Триацетат целлюлозы: формула, применение, свойства

Триацетат целлюлозы по формуле представляет собой сложное органическое соединение. Ранее оно использовалось для изготовления кино- и фотопленки, а в настоящее время основной областью применения является изготовление тканей и пленок для рентгенологических исследований.

Описание

Триацетат целлюлозы – это эфир целлюлозы и уксусной кислоты. Представляет собой аморфное вещество белого цвета в виде хлопьев или порошка.

Химическая формула триацетата целлюлозы: [С6Н7О2 (ОСОСН3)3]n, где: n – степень полимеризации. Это значение находится в пределах 150-700. Средняя степень полимеризации – 260-300. Молекулярная масса соединения составляет 25-115 тысяч г/моль.

Вам будет интересно:Флуоресценция - это что такое?

Структурная формула триацетата целлюлозы представлена на рисунке ниже.

Это соединение является термопластом, то есть способно при нагревании переходить в высокоэластичное состояние, однако его термическая стойкость не высока. При температуре размягчения начинает изменяться окраска материала.

Физико-химические свойства

Триацетат целлюлозы, формула которого содержит 3 ацетильных группы COCH3, обладает следующими основными характеристиками:

• Вам будет интересно:Что такое упругий и неупругий удар

  Реклама

  хорошо растворим в таких веществах, как: ледяная уксусная кислота, хлороформ, анилин, пиридин, фенол, муравьиная кислота, формамид, жидкий сернистый ангидрид, метиленхлорид (наиболее распространенный растворитель в настоящее время);

• легко кристаллизуется при нагреве до температуры 210-225°С;

• не растворим в воде, сложных эфирах, ацетоне и этилацетате;

• низкая гигроскопичность;

• плотность 1280–1330 кг/м3;

• в растворах кислот и щелочей происходит омыление вещества, то есть оно неустойчиво;

• хорошая светоустойчивость;

• высокие волокно- и пленкообразующие свойства;

• температура размягчения – 190-210 °C, разложения (деструктурирования) – 230 °C;

• температура воспламенения – 295 °С, самовоспламенения – 380-430 °С.

Термостабильность вещества повышают путем добавления стабилизаторов (антиоксидантов, в состав которых входят аминогруппы, и других веществ).

Синтез

Впервые ацетатные эфиры целлюлозы были получены в 1865 г. немецким ученым Шютценбергом. В настоящее время триацетат (или первичный ацетат целлюлозы) синтезируют путем полного ацетилирования хлопковой или древесной целлюлозы с применением уксусного ангидрида. Этот процесс необратим и происходит в присутствии катализаторов – серной или хлорной кислоты. Согласно данных ИК-спектра, использование катализаторов состава H2SO4+Mg(ClO4)2 позволяет получить соединения с более высокими качественными и технологическими показателями.

Уксусная кислота в триацетате целлюлозы находится в связанном состоянии. Ее содержание находится в пределах 60-61,5%. Для создания более однородного продукта необходимо последующее омыление этого вещества. В составе ацетилирующей смеси, кроме ангидрида и катализаторов, находится также растворитель (гомогенный метод получения) или растворитель (гетерогенная технология).

Особенностями производства триацетата целлюлозы, отличающими его от изготовления других эфиров целлюлозы, являются:

• невозможность контроля образования сложных эфиров;

• необходимость использования катализатора;

• регулирование ацетильных групп в последующем процессе омыления.

Разновидности

Это вещество может быть получено в нескольких структурных модификациях:

Оба состояния вещества находятся в равновесии, которое зависит от температуры и рода растворителя. Переход из I во II модификацию является обратимым. Его можно произвести при помощи обработки различными химическими реагентами. При низких температурах — вне зависимости от исходного сырья — преимущественно синтезируется ацетат целлюлозы I, а вторая модификация образуется при высоких температурах этерификации гидратцеллюлозы. Второй тип структуры также можно получить омылением первой модификации раствором едкого натра в метиловом спирте.

Изготовление тканей

Еще в 1901 г. был выдан первый патент на выработку искусственного волокна из данного соединения и началось его промышленное освоение. Формула триацетата целлюлозы, как и других ацетатов этого вещества, характеризуется большой разницей по молекулярной массе. В связи с этим исходный целлюлозный материал отличается неоднородностью, а это сказывается на прядильных свойствах волокон. Низкомолекулярные фракции также значительно ухудшают их качество.

Волокно формируется при испарении жидкости в растворах триацетата целлюлозы в смеси ацетона с водой или в растворителях (метиленхлорид, этанол, метанол). Нити используются как дешевое сырье для производства искусственного шелка, трикотажных изделий и в технических целях. Применение триацетата целлюлозы в качестве основы для тканей позволяет получить их высокие потребительские характеристики:

• достаточная свето- и теплостойкость;

• хороший внешний вид (напоминает натуральный шелк);

• устойчивость ко многим химическим веществам и микроорганизмам;

• сохранение формы;

• гипоаллергенность.

К недостаткам относятся низкая гигроскопичность, уменьшение прочности волокон при их намокании, небольшая стойкость к механическому истиранию, накапливание статического электричества.

Триацетат целлюлозы: применение в других областях

С 1952 г. данное вещество было основным компонентом при изготовлении кино- и фотопленок, магнитных лент. В настоящее время оно используется также в производстве пленок для рентгеновских снимков. Для этого материала характерна стабильность в размерах, небольшое поглощение влаги, газопроницаемость. В некоторых компаниях вещество входит в состав покрытий для солнцезащитных очков.

В промышленности также находит широкое применение продукт омыления триацетата целлюлозы. Его используют при изготовлении пластмасс (этролы) и искусственного волокна. Отличительной особенностью данного вещества является возможность внесения более разнообразных видов пластификаторов по сравнению с триацетатом целлюлозы.

В лакокрасочной промышленности это соединение добавляют в состав лаков для лучшего пленкообразования. Согласно рентгенограммам и изучению ИК-спектра вещества, применение очищенных сиропов триацетата целлюлозы позволяет повысить физико-механические свойства пленок на 20%.