Ацетат целлюлозы

редактировать
Структурная формула ацетата целлюлозы. Химическая формула показывает участок целлюлозы с двумя ацетильными группами на модуль глюкозы.

Ацетат целлюлозы представляет собой ацетатный сложный эфир целлюлозы. Впервые он был приготовлен в 1865 году. Ацетат целлюлозы используется в качестве основы пленки в фотографии, как компонент в некоторых покрытиях и как материал рамки для очки ; оно также используется в качестве синтетического волокна при производстве сигаретных фильтров и игральных карт. В фотопленке ацетат целлюлозы заменил нитратную пленку в 1950-х годах, будучи намного менее горючим и более дешевым в производстве.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Использование
    • 2.1 Волокно
      • 2.1.1 Свойства
      • 2.1.2 Характеристики
      • 2.1.3 Путаница с триацетатом целлюлозы
    • 2.2 Пленка
    • 2.3 Магнитная лента
    • 2.4 Другие продукты
  • 3 Производство
    • 3.1 Метод
  • 4 Утилизация и разложение
  • 5 Торговые наименования
  • 6 Другие сложные эфиры целлюлозы
  • 7 См. Также
  • 8 Ссылки
  • 9 Внешние ссылки

История

В 1865 году французский химик Пол Шютценбергер обнаружил, что целлюлоза реагирует с уксусным ангидридом с образованием ацетата целлюлозы. Немецкие химики Артур Эйхенгрюн изобрели первые растворимые формы ацетата целлюлозы в 1903 году.

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 индустрии красителей. В течение пяти лет братья Дрейфус систематически учились и экспериментировали в Швейцарии и Франции. К 1910 году они производили пленку для киноиндустрии, и небольшое, но постоянно растущее количество ацетатного лака, называемого «допинг », было продано расширяющейся авиационной промышленности для покрытия ткань, покрывающая крылья и фюзеляж.

В 1913 году, после примерно двадцати тысяч отдельных экспериментов, они произвели превосходные лабораторные образцы непрерывной филаментной пряжи, чего до сих пор ускользало от производства ацетата целлюлозы. К сожалению, начало Первой мировой войны отложило коммерческое развитие этого процесса.

В ноябре 1914 года британское правительство пригласило доктора Камиллу Дрейфус приехать в Англию для производства ацетатного допинга, и была создана компания «Бритиш целлюлоза и химическая промышленность». В 1917 году, после того как Соединенные Штаты вступили в войну, США Военное министерство пригласило доктора Дрейфуса основать аналогичный завод в США. Обе операции успешно проводились на протяжении всей войны.

После войны внимание вернулось к производству ацетатных волокон. Первая пряжа была удовлетворительного качества, но сопротивление продажам было сильным, и сотрудники silk усердно работали над дискредитацией ацетата и противодействием его использованию. Однако термопластичная природа ацетата сделала его превосходным волокном для муара, поскольку рисунок был стойким и не смывался. Эта же характеристика также сделала постоянную плиссировку впервые коммерческим фактом и дала большой импульс стилю всей индустрии одежды.

Смешивание шелка и ацетата в тканях было достигнуто в В начале, и почти сразу же хлопок был также смешан, что сделало возможным создание недорогих тканей из волокна, которое тогда было дешевле, чем шелк или ацетат. Сегодня ацетат смешивают с шелком, хлопком, шерстью, нейлоном и т. Д., Чтобы придать тканям отличное разглаживание морщин, хорошую толщину, ручку, качество драпировки, быстрое сушка, надлежащая стабильность размеров, возможность перекрестного окрашивания по очень конкурентоспособной цене.

Использует

Волокно

Волокно из ацетата целлюлозы, одно из первых синтетических волокон, является на основе хлопка или дерева пульпа целлюлозабиополимеры »). Эти «целлюлозные волокна» были заменены во многих сферах применения более дешевыми волокнами на основе нефти (нейлон и полиэфир ) в последние десятилетия.

Торговые наименования ацетата включают Acele, Avisco, Celanese, Chromspun и Estron.

Ацетат имеет много общего с вискозой и раньше считался одним и тем же материалом. Ацетат отличается от вискозы тем, что в производстве используется уксусная кислота. Теперь требуется, чтобы две ткани были четко указаны на этикетках одежды.

Вискоза устойчива к нагреванию, а ацетат склонен к плавлению. Ацетат следует стирать с осторожностью, используя ручную стирку или химчистку. Одежда из ацетата разрушается при нагревании в сушильной машине .

. Дышащая природа ткани позволяет использовать ее в качестве подкладки. Ацетатная ткань часто используется в свадебных платьях и другой свадебной одежде. Его блестящий блеск и гладкая атласная текстура делают его хорошей синтетической альтернативой шелку.

Свойства

Ацетат - очень ценное промышленное волокно, которое имеет низкую стоимость и обладает хорошими драпирующими свойствами. Ацетат используется в таких тканях, как атлас, парча и тафта, чтобы подчеркнуть блеск, тело, драпировку и красоту.

  • Рука: мягкая, гладкая, сухая, свежая, эластичная
  • Комфорт: дышит, отводит, быстро сохнет, не прилипает к статическому электричеству
  • Драпировка: подкладки движутся вместе с подкладкой тела, приспосабливаясь к одежде
  • Цвет: глубокие блестящие оттенки с атмосферным окрашиванием, отвечающие требованиям стойкости цвета
  • Блеск: светоотражение создает фирменный вид
  • Характеристики: стойкость к окрашиванию к появлению пятен от пота, стойкость к окрашиванию при сухой чистке на воздухе и паропроницаемость
  • Прочность на разрыв: слабое волокно с разрывной прочностью от 1,2 до 1,4 г / день; быстро теряет прочность при намокании; требуется химчистка
  • Истирание: низкая устойчивость
  • Сохранение тепла: плохое сохранение тепла; отсутствие аллергенного потенциала (гипоаллергенный)
  • Окрашиваемость: (два метода) метод перекрестного окрашивания, при котором нити одного волокна и нити другого волокна вплетаются в ткань с желаемым рисунком; Метод окрашивания в растворе обеспечивает отличную стойкость цвета под воздействием солнечного света, потоотделения, загрязнителей воздуха и стирки

Характеристики

  • целлюлозный и термопласт
  • селективное поглощение и удаление низкий уровень некоторых органических химикатов
  • легко связывается с пластификаторами, нагреванием и давлением
  • ацетат растворим во многих распространенных растворителях (особенно ацетон и другие органические растворители) и могут быть модифицированы для растворения в альтернативных растворителях, включая воду
  • гидрофильный : ацетат легко смачивается, с хорошим переносом жидкости и отличной абсорбцией; в текстильных изделиях он обеспечивает комфорт и впитываемость, но также теряет прочность, когда влажные
  • ацетатные волокна гипоаллергенны
  • с большой площадью поверхности
  • , изготовлены из древесной массы, возобновляемый ресурс
  • может быть компостирован или сжигаться
  • может быть окрашен, однако требуются специальные красители и пигменты, поскольку ацетат не принимает красители, обычно используемые для хлопка и вискозы (это также позволяет перекрестное окрашивание)
  • устойчивые к плесени и грибку
  • , легко ослабляются сильными щелочными растворами и сильными окислительными агенты
  • обычно можно стирать или подвергать химической чистке ; обычно не дает усадки

Путаница с триацетатом целлюлозы

Ацетат 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 гидроксильных группы. Триацетатные волокна, хотя они больше не производятся в США, содержат более высокое соотношение ацетата и целлюлозы, чем ацетатные волокна.

Пленка

Пленка из ацетата целлюлозы была представлена ​​в 1934 году в качестве замены для пленки из нитрата целлюлозы , которая ранее была стандартной. Под воздействием тепла или влаги кислоты в основе пленки начинают разлагаться до непригодного для использования состояния, выделяя уксусную кислоту с характерным уксусным запахом, в результате чего процесс известен как «синдром уксуса <127.>". Ацетатная пленка все еще используется в некоторых приложениях, например, негатив для камеры для движущихся изображений. С 1980-х годов полиэфирная пленка (иногда упоминаемая под торговым названием Kodak «ESTAR Base») стала более обычным явлением, особенно для архивных приложений. Ацетатная пленка также использовалась в качестве основы для магнитной ленты до появления полиэфирной пленки.

Магнитная лента

Магнитная лента из ацетата целлюлозы была представлена ​​IBM в 1952 году для использования на их ленточном накопителе IBM 726 в компьютере IBM 701. Он был намного легче и проще в обращении, чем металлическая лента, представленная UNIVAC в 1951 году для использования на их ленточном накопителе UNISERVO в компьютере UNIVAC I. В 1956 году магнитная лента из ацетата целлюлозы была заменена более стабильной магнитной лентой с пленкой ПЭТ для использования на ленточном накопителе IBM 727.

Прочая продукция

  • Одежда: пуговицы, подкладка, блузки, платья, свадебные и праздничные наряды, предметы интерьера, драпировки, обивка и чехлы.
  • Оправы для очков обычно изготавливаются из ацетата целлюлозы..
  • Промышленное использование: сигаретные фильтры и другие фильтры, резервуары для чернил для ручек с волокнистыми наконечниками.
  • Продукты с высокой впитывающей способностью: подгузники и хирургические изделия.
  • Оригинальные кубики Lego производились из ацетата целлюлозы с 1949 по 1963 год.
  • Наградная лента: розетки для конных соревнований, выставок собак / кошек, корпоративных наград, рекламы и идентификации во всех продуктах используется лента из ацетата целлюлозы.
  • Игральные карты могут быть изготовлены из ацетата целлюлозы.
  • Игрушки
  • Прозрачные пленки для проецирования сверху

Производство

Приготовление из ацетата целлюлозы

Определение Федеральной торговой комиссии для ацетатного волокна: «Промышленное волокно, в котором волокнообразующим веществом является ацетат целлюлозы. Где не менее чем 92 процента гидроксильных групп ацетилированы, термин триацетат может использоваться как общее описание волокна ».

Ацетат получают из целлюлозы путем первоначального разложения древесной массы в очищенную пушистую белую целлюлозу. Для производства хорошего продукта используются целлюлозы особого качества, такие как 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. ангидроглюкозное звено является основной повторяющейся структурой целлюлозы и имеет три гидроксильные группы, которые могут реагировать с образованием ацетатных сложных 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 как «ацетат».

После образования ацетат целлюлозы растворяют в ацетоне, образуя вязкий раствор для экструзии через фильеры (которые напоминают насадку для душа). По мере появления волокон 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 Celanese Corporation в 1924 году. В настоящее время производителями ацетатного волокна в США являются Celanese и Eastman Chemical Company.

Method

По сей день не было обнаружено никакого способа прямого производства ацетатов целлюлозы. Поскольку попытки произвести частичную этерификацию целлюлозы приводят только к смеси неацетилированной и полностью ацетилированной целлюлозы, применяется двухэтапный синтез: сначала целлюлоза всегда полностью превращается в триацетат целлюлозы, а затем путем гидролиза в ацетаты целлюлозы с низкой степенью этерификации. Таким образом, целлюлоза сначала полностью превращается в триацетат целлюлозы, а затем путем гидролиза получают ацетат целлюлозы с низкой степенью этерификации.

Очищенная целлюлоза из древесной массы или хлопкового пуха 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. Они растворяются в ацетоне, и раствор очищается фильтрованием. Раствор экструдируют центрифугированием в колонне теплого воздуха. Растворитель восстанавливается. Нити растягиваются и наматываются на балки, конусы или бобины, готовые к использованию. Наконец, волокна прядут в волокна.

Производство разделено на следующие этапы процесса:

  • Механическое кондиционирование целлюлозы: целлюлоза, которая обычно поставляется в виде рулонной или листовой массы, фибриллируется с помощью различных типов измельчителей, таких как молотковые дробилки и дисковые рафинеры, при этом последовательное расположение обоих типов измельчителей обеспечивает оптимальное растворение.
  • Предварительная химическая обработка: фибриллированная целлюлоза обрабатывается уксусной кислотой (при необходимости с добавлением небольшое количество серной кислоты) при умеренном перемешивании при температуре от 25 ° C до 50 ° C в течение примерно 1 ч, что приводит к непрерывному испарению и конденсации уксусной кислоты в промежутках между частицами волокон. Это вызывает набухание частиц целлюлозы, что облегчает диффузию частиц растворителя в эти частицы во время следующей стадии процесса. В дополнение к этой предварительной обработке парами уксусной кислоты существует также предварительная обработка в виде 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 пульпе. В то же время уксусная кислота добавляется во все более высоких концентрациях. Преимущество этого процесса заключается в экономии измельчения, поскольку слои целлюлозы можно добавлять непосредственно в резервуар с мешалкой.
  • Ацетилирование целлюлозы: при промышленном производстве ацетатов целлюлозы процесс с уксусной кислотой или хлористый метилен процесс обычно используется для ацетилирования. В процессах с уксусной кислотой предварительно обработанная целлюлозная масса реагирует в смеси ацетилирования растворителя уксусной кислоты с избытком уксусного ангидрида, который служит в качестве агента этерификации, и с серной кислотой в качестве катализатора при интенсивном механическом перемешивании. Реакция является сильно экзотермической, поэтому требуется интенсивное охлаждение реакционных сосудов. Процесс этерификации завершают добавлением воды, когда из волокнистой пульпы образуется высоковязкая прозрачная реакционная смесь. Этот раствор должен быть без геля и иметь желаемую вязкость. В процессе хлористого метилена в качестве растворителя в смеси для ацетилирования используется хлористый метилен вместо уксусной кислоты. Поскольку низкокипящий метиленхлорид можно легко удалить дистилляцией, контроль процесса достигается даже при использовании высоковязких растворов. Даже при низких температурах он может очень хорошо растворять 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 хлористого метилена, 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 (таком как бензол ) и этерифицируется 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 обычно нагревают до 60-80 ° C в присутствии кислотного катализатора (обычно серной кислоты) путем добавления воды при перемешивании и нагревании. Гидролиз регулируется концентрацией серной кислоты, количеством воды и температурой таким образом, что достигается желаемое молекулярное разложение (разрыв цепи ). Затем процесс гидролиза останавливают добавлением основных солей (например, натрия или ацетата магния ), которые нейтрализуют кислотный катализатор.
  • Осаждение ацетата целлюлозы: при осаждении целлюлозы ацетата из реакционного раствора с использованием разбавленной уксусной кислоты, важно получить однородные и легко смываемые хлопья ацетата целлюлозы. Перед осаждением весь присутствующий хлористый метилен необходимо полностью отогнать. Затем уксусную кислоту регенерируют.
  • Промывка и сушка: с помощью интенсивной промывки, которая обычно проводится в противотоке, уксусная кислота должна быть удалена с хлопьев до мельчайших следов, в противном случае они могут быть повреждены («Обугливание ") произойдет в процессе сушки. После отжима промывочной жидкости хлопья сушатся на конвейерной сушилке, через которую проходит горячий воздух до остаточной влажности прибл. 2-5%. Для последующего производства очень качественных, термостойких, ярко окрашенных и устойчивых к цвету термопластичных формовочных смесей хлопья ацетата целлюлозы также отбеливаются и стабилизируются на дополнительных этапах процесса (для минимизации термического разложения и обесцвечивания) перед окончательной сушкой.
  • Смешивание хлопьев: заключительные этапы аналогичны обработке других пластмасс: перед транспортировкой хлопьев ацетата целлюлозы в сборный контейнер, откуда они отправляются на соответствующие перерабатывающие предприятия, хлопья тщательно перемешиваются. контролируемым образом. Это должно компенсировать отклонения ацетатов целлюлозы из разных производственных партий. Для многих последующих этапов обработки хлопья обычно предварительно измельчаются в мелкий порошок. Чтобы можно было использовать ацетат целлюлозы в способах обработки пластмасс, таких как литье под давлением, порошок также должен быть смешан с подходящими пластификаторами и другими добавками, такими как функциональные добавки для термической, погодостойкой, УФ- и ИК-стабилизации. Смеси можно адаптировать к соответствующим требованиям последующей обработки. Из компаунда, полученного путем плавления, производятся гранулы, которые могут быть доставлены переработчикам пластмасс.

Утилизация и разложение

Мировое производство материалов CA превысило 800 000 тонн (790 000 длинных тонн; 880 000 коротких тонн) в год в 2008 году. Многие продукты утилизируются как подстилка или в компост. Хотя изначально считалось, что СА практически не биоразлагаема, было показано, что после начальной частичной деацетилизации целлюлозный каркас полимера легко биоразлагается ферментами целлюлаза. 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 усилена пигментом TiO2. На разборку сигаретных фильтров CA требуются годы.

Торговые наименования

Ацетат целлюлозы продается под различными торговыми наименованиями, такими как Tenite, Eastman Chemical Company, зил и цилонит, Cellon, производство Deutsche Celluloid Fabrik, Eilenburg, Германия, и Rhodoid, производство Soc. des Usines Chim. Rhone-Poulenc, Париж, Франция, и May Baker Ltd., Лондон, Великобритания. Литая пленка из ацетата целлюлозы производится в Спондоне (Дербишир, Великобритания) компанией Celanese и продается как Clarifoil.

Другие сложные эфиры целлюлозы

(CAB, Tenite II) и родственные производные целлюлозы, которые используются как в чернилах, так и в покрытиях. Основное различие между ними и ацетатом целлюлозы заключается в их растворимости в более широком диапазоне растворителей.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

На Викискладе есть материалы, связанные с Ацетат целлюлозы.
Последняя правка сделана 2021-05-14 14:02:24
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте