Octan celulozy, związek syntetyczny otrzymywany przez acetylację substancji roślinnej celulozy. Octan celulozy jest przędzony na włókna tekstylne znane pod różnymi nazwami: acetat rayon, acetat lub triacetat. Można go również formować w stałe części z tworzyw sztucznych, takie jak uchwyty narzędzi, lub odlewać w folię do fotografii lub pakowania żywności, chociaż jego zastosowanie w tych dziedzinach uległo zmniejszeniu.
Celuloza jest naturalnie występującym polimerem otrzymywanym z włókien drzewnych lub krótkich włókien (linters) przylegających do nasion bawełny. Składa się z powtarzających się jednostek glukozy, które mają wzór chemiczny C6H7O2 (OH)3 i następującą strukturę molekularną:
W niezmienionej celulozie, X w strukturze molekularnej reprezentuje wodór (H), wskazując na obecność w cząsteczce trzech grup hydroksylowych (OH). Grupy OH tworzą silne wiązania wodorowe pomiędzy cząsteczkami celulozy, co powoduje, że struktury celulozy nie mogą być rozluźnione przez ciepło lub rozpuszczalniki bez spowodowania rozkładu chemicznego. Jednakże podczas acetylacji, wodór w grupach hydroksylowych zostaje zastąpiony grupami acetylowymi (CH3-CO). Powstały związek octanu celulozy może być rozpuszczony w niektórych rozpuszczalnikach lub zmiękczony albo stopiony pod wpływem ciepła, co pozwala na przędzenie materiału we włókna, formowanie w obiekty stałe lub odlewanie w postaci folii.
Octan celulozy jest najczęściej przygotowywany przez traktowanie celulozy kwasem octowym, a następnie bezwodnikiem octowym w obecności katalizatora, takiego jak kwas siarkowy. Kiedy pozwala się, aby reakcje przebiegały do końca, produktem jest w pełni acetylowany związek znany jako pierwotny octan celulozy lub, bardziej poprawnie, triacetat celulozy. Triacetat jest wysoce topliwą (300 °C), wysoce krystaliczną substancją, która jest rozpuszczalna jedynie w ograniczonym zakresie rozpuszczalników (zazwyczaj w chlorku metylenu). Z roztworu, triacetat może być na sucho przędzony we włókna lub, przy pomocy plastyfikatorów, odlewany w postaci folii. Jeżeli pierwotny octan jest poddawany działaniu wody, może zachodzić reakcja hydrolizy, w której reakcja acetylacji jest częściowo odwracana, co prowadzi do powstania wtórnego octanu celulozy lub dioctanu celulozy. Dioctan można rozpuścić tańszymi rozpuszczalnikami, takimi jak aceton, w celu przędzenia na sucho we włókna. Z niższą temperaturą topnienia (230 ° C ) niż triacetat, dioctan w postaci płatków może być mieszany z odpowiednimi plastyfikatorami w proszki do formowania obiektów stałych, a także może być odlewany jako film.
Octan celulozy został opracowany pod koniec XIX wieku jako część wysiłków mających na celu zaprojektowanie przemysłowo produkowanych włókien opartych na celulozie. W wyniku obróbki celulozy kwasem azotowym otrzymano azotan celulozy (znany również jako nitroceluloza), ale trudności związane z pracą z tym wysoce łatwopalnym związkiem zachęciły do badań w innych dziedzinach. W 1865 roku Paul Schützenberger i Laurent Naudin z Collège de France w Paryżu odkryli acetylację celulozy bezwodnikiem octowym, a w 1894 roku Charles F. Cross i Edward J. Bevan, pracujący w Anglii, opatentowali proces otrzymywania rozpuszczalnego w chloroformie trioctanu celulozy. Ważny wkład handlowy wniósł brytyjski chemik George Miles w latach 1903-05, odkrywając, że gdy całkowicie acetylowana celuloza została poddana hydrolizie, przekształciła się w mniej silnie acetylowany związek (dioctan celulozy), który był rozpuszczalny w tanich rozpuszczalnikach organicznych, takich jak aceton.
Pełne wykorzystanie na skalę komercyjną materiału rozpuszczalnego w acetonie zostało osiągnięte przez dwóch szwajcarskich braci, Henri i Camille Dreyfus, którzy podczas I Wojny Światowej zbudowali w Anglii fabrykę do produkcji dwuoctanu celulozy, który miał być używany jako niepalna farba do powlekania skrzydeł samolotów. Po wojnie, w obliczu braku dalszego popytu na klej octanowy, bracia Dreyfus zajęli się produkcją włókien octanowych, a w 1921 r. ich firma, British Celanese Ltd., rozpoczęła komercyjną produkcję tego produktu, oznaczonego znakiem towarowym Celanese. W 1929 r. E.I. du Pont de Nemours & Company (obecnie DuPont Company) rozpoczęła produkcję włókna octanowego w Stanach Zjednoczonych. Tkaniny octanowe znalazły szerokie uznanie za ich miękkość i wdzięczną draperię. Materiał nie marszczy się łatwo podczas noszenia i ze względu na niską absorpcję wilgoci, gdy jest właściwie traktowany, niełatwo zatrzymuje niektóre rodzaje plam. Ubrania z octanu dobrze się piorą, zachowując swój oryginalny rozmiar i kształt oraz schną w krótkim czasie, chociaż mają tendencję do zachowywania zagnieceń powstałych, gdy są mokre. Włókno zostało użyte, samodzielnie lub w mieszankach, w odzieży, takich jak sukienki, odzież sportowa, bielizna, koszule i krawaty, a także w dywanach i innych domowych furnishings.
W 1950 roku brytyjska firma Courtaulds Ltd. zaczęła rozwijać włókna triacetate, które następnie zostały wyprodukowane na skalę komercyjną po rozpuszczalniku chlorku metylenu stał się dostępny. Courtaulds i British Celanese wprowadził do obrotu włókno triacetatowe pod znakiem towarowym Tricel. W Stanach Zjednoczonych triacetat został wprowadzony pod nazwą handlową Arnel. Tkaniny Triacetate stał się znany ze swojej doskonałej retencji kształtu, odporność na kurczenie się i łatwość mycia i suszenia.
Produkcja włókien octanowych spadła od połowy 20 wieku częściowo z powodu konkurencji z włókien poliestrowych, które mają takie same lub lepsze wash-and-wear właściwości, mogą być prasowane w wyższych temperaturach, i są mniej kosztowne. Niemniej jednak, włókna octanowe są nadal używane w odzieży łatwej w pielęgnacji oraz w wewnętrznych podszewkach odzieży ze względu na ich wysoki połysk. Dioctan celulozy (wiązki włókien) stał się głównym materiałem do filtrów papierosowych.
Pierwszym komercyjnym zastosowaniem dioctanu celulozy jako tworzywa sztucznego była tak zwana folia bezpieczeństwa, po raz pierwszy zaproponowana jako zamiennik celuloidu w fotografii wkrótce po rozpoczęciu XX wieku. W latach 20-tych XX wieku materiał ten otrzymał dodatkowy impuls dzięki wprowadzeniu formowania wtryskowego, szybkiej i wydajnej techniki formowania, do której octan był szczególnie podatny, ale której celuloid nie mógł być poddawany ze względu na wysokie temperatury. Octan celulozy stał się szeroko stosowany w przemyśle motoryzacyjnym ze względu na swoją wytrzymałość mechaniczną, ciągliwość, odporność na ścieranie, przejrzystość i łatwość formowania. Jego wysoka odporność na uderzenia sprawiła, że stał się pożądanym materiałem na okulary ochronne, uchwyty narzędzi, wskaźniki oleju i tym podobne. W latach 30-tych XX wieku trioctan celulozy zastąpił diacetat w filmie fotograficznym, stając się pierwszorzędną bazą dla filmów, fotografii nieruchomej i rentgenowskiej.
Wraz z wprowadzeniem nowszych polimerów w latach 30-tych i 40-tych XX wieku, tworzywa z octanu celulozy zaczęły podupadać. Triacetate, na przykład, został ostatecznie zastąpiony w fotografii filmowej przez politereftalan etylenu, niedrogi poliester, który może być wykonany w mocny, stabilny wymiarowo film. Triacetat jest nadal wytłaczany lub odlewany w postaci folii lub arkuszy używanych w opakowaniach, filtrach membranowych i kliszach fotograficznych, a diacetat jest formowany wtryskowo w małe części, takie jak szczoteczki do zębów i oprawki okularów.
.