Ацетат целлюлозы: все, что нужно знать о полимере

Ацетат целлюлозы - удивительный полимер с уникальными свойствами, который находит применение в самых разных сферах нашей жизни. От кинопленки до искусственного шелка. Давайте разберемся, что это за материал, как его получают и для чего используют.

1. Что такое ацетат целлюлозы

Ацетат целлюлозы - это сложный эфир целлюлозы и уксусной кислоты. Его химическая формула: [C6H7O2(OCCH3)3]n.

По внешнему виду ацетат целлюлозы представляет собой белую аморфную массу плотностью около 1300 кг/м3. Он обладает высокой светостойкостью и негорючестью.

При нагревании до 190-210°C изменяется окраска вещества, а при 230°C оно начинает разлагаться. Щелочи и минеральные кислоты постепенно омыляют ацетат целлюлозы.

Ацетат целлюлозы хорошо растворяется в уксусной кислоте, ацетоне, смеси ацетона и спирта, этилацетате, диоксане.

По сравнению с другими полимерами, ацетат целлюлозы обладает более высокой прочностью и термостойкостью, чем, например, полистирол или полиэтилен.

2. История открытия и запатентования

Впервые ацетат целлюлозы был получен в 1865 году немецким химиком Полем Шютценбергером, работавшим vo Франции. Однако из-за высокой стоимости широкого применения не нашел.

Ацетат целлюлозы обладает высокой светостойкостью и негорючестью.

Позднее был найден более дешевый способ получения ацетата целлюлозы из древесины. Это позволило снизить стоимость и расширить область использования полимера.

В 1894 году ацетат целлюлозы все же запатентовал английский химик Чарльз Фредерик Кросс.

3. Получение ацетата целлюлозы

Получение ацетата целлюлозы осуществляется путем химической реакции этерификации целлюлозы уксусной кислотой или действием на целлюлозу уксусного ангидрида.

В качестве сырья используется хлопковая целлюлоза или древесная целлюлоза. Их предварительно активируют замачиванием в ледяной уксусной кислоте или воде для набухания.

Затем полученную массу обрабатывают специальной ацетилирующей смесью, состоящей из:

• уксусной кислоты
• уксусного ангидрида
• катализатора

Конечный продукт реакции с полным замещением гидроксильных групп называют триацетатом или первичным ацетатом целлюлозы. Он содержит 62,5% связанной уксусной кислоты.

При частичном гидролизе триацетата получают вторичный ацетат целлюлозы, в котором остается около 55% связанной кислоты. Он обладает повышенной растворимостью в органических растворителях.

4. Основные области применения

Ацетат целлюлозы находит широкое применение в различных отраслях промышленности и повседневной жизни.

Производство пленок

На основе ацетата целлюлозы производятся различные виды пленок:

• Фотопленка
• Кинопленка
• Упаковочные пленки
• Электроизоляционные пленки

Пленки из ацетата целлюлозы обладают высокой прозрачностью, механической прочностью и устойчивостью к воздействию химических веществ.

Производство волокон

Ацетатные волокна широко используются в текстильной промышленности для изготовления одежды, обивочных тканей, ковров и других изделий. Они обладают высокой гигроскопичностью и мягкостью.

Производство пластмасс и лаков

На основе ацетата целлюлозы получают пластмассы, которые называют этролами. Их используют для изготовления труб, деталей автомобилей и самолетов, бытовой техники. Также ацетат целлюлозы входит в состав некоторых лаков.

Медицина

В фармацевтической промышленности ацетат целлюлозы применяют в качестве связующего для производства таблеток, а также для изготовления пленок, используемых при электрофорезе.

Очки

Ацетат целлюлозы является одним из основных материалов для производства очков. Из него делают как оптические линзы, так и оправы.

5. Спектральные методы анализа

Для подтверждения структуры и исследования свойств ацетата целлюлозы используют такие спектральные методы анализа, как ИК и КР спектроскопия.

В ИК и КР спектрах ацетата целлюлозы присутствуют характеристические полосы поглощения, соответствующие колебаниям функциональных групп сложноэфирной связи и ацетатного заместителя.

Анализ ИК и КР спектров позволяет оценить степень замещения гидроксильных групп целлюлозы на ацетатные группы при синтезе ацетата целлюлозы.

6. Безопасность и утилизация

Поскольку в основе ацетата целлюлозы лежит природный полимер целлюлоза, для которой возможно образование ацетатов, данный материал относится к экологически безопасным.

Изделия из ацетата целлюлозы пригодны для вторичной переработки и повторного использования.

Кроме того, ацетат целлюлозы биоразлагаем и при контакте с почвой или водой разлагается на безопасные вещества под действием микроорганизмов.

7. Перспективы развития

Несмотря на долгую историю применения, ацетат целлюлозы до сих пор обладает большим потенциалом для разработки новых материалов и расширения областей использования.

Улучшение свойств

Ведутся исследования по модификации ацетата целлюлозы для улучшения таких свойств, как термо- и огнестойкость, гидрофобность, механическая прочность.

Композитные материалы

Ацетат целлюлозы может выступать в качестве основы или наполнителя при создании перспективных композитных материалов с заранее заданными характеристиками.

Биомедицина

Разрабатываются новые применения ацетата целлюлозы в биомедицинских целях - для создания тканеинженерных конструкций, лекарственных форм пролонгированного действия.

3D-печать

Перспективным направлением является использование ацетата целлюлозы в качестве материала для 3D-печати изделий методом филаментной экструзии.

Упаковка

Активно ведутся разработки биоразлагаемой упаковки на основе ацетата целлюлозы, что позволит существенно сократить объем полимерных отходов.

8. Экономические аспекты

Несмотря на конкуренцию со стороны других полимерных материалов, спрос на ацетат целлюлозы стабильно растет на протяжении последних лет.

По прогнозам, в 2025 году мировой рынок ацетата целлюлозы достигнет 7 млрд долларов.

Основные регионы потребления - Азиатско-Тихоокеанский регион, Северная Америка и Европа.