных тонн; 880 000 коротких тонн) в год в 2008 году. Хотя изначально считалось, что CA практически не поддается биологическому разложению , было показано, что после первоначального частичного деацетилирования целлюлозная основа полимера легко биоразлагается ферментами целлюлазы . В биологически высокоактивной почве волокна CA полностью разрушаются через 4–9 месяцев. Фотодеградация оптимальна при УФ-излучении с длиной волны 280 нм или короче и усиливается пигментом TiO 2. [17] Фильтры для сигарет CA разлагаются на открытом воздухе годами. [18] [19]
Торговые наименования
Ацетат целлюлозы продается под различными торговыми наименованиями, такими как Tenite ( Eastman Chemical Company ), zyl и zylonite, [2] Cellon ( Deutsche Celluloid Fabrik в Айленбурге, Германия), [20] и Rhodoid ( Soc. des Usines Chim. Rhone-Poulenc в Париже, Франция; May & Baker Ltd. в Лондоне, Великобритания). [20] Литая пленка из ацетата целлюлозы, производимая Celanese (Дербишир, Великобритания), продается под названием Clarifoil. [21] [ необходима цитата ]
Другие эфиры целлюлозы
Ацетат бутират целлюлозы ( CAB , Tenite II ) и ацетат пропионат целлюлозы являются родственными производными целлюлозы, которые оба используются в чернилах и покрытиях. Главное отличие между ними и ацетатом целлюлозы заключается в их растворимости в более широком диапазоне растворителей.
^ Шютценбергер, Пол (1865). «Действие безводной уксусной кислоты на целлюлозу, амидон, сахар, маннит и другие конгенеры, глюкозиды и некоторые растительные цвета». Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences (на французском языке).
^ abcd Морган, Эринн (май 2018 г.). "Материалы оправы очков". All About Vision . Получено 7 августа 2013 г.
^ Мид, Ричард Киддер; Маккормак, Гарри; Кларк, Лоренс Т.; Склейтер, Александр Г.; Ламборн, Ллойд (1905). Chemical Age. Том 3. McCready Publishing Company.
^ abcd Моррис, Питер Джон Тернбулл (1989). Американская программа исследований синтетического каучука. Издательство Пенсильванского университета. стр. 258. ISBN978-0-8122-8207-8.
^ «MatWeb — информационный ресурс по онлайн-материалам».
^ Информация о ткани: Ацетат и вискоза, NY Fashion Center Fabrics. Архивировано 26 августа 2013 г., на Wayback Machine
^ торговые наименования Архивировано 28 октября 2008 г. на Wayback Machine
^ «В будущем ткани из вискозы и ацетата будут маркироваться отдельно». The Southeast Missourian . 12 февраля 1952 г. Получено 25 декабря 2013 г.
^ ab "Синтетические ткани в мужской одежде – вискоза и ацетат". Real Men Real Style . 2010-09-20. Архивировано из оригинала 5 ноября 2012 г.
^ "Характеристики волокон | Ацетат". Ссылка на ткань . Архивировано из оригинала 25 сентября 2013 г.
^ "Ткань ацетат". Wedding Shoppe, Inc.
^ "Ацетат". Swicofil . Получено 10 октября 2011 г. .
^ Менахем Левин (Hrsg.): Справочник по химии волокон . Третье издание. Taylor & Francis Group, Boca Raton 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. Bibcode : 2011JPEnv..19..152P. doi : 10.1007/s10924-010-0258-0 .
^ Малвихилл, Марти; Хесслер, Венди (14 августа 2012 г.). «Больше никаких окурков: биоразлагаемые фильтры — шаг к проблеме мусора». Новости об охране окружающей среды и здоровья . Архивировано из оригинала 29 ноября 2014 г. Получено 25 ноября 2014 г.
^ Робертсон, Рэймонд 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». Green Chemistry . 14 (8): 2266–2272. doi :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 Викискладе есть медиафайлы по теме Ацетат целлюлозы .
История и свойства
Данные о свойствах материала: Ацетат целлюлозы (CA)
