Cellulose Acetate: Cấu trúc hóa học, tính chất và công dụng
Cellulose acetate là một hợp chất hữu cơ và tổng hợp có thể thu được ở trạng thái rắn dưới dạng mảnh, mảnh hoặc bột trắng. Công thức phân tử của nó là C 76 H 114 O 49 . Nó được làm từ nguyên liệu thô thu được từ thực vật: cellulose, là một homopolysacarit.
Cellulose acetate được sản xuất lần đầu tiên tại Paris, vào năm 1865 bởi Paul Schützenberger và Laurent Naudin, sau khi acetyl hóa cellulose bằng anhydrid acetic (CH 3 CO-O-COCH 3 ). Do đó, họ đã thu được một trong những este cellulose quan trọng nhất mọi thời đại.
Theo những đặc điểm này, polymer được dành cho việc sản xuất nhựa cho lĩnh vực điện ảnh, nhiếp ảnh và trong khu vực dệt may, nơi nó có thời điểm bùng nổ tuyệt vời.
Nó được sử dụng ngay cả trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không, cũng như nó rất hữu ích trong các phòng thí nghiệm hóa học và nghiên cứu nói chung.
Cấu trúc hóa học
Cấu trúc của cellulose triacetate, một trong những dạng acetyl hóa của polymer này, được hiển thị trong hình trên.
Cấu trúc này được giải thích như thế nào? Nó được giải thích từ cellulose, bao gồm hai vòng pyranose của glucose được liên kết bởi các liên kết glycosid (R-O-R), giữa các nguyên tử cacbon 1 (anomeric) và 4.
Các liên kết glycosid này thuộc loại β 1 -> 4; nghĩa là, chúng nằm trong cùng mặt phẳng với vòng đối với nhóm -CH 2 OCOCH 3 . Do đó, este acetate của bạn giữ lại bộ xương hữu cơ.
Điều gì sẽ xảy ra nếu các nhóm OH trong 3 nguyên tử của triacetate cellulose bị acetyl hóa? Nó sẽ làm tăng sức căng steric (không gian) trong cấu trúc của nó. Điều này là do nhóm -OCOCH 3 "sẽ sụp đổ" với các nhóm và vòng glucose lân cận.
Tuy nhiên, sau phản ứng cellulose acetate butyrate này, sản phẩm thu được với mức độ acetyl hóa cao nhất và polymer của nó thậm chí còn linh hoạt hơn.
Giải thích cho tính linh hoạt này là loại bỏ nhóm OH cuối cùng và do đó, liên kết hydro giữa các chuỗi polymer.
Trên thực tế, cellulose ban đầu có khả năng hình thành nhiều liên kết hydro và việc loại bỏ chúng là sự hỗ trợ giải thích những thay đổi về tính chất hóa lý của nó sau khi acetyl hóa.
Do đó, acetyl hóa xảy ra đầu tiên trong các nhóm OH ít bị cản trở hơn. Khi nồng độ anhydrid acetic tăng, nhiều nhóm H được thay thế.
Kết quả là, trong khi các nhóm -OCOCH 3 này tăng trọng lượng polymer, các tương tác liên phân tử của chúng kém mạnh hơn các liên kết hydro, "uốn cong" và làm cứng cellulose cùng một lúc.
Lấy
Sản xuất của nó được coi là một quá trình đơn giản. Cellulose được chiết xuất từ bột gỗ hoặc bông, chịu các phản ứng thủy phân trong các điều kiện thời gian và nhiệt độ khác nhau.
Các cellulose phản ứng với anhydrid acetic trong môi trường axit sunfuric, xúc tác cho phản ứng.
Theo cách này, cellulose bị phân hủy và một polymer nhỏ hơn chứa 200 đến 300 đơn vị glucose trên mỗi chuỗi polymer, thu được hydroxyl của cellulose bằng các nhóm acetate.
Kết quả cuối cùng của phản ứng này là một sản phẩm rắn màu trắng, có thể có độ sệt, vảy hoặc vón cục. Từ đó, các sợi có thể được xây dựng, khi đi qua lỗ chân lông hoặc lỗ trong môi trường có không khí nóng, làm bay hơi các dung môi.
Bằng các phương pháp phức tạp này, người ta thu được nhiều loại xenluloza khác nhau, tùy thuộc vào mức độ acetyl hóa.
Bởi vì cellulose có glucose đơn vị cấu trúc đơn phân, có 3 nhóm OH, có thể được acetyl hóa, di, tri hoặc thậm chí butyrate acetate. Các nhóm này -OCOCH 3 chịu trách nhiệm cho một số tính chất của nó
Thuộc tính
Cellulose acetate có nhiệt độ nóng chảy 306 ° C, mật độ dao động từ 1, 27 đến 1, 34 và có trọng lượng phân tử xấp xỉ 1811.699 g / mol.
Nó không hòa tan trong một số thành phần hữu cơ như acetone, cyclohexanol, ethylacetate, nitropropane và ethylene dichloride.
Sản phẩm có chứa giá trị linh hoạt cellulose acetate, độ cứng, độ bền kéo, không bị vi khuẩn hoặc vi sinh vật tấn công và không thấm nước của chúng.
Tuy nhiên, các sợi có sự thay đổi kích thước theo sự thay đổi cực độ của nhiệt độ và độ ẩm, mặc dù các sợi chống lại nhiệt độ lên tới 80 ° C.
Công dụng
Cellulose acetate tìm thấy nhiều công dụng, trong đó nổi bật sau đây:
- Màng lọc để sản xuất đồ vật bằng nhựa, giấy và các tông. Một tác động gián tiếp của phụ gia hóa học của cellulose acetate được mô tả khi nó tiếp xúc với thực phẩm trong bao bì của nó.
- Trong lĩnh vực sức khỏe, nó được sử dụng như màng có lỗ trong đường kính của mao mạch máu, được nhúng trong các thiết bị hình trụ đáp ứng chức năng của một thiết bị chạy thận nhân tạo hoặc chạy thận nhân tạo.
- Trong ngành công nghiệp nghệ thuật và phim ảnh, khi được sử dụng làm phim mỏng cho phim, nhiếp ảnh và băng từ.
- Trước đây, nó được sử dụng trong ngành dệt may, làm sợi để tạo ra các loại vải khác nhau như rayon, satin, acetate và triacetate. Mặc dù trong thời trang, nó nổi bật với chi phí thấp, vì độ sáng và vẻ đẹp mà nó mang lại cho quần áo.
- Trong ngành công nghiệp ô tô, để sản xuất các bộ phận của động cơ và khung gầm của các loại xe khác nhau.
- Trong lĩnh vực hàng không, để khoác cánh máy bay trong thời chiến.
- Nó cũng được sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm khoa học và nghiên cứu. Nói chung, nó được sử dụng trong sản xuất các bộ lọc xốp, như là một sự hỗ trợ cho màng cellulose acetate để thực hiện quá trình điện di hoặc trao đổi thẩm thấu.
- Nó được sử dụng trong sản xuất hộp đựng thuốc lá, dây cáp điện, vecni và sơn mài, trong số nhiều ứng dụng khác.
