Cellulose acetate, hợp chất tổng hợp có nguồn gốc từ acetyl hóa của cellulose chất thực vật. Cellulose acetate được kéo thành sợi dệt được gọi là rayon acetate, acetate hoặc triacetate. Nó cũng có thể được đúc thành các bộ phận bằng nhựa cứng như tay cầm công cụ hoặc đúc thành phim để chụp ảnh hoặc bọc thực phẩm, mặc dù việc sử dụng nó trong các ứng dụng này đã giảm đi.
Polyme công nghiệp chính: Cellulose acetate
Sự thiếu hụt vốn có của cellulose nitrate đã làm tăng khả năng sản xuất các este khác của cellulose, đặc biệt là các este của
Cellulose là một loại polymer tự nhiên thu được từ sợi gỗ hoặc các sợi ngắn (xơ) bám vào hạt bông. Nó được tạo thành từ các đơn vị glucose lặp lại có công thức hóa học C 6 H 7 O 2 (OH) 3 và cấu trúc phân tử sau:
Trong cellulose không thay đổi, X trong cấu trúc phân tử đại diện cho hydro (H), cho thấy sự hiện diện trong phân tử của ba nhóm hydroxyl (OH). Các nhóm OH tạo thành liên kết hydro mạnh giữa các phân tử cellulose, kết quả là cấu trúc cellulose không thể được nới lỏng bằng nhiệt hoặc dung môi mà không gây ra sự phân hủy hóa học. Tuy nhiên, khi acetyl hóa, hydro trong các nhóm hydroxyl được thay thế bằng các nhóm acetyl (CH 3 -CO). Hợp chất xenluloza kết quả có thể được hòa tan trong một số dung môi nhất định hoặc được làm mềm hoặc tan chảy dưới nhiệt, cho phép vật liệu được quay thành sợi, đúc thành vật thể rắn hoặc đúc dưới dạng màng.
Cellulose acetate được điều chế phổ biến nhất bằng cách xử lý cellulose bằng axit axetic và sau đó bằng anhydrid acetic với sự có mặt của chất xúc tác như axit sulfuric. Khi các phản ứng kết quả được phép tiến hành hoàn thành, sản phẩm là một hợp chất acetyl hóa hoàn toàn được gọi là cellulose acetate chính, hay nói đúng hơn là cellulose triacetate. Triacetate là một chất nóng chảy cao (300 ° C [570 ° F]), chất kết tinh cao, chỉ hòa tan trong một phạm vi hạn chế của dung môi (thường là metylen clorua). Từ dung dịch, triacetate có thể được sấy khô thành sợi hoặc, với sự trợ giúp của chất hóa dẻo, được đúc như một bộ phim. Nếu acetate chính được xử lý bằng nước, phản ứng thủy phân có thể xảy ra trong đó phản ứng acetyl hóa bị đảo ngược một phần, tạo ra cellulose acetate thứ cấp, hoặc cellulose diacetate. Diacetate có thể được hòa tan bằng các dung môi rẻ hơn như acetone để kéo sợi khô thành sợi. Với nhiệt độ nóng chảy thấp hơn (230 ° C [445 ° F]) so với triacetate, diacetate ở dạng vảy có thể được trộn với chất hóa dẻo thích hợp thành bột để đúc các vật thể rắn, và nó cũng có thể được đúc thành phim.
Cellulose acetate được phát triển vào cuối thế kỷ 19 như là một phần của nỗ lực thiết kế các sợi được sản xuất công nghiệp dựa trên cellulose. Điều trị cellulose bằng axit nitric đã tạo ra cellulose nitrate (còn được gọi là nitrocellulose), nhưng những khó khăn khi làm việc với hợp chất rất dễ cháy này đã khuyến khích nghiên cứu trong các lĩnh vực khác. Năm 1865, Paul Schützenberger và Laurent Naudin của Collège de France ở Paris đã phát hiện ra sự acetyl hóa cellulose bằng anhydrid acetic, và vào năm 1894 Charles F. Cross và Edward J. Bevan, làm việc ở Anh, đã cấp bằng sáng chế cho quá trình điều chế cellulose triacetate hòa tan chloroformate. Một đóng góp thương mại quan trọng đã được thực hiện bởi nhà hóa học người Anh George Miles vào năm 1903.05 với phát hiện rằng, khi cellulose được acetyl hóa hoàn toàn bị thủy phân, nó đã chuyển thành một hợp chất acetyl hóa ít hơn (cellulose diacetate) hòa tan trong dung môi hữu cơ rẻ tiền như vậy như acetone.
Việc khai thác toàn diện ở quy mô thương mại của vật liệu hòa tan acetone được thực hiện bởi hai anh em người Thụy Sĩ, Henri và Camille Dreyfus, người trong Thế chiến I đã xây dựng một nhà máy ở Anh để sản xuất cellulose diacetate để sử dụng làm chất chống cháy cho phủ cánh máy bay vải. Sau chiến tranh, không còn nhu cầu về acetate dope, anh em nhà Dreyfus đã chuyển sang sản xuất sợi diacetate, và vào năm 1921, công ty của họ, British Celan Ltd., bắt đầu sản xuất thương mại sản phẩm, được đăng ký nhãn hiệu là Celan. Năm 1929, EI du Pont de Nemours & Company (nay là Công ty DuPont) bắt đầu sản xuất sợi acetate tại Hoa Kỳ. Các loại vải axetat được ưa chuộng rộng rãi vì sự mềm mại và duyên dáng của chúng. Vật liệu này không dễ bị nhăn khi bị mòn và do khả năng hấp thụ độ ẩm thấp khi được xử lý đúng cách, không dễ dàng giữ lại một số loại vết bẩn. Quần áo axetat giặt tốt, giữ lại kích thước và hình dạng ban đầu của chúng và sấy khô trong một thời gian ngắn, mặc dù chúng có xu hướng giữ lại các nếp nhăn truyền khi ướt. Sợi đã được sử dụng, một mình hoặc pha trộn, trong trang phục như váy, đồ thể thao, đồ lót, áo sơ mi, và cà vạt và cả trong thảm và đồ đạc trong nhà khác.
Năm 1950, công ty Courtaulds Ltd. của Anh bắt đầu phát triển sợi triacetate, sau đó được sản xuất ở quy mô thương mại sau khi dung môi metylen clorua có sẵn. Courtaulds và Celan của Anh đã bán ra thị trường một loại sợi triacetate dưới nhãn hiệu Tricel. Tại Hoa Kỳ triacetate đã được giới thiệu dưới tên Arnel. Vải Triacetate được biết đến với khả năng giữ hình dạng vượt trội, khả năng chống co rút và dễ giặt và khô.
Sản xuất sợi acetate đã giảm từ giữa thế kỷ 20 một phần do sự cạnh tranh từ sợi polyester, có đặc tính giặt và mòn tốt hơn, có thể được ủi ở nhiệt độ cao hơn và ít tốn kém hơn. Tuy nhiên, sợi acetate vẫn được sử dụng trong các sản phẩm may mặc dễ chăm sóc và cho lớp lót bên trong của quần áo vì độ sáng bóng cao. Cellulose diacetate kéo (bó sợi) đã trở thành nguyên liệu chính cho các bộ lọc thuốc lá.
Việc sử dụng cellulose diacetate thương mại đầu tiên như một loại nhựa là trong cái gọi là phim an toàn, lần đầu tiên được đề xuất thay thế cho celluloid trong nhiếp ảnh ngay sau đầu thế kỷ 20. Vật liệu này đã được tiếp tục thúc đẩy vào những năm 1920 bằng cách giới thiệu phương pháp ép phun, một kỹ thuật tạo hình nhanh chóng và hiệu quả mà acetate đặc biệt có thể chấp nhận được nhưng không thể chịu được celluloid vì nhiệt độ cao. Cellulose acetate được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô vì độ bền cơ học, độ dẻo dai, chống mài mòn, trong suốt và dễ bị mốc. Khả năng chống va đập cao của nó làm cho nó trở thành một vật liệu mong muốn cho kính bảo vệ, tay cầm công cụ, đồng hồ đo dầu và những thứ tương tự. Vào những năm 1930, cellulose triacetate đã thay thế diacetate trong phim ảnh, trở thành cơ sở ưu việt cho các hình ảnh chuyển động, chụp ảnh tĩnh và tia X.
Tuy nhiên, với sự ra đời của các polymer mới hơn bắt đầu vào những năm 1930 và 1940, nhựa cellulose acetate đã bị suy giảm. Triacetate, chẳng hạn, cuối cùng đã được thay thế trong chụp ảnh chuyển động bằng polyetylen terephthalate, một loại polyester rẻ tiền có thể được chế tạo thành một bộ phim mạnh mẽ, ổn định về chiều. Triacetate vẫn được ép đùn hoặc đúc thành màng hoặc tấm được sử dụng trong bao bì, màng lọc và phim ảnh, và diacetate được đúc thành các phần nhỏ như bàn chải đánh răng và gọng kính.
