Selluloosa-asetaatti

Selluloosa-asetaatti, synteettinen yhdiste, joka on peräisin kasviperäisen aineen selluloosan asetyloinnista. Selluloosa-asetaatti kehrätään tekstiilikuiduiksi, jotka tunnetaan eri nimillä asetaattiviskoosi, asetaatti tai triasetaatti. Sitä voidaan myös muovata kiinteiksi muoviosiksi, kuten työkalujen kahvoiksi, tai valaa kalvoksi valokuvaukseen tai elintarvikkeiden käärimiseen, joskin sen käyttö näissä sovelluksissa on vähentynyt.

Kuva 1: Polyeteenin lineaarinen muoto, joka tunnetaan nimellä suuritiheyksinen polyeteeni (HDPE).
Lue lisää tästä aiheesta
pääkirjat teollisia polymeerejä: Selluloosa-asetaatti
Selluloosanitraatille ominaiset puutteet nostivat esiin mahdollisuuden valmistaa muita selluloosan estereitä, erityisesti…

Selluloosa on luonnossa esiintyvä polymeeri, jota saadaan puun kuiduista tai puuvillansiemeniin kiinnittyvistä lyhyistä kuiduista (linters). Se koostuu toistuvista glukoosiyksiköistä, joilla on kemiallinen kaava C6H7O2 (OH)3 ja seuraava molekyylirakenne:Molekyylirakenne.

Muuttamattomassa selluloosassa X molekyylirakenteessa edustaa vetyä (H), mikä osoittaa, että molekyylissä on kolme hydroksyyliryhmää (OH). OH-ryhmät muodostavat vahvoja vetysidoksia selluloosamolekyylien välille, minkä seurauksena selluloosarakenteita ei voi löysätä lämmön tai liuottimien avulla aiheuttamatta kemiallista hajoamista. Asetyloidessa hydroksyyliryhmien vety kuitenkin korvautuu asetyyliryhmillä (CH3-CO). Näin saatu selluloosa-asetaattiyhdiste voidaan liuottaa tiettyihin liuottimiin tai pehmentää tai sulattaa lämmössä, jolloin materiaali voidaan kehrätä kuiduiksi, muovata kiinteiksi kappaleiksi tai valaa kalvoksi.

Selluloosa-asetaatti valmistetaan tavallisimmin käsittelemällä selluloosaa ensin etikkahapolla ja sen jälkeen etikkahappoanhydridillä katalysaattorin, kuten rikkihapon, läsnä ollessa. Kun saatujen reaktioiden annetaan edetä loppuun asti, tuotteena on täysin asetyloitu yhdiste, jota kutsutaan primääriseksi selluloosa-asetaatiksi tai oikeammin selluloosatriasetaatiksi. Triasetaatti on korkeasti sulava (300 °C ), erittäin kiteinen aine, joka liukenee vain rajoitettuun määrään liuottimia (yleensä metyleenikloridiin). Liuoksesta triasetaatti voidaan kuivakehrätä kuiduiksi tai pehmittimien avulla valaa kalvoksi. Jos primääriasetaattia käsitellään vedellä, voi tapahtua hydrolysoitumisreaktio, jossa asetylaatioreaktio kääntyy osittain päinvastaiseksi, jolloin syntyy sekundääristä selluloosa-asetaattia tai selluloosadiasetaattia. Diasetaatti voidaan liuottaa halvempiin liuottimiin, kuten asetoniin, kuitujen kuivakehruuta varten. Koska diasetaatin sulamislämpötila on alhaisempi (230 °C ) kuin triasetaatin, diasetaatti voidaan hiutaleina sekoittaa sopivien pehmittimien kanssa jauheiksi kiinteiden esineiden muotoilua varten, ja se voidaan myös valaa kalvoksi.

Tilaa Britannica Premium -tilaus ja hanki pääsy eksklusiiviseen sisältöön. Tilaa nyt

Selluloosa-asetaatti kehitettiin 1800-luvun lopulla osana pyrkimystä suunnitella selluloosaan perustuvia teollisesti tuotettuja kuituja. Selluloosan käsittely typpihapolla oli tuottanut selluloosanitraattia (tunnetaan myös nimellä nitroselluloosa), mutta tämän helposti syttyvän yhdisteen työstämiseen liittyvät vaikeudet kannustivat tutkimaan muita aloja. Vuonna 1865 Paul Schützenberger ja Laurent Naudin Pariisin Collège de Francesta löysivät selluloosan asetyloinnin etikkahappoanhydridillä, ja vuonna 1894 Englannissa työskentelevät Charles F. Cross ja Edward J. Bevan patentoivat prosessin kloroformiin liukenevan selluloosatriasetaatin valmistamiseksi. Brittiläinen kemisti George Miles teki vuosina 1903-2005 merkittävän kaupallisen panoksen havaitsemalla, että kun täysin asetyloitua selluloosaa hydrolysoitiin, se muuttui vähemmän voimakkaasti asetyloituneeksi yhdisteeksi (selluloosadiasetaatti), joka liukeni halpoihin orgaanisiin liuottimiin, kuten asetoniin.

Asetoniin liukenevan aineen täydellisen kaupallisen hyödyntämisen saavuttivat kaksi sveitsiläistä veljestä, Henri ja Camille Dreyfus, jotka rakensivat ensimmäisen maailmansodan aikana Englantiin tehtaan, jossa valmistettiin selluloosadiasetaattia, jota käytettiin syttymättömänä väriaineena kankaisten lentokoneiden siipien pinnoittamiseen. Sodan jälkeen, kun asetaattidopille ei enää ollut kysyntää, Dreyfusin veljekset siirtyivät diasetaattikuitujen tuotantoon, ja vuonna 1921 heidän yrityksensä British Celanese Ltd. aloitti tuotteen kaupallisen valmistuksen, jonka tavaramerkki oli Celanese. Vuonna 1929 E.I. du Pont de Nemours & Company (nykyinen DuPont Company) aloitti asetaattikuidun tuotannon Yhdysvalloissa. Asetaattikankaat saivat laajaa suosiota pehmeytensä ja sirojen ominaisuuksiensa ansiosta. Materiaali ei rypisty helposti, kun sitä käytetään, ja koska se imee vähän kosteutta, kun se on asianmukaisesti käsitelty, siihen ei jää helposti tietyntyyppisiä tahroja. Asetaattivaatteet pestään hyvin, ne säilyttävät alkuperäisen kokonsa ja muotonsa ja kuivuvat lyhyessä ajassa, vaikka niillä on taipumus säilyttää märkänä syntyneet rypyt. Kuitua on käytetty yksinään tai sekoituksina vaatteissa, kuten mekoissa, urheiluvaatteissa, alusvaatteissa, paidoissa ja solmioissa sekä matoissa ja muissa kodin sisustustarvikkeissa.

Vuonna 1950 brittiläinen Courtaulds Ltd. alkoi kehittää triasetaattikuituja, joita alettiin sittemmin valmistaa kaupallisessa mittakaavassa sen jälkeen, kun metyleenikloridiliuotin tuli saataville. Courtaulds ja brittiläinen Celanese markkinoivat triasetaattikuitua tavaramerkillä Tricel. Yhdysvalloissa triasetaatti tuotiin markkinoille tavaramerkillä Arnel. Triasetaattikankaat tulivat tunnetuiksi erinomaisesta muodonpitävyydestään, kutistumisen vastustuskyvystään sekä pesun ja kuivauksen helppoudestaan.

Asetaattikuitujen tuotanto on vähentynyt 1900-luvun puolivälin jälkeen osittain siksi, että polyesterikuidut ovat kilpailleet niiden kanssa, sillä polyesterikuiduilla on samat tai paremmat pesu- ja kulumisominaisuudet, niitä voidaan silittää korkeammissa lämpötiloissa ja ne ovat halvempia. Asetaattikuituja käytetään kuitenkin edelleen helppohoitoisissa vaatteissa ja vaatteiden sisävuorissa niiden korkean kiillon vuoksi. Selluloosadiasetaattitouvista (kuitukimput) on tullut savukkeiden suodattimien päämateriaali.

Selluloosadiasetaatin ensimmäinen kaupallinen käyttö muovina oli niin sanotussa turvakalvossa, jota ehdotettiin ensimmäisen kerran selluloidin korvaajaksi valokuvauksessa pian 1900-luvun alun jälkeen. Materiaali sai uutta vauhtia 1920-luvulla, kun käyttöön otettiin ruiskuvalumenetelmä, nopea ja tehokas muotoilutekniikka, johon asetaatti soveltui erityisen hyvin, mutta jota ei voitu käyttää selluloidin korkeiden lämpötilojen vuoksi. Selluloosa-asetaattia alettiin käyttää laajalti autoteollisuudessa sen mekaanisen lujuuden, sitkeyden, kulutuskestävyyden, läpinäkyvyyden ja helpon muovattavuuden vuoksi. Suuri iskunkestävyys teki siitä halutun materiaalin suojalaseihin, työkalukahvoihin, öljymittareihin ja vastaaviin. 1930-luvulla selluloosatriasetaatti korvasi diasetaatin valokuvausfilmissä, ja siitä tuli elokuvien, still-valokuvien ja röntgensäteilyn ensisijainen perusaine.

1930- ja 1940-luvuilla alkaneen uudempien polymeerien käyttöönoton myötä selluloosa-asetaattimuovit kuitenkin taantuivat. Esimerkiksi triasetaatti korvattiin lopulta elokuvavalokuvauksessa polyeteenitereftalaatilla, joka on edullinen polyesteri, josta voitiin valmistaa vahvaa ja mittapysyvää filmiä. Triasetaattia pursotetaan tai valetaan edelleen kalvoiksi tai levyiksi, joita käytetään pakkauksissa, kalvosuodattimissa ja valokuvauskalvoissa, ja diasetaattia ruiskuvaletaan pieniksi osiksi, kuten hammasharjoiksi ja silmälasien kehyksiksi.

Jätä kommentti