Acetát celulózy

Acetát celulózy, syntetická sloučenina získaná acetylací rostlinné látky celulózy. Acetát celulosy se spřádá do textilních vláken známých různě jako acetátové vlákno, acetát nebo triacetát. Lze jej také lisovat do pevných plastových dílů, jako jsou rukojeti nástrojů, nebo odlévat do fólií pro fotografování nebo balení potravin, i když jeho použití v těchto aplikacích se snížilo.

Obrázek 1: Lineární forma polyethylenu, známá jako polyethylen vysoké hustoty (HDPE).
Přečtěte si více o tomto tématu
větší průmyslové polymery:

Celulóza je přirozeně se vyskytující polymer získávaný z dřevních vláken nebo krátkých vláken (linters) ulpívajících na semenech bavlny. Skládá se z opakujících se glukosových jednotek, které mají chemický vzorec C6H7O2 (OH)3 a následující molekulovou strukturu:Molekulová struktura.

U nezměněné celulosy představuje písmeno X v molekulové struktuře vodík (H), což znamená přítomnost tří hydroxylových (OH) skupin v molekule. OH skupiny vytvářejí silné vodíkové vazby mezi molekulami celulózy, což má za následek, že strukturu celulózy nelze uvolnit teplem nebo rozpouštědly, aniž by došlo k chemickému rozkladu. Při acetylaci je však vodík v hydroxylových skupinách nahrazen acetylovými skupinami (CH3-CO). Vzniklou sloučeninu acetátu celulosy lze rozpustit v určitých rozpouštědlech nebo změkčit či roztavit za tepla, což umožňuje materiál spřádat do vláken, tvarovat do pevných předmětů nebo odlévat jako film.

Acetát celulosy se nejčastěji připravuje působením kyseliny octové na celulosu a poté anhydridu kyseliny octové v přítomnosti katalyzátoru, jako je kyselina sírová. Když se výsledné reakce nechají proběhnout až do konce, produktem je plně acetylovaná sloučenina známá jako primární acetát celulózy nebo správněji triacetát celulózy. Triacetát je vysoce krystalická látka s vysokou teplotou tání (300 °C), která je rozpustná pouze v omezeném množství rozpouštědel (obvykle v methylenchloridu). Z roztoku může být triacetát za sucha spředen do vláken nebo za pomoci změkčovadel odlit jako film. Pokud je primární acetát ošetřen vodou, může dojít k hydrolizační reakci, při níž je acetylační reakce částečně obrácena a vzniká sekundární acetát celulosy nebo diacetát celulosy. Diacetát lze rozpustit levnějšími rozpouštědly, jako je aceton, pro suché spřádání do vláken. Díky nižší teplotě tání (230 °C ) než triacetát lze diacetát ve formě vloček smíchat s vhodnými změkčovadly do prášku pro tvarování pevných předmětů a lze jej také odlévat jako film.

Získejte předplatné Britannica Premium a získejte přístup k exkluzivnímu obsahu. Předplaťte si nyní

Acetát celulózy byl vyvinut koncem 19. století v rámci snahy o konstrukci průmyslově vyráběných vláken na bázi celulózy. Zpracováním celulózy kyselinou dusičnou vznikl dusičnan celulózy (známý také jako nitrocelulóza), ale obtíže při práci s touto vysoce hořlavou sloučeninou podnítily výzkum v jiných oblastech. V roce 1865 Paul Schützenberger a Laurent Naudin z Collège de France v Paříži objevili acetylaci celulózy acetanhydridem a v roce 1894 Charles F. Cross a Edward J. Bevan pracující v Anglii patentovali postup přípravy triacetátu celulózy rozpustného v chloroformu. Významným komerčním přínosem byl objev britského chemika George Milese z let 1903-2005, že když se plně acetylovaná celulosa podrobí hydrolýze, přemění se na méně acetylovanou sloučeninu (diacetát celulosy), která je rozpustná v levných organických rozpouštědlech, jako je aceton.

Plného využití acetonem rozpustného materiálu v komerčním měřítku dosáhli dva švýcarští bratři Henri a Camille Dreyfusovi, kteří během první světové války postavili v Anglii továrnu na výrobu diacetátu celulosy, který se měl používat jako nehořlavé lepidlo pro potahování látkových křídel letadel. Po válce, kdy již nebyla poptávka po acetátovém lepidle, se bratři Dreyfusové zaměřili na výrobu diacetátových vláken a v roce 1921 jejich společnost British Celanese Ltd. zahájila komerční výrobu výrobku s ochrannou známkou Celanese. V roce 1929 zahájila společnost E.I. du Pont de Nemours & Company (nyní DuPont Company) výrobu acetátových vláken ve Spojených státech. Acetátové tkaniny si našly širokou oblibu pro svou měkkost a půvabnou drapérii. Materiál se při nošení snadno nemačká a díky nízké absorpci vlhkosti při správné úpravě nezadržuje snadno některé druhy skvrn. Acetátové oděvy se dobře perou, zachovávají si původní velikost a tvar a schnou v krátké době, i když mají tendenci zachovávat záhyby vzniklé za mokra. Vlákno se používá samostatně nebo ve směsích na výrobu oděvů, jako jsou šaty, sportovní oblečení, spodní prádlo, košile a kravaty, a také na výrobu koberců a dalších bytových doplňků.

V roce 1950 začala britská firma Courtaulds Ltd. vyvíjet triacetátová vlákna, která byla následně vyráběna v komerčním měřítku poté, co se stalo dostupným rozpouštědlo methylenchlorid. Společnosti Courtaulds a British Celanese uváděly na trh triacetátové vlákno pod ochrannou známkou Tricel. Ve Spojených státech byl triacetát uveden na trh pod ochrannou známkou Arnel. Triacetátové tkaniny se staly známými pro svou vynikající tvarovou stálost, odolnost proti srážení a snadné praní a sušení.

Výroba acetátových vláken od poloviny 20. století klesala, částečně kvůli konkurenci polyesterových vláken, která mají stejné nebo lepší vlastnosti při praní a nošení, lze je žehlit při vyšších teplotách a jsou levnější. Přesto se acetátová vlákna stále používají v oděvech se snadnou údržbou a pro vnitřní podšívky oděvů kvůli jejich vysokému lesku. Celulose diacetate tow (svazky vláken) se staly hlavním materiálem pro cigaretové filtry.

První komerční použití celulose diacetate jako plastu bylo v tzv. bezpečnostním filmu, který byl poprvé navržen jako náhrada celuloidu ve fotografii brzy po začátku 20. století. Dalším impulsem pro tento materiál bylo ve dvacátých letech 20. století zavedení vstřikování, rychlé a účinné techniky tváření, pro kterou byl acetát obzvláště vhodný, ale které nemohl být celuloid podroben kvůli vysokým teplotám. Acetát celulózy se začal široce používat v automobilovém průmyslu díky své mechanické pevnosti, houževnatosti, odolnosti proti opotřebení, průhlednosti a snadné tvarovatelnosti. Díky vysoké odolnosti proti nárazu se stal žádaným materiálem pro ochranné brýle, rukojeti nářadí, olejoměry apod. Ve 30. letech 20. století nahradil triacetát celulózy diacetát ve fotografických filmech a stal se předním základem pro kinofilmy, statické fotografie a rentgenové snímky.

S nástupem novějších polymerů od 30. a 40. let 20. století však došlo k úpadku celulózoacetátových plastů. Triacetát byl například ve filmové fotografii nakonec nahrazen polyethylentereftalátem, levným polyesterem, z něhož bylo možné vyrobit pevný a rozměrově stabilní film. Triacetát se stále vytlačuje nebo odlévá do fólií nebo desek používaných v obalech, membránových filtrech a fotografických filmech a diacetát se vstřikuje do malých dílů, jako jsou zubní kartáčky a obroučky brýlí.

Napsat komentář