Octan celulozy: struktura chemiczna, właściwości i zastosowania
Octan celulozy jest organicznym i syntetycznym związkiem, który można otrzymać w stanie stałym jako płatki, płatki lub biały proszek. Jego wzór cząsteczkowy to C 76 H 114 O 49 . Wykonany jest z surowca uzyskanego z roślin: celulozy, która jest homopolisacharydem.
Octan celulozy został po raz pierwszy wyprodukowany w Paryżu, w 1865 r. Przez Paula Schützenbergera i Laurenta Naudina, po acetylowaniu celulozy bezwodnikiem octowym (CH3CO-O-COCH 3 ). Otrzymali w ten sposób jeden z najważniejszych estrów celulozy wszechczasów.
Zgodnie z tymi właściwościami polimer jest przeznaczony do wytwarzania tworzyw sztucznych w dziedzinie kinematografii, fotografii i w dziedzinie tekstyliów, gdzie przeżywał wielki moment boomu.
Jest on stosowany nawet w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym, a także jest bardzo przydatny w laboratoriach chemicznych i ogólnie w laboratoriach badawczych.
Struktura chemiczna
Strukturę trioctanu celulozy, jednej z form acetylowanych tego polimeru, pokazano na górnym obrazie.
Jak wyjaśniono tę strukturę? Wyjaśnia się to z celulozy, która składa się z dwóch piranozowych pierścieni glukozy połączonych wiązaniami glikozydowymi (R-O-R), pomiędzy węglami 1 (anomeryczny) i 4.
Te wiązania glikozydowe są typu β 1 -> 4; to znaczy, znajdują się w tej samej płaszczyźnie co pierścień w odniesieniu do grupy -CH2OCOCH 3 . Dlatego twój ester octanowy zachowuje ten sam organiczny szkielet.
Co by się stało, gdyby grupy OH w 3 atomach węgla trioctanu celulozy były acetylowane? Zwiększyłoby to steryczne (przestrzenne) napięcie w jego strukturze. Dzieje się tak, ponieważ grupa -OCOCH 3 „ulegnie awarii” z sąsiednimi grupami glukozy i pierścieniami.
Jednak po tej reakcji otrzymuje się octanomaślan celulozy, produkt otrzymany z najwyższym stopniem acetylacji i którego polimer jest jeszcze bardziej elastyczny.
Wyjaśnieniem tej elastyczności jest eliminacja ostatniej grupy OH, a zatem wiązań wodorowych między łańcuchami polimeru.
W rzeczywistości pierwotna celuloza jest zdolna do tworzenia wielu wiązań wodorowych, a ich eliminacja jest nośnikiem wyjaśniającym zmiany jej właściwości fizykochemicznych po acetylacji.
Tak więc, acetylacja występuje najpierw w mniej sterycznie sterowanych grupach OH. Gdy stężenie bezwodnika octowego wzrasta, zastępuje się więcej grup H.
W rezultacie, podczas gdy te grupy -OCOCH3 zwiększają masę polimeru, ich oddziaływania międzycząsteczkowe są mniej silne niż wiązania wodorowe, „zginając” i utwardzając celulozę w tym samym czasie.
Otrzymywanie
Jego produkcja jest uważana za prosty proces. Celuloza jest ekstrahowana z masy celulozowej drewna lub bawełny, która jest poddawana reakcjom hydrolizy w różnych warunkach czasu i temperatury.
Celuloza reaguje z bezwodnikiem octowym w środowisku kwasu siarkowego, które katalizuje reakcję.
W ten sposób celuloza ulega degradacji i otrzymuje się mniejszy polimer zawierający 200 do 300 jednostek glukozy na łańcuch polimeru, przy czym hydroksyl celulozy zastępuje się grupami octanowymi.
Końcowym wynikiem tej reakcji jest biały stały produkt, który może mieć konsystencję proszku, skali lub grudki. Z tego można opracować włókna, przechodząc przez pory lub dziury w ośrodku z gorącym powietrzem, odparowując rozpuszczalniki.
Za pomocą tych złożonych procesów otrzymuje się różne rodzaje octanu celulozy, w zależności od stopnia acetylacji.
Ponieważ celuloza ma monomeryczną strukturalną glukozę, która ma 3 grupy OH, które mogą być acetylowane, otrzymuje się octany di, tri lub nawet maślanu, które to grupy -OCOCH3 są odpowiedzialne za niektóre jego właściwości
Właściwości
Octan celulozy ma temperaturę topnienia 306 ° C, gęstość w zakresie od 1, 27 do 1, 34 i ma przybliżoną masę cząsteczkową 1811, 699 g / mol.
Jest nierozpuszczalny w kilku składnikach organicznych, takich jak aceton, cykloheksanol, octan etylu, nitropropan i dichlorek etylenu.
Produkty zawierające octan celulozy cenią elastyczność, twardość, wytrzymałość na rozciąganie, aby nie były atakowane przez bakterie lub mikroorganizmy oraz ich nieprzepuszczalność dla wody.
Jednakże włókna mają zmiany wymiarów w zależności od ekstremalnych zmian temperatury i wilgotności, chociaż włókna są odporne na temperatury do 80 ° C.
Używa
Octan celulozy znajduje wiele zastosowań, spośród których wyróżniają się następujące:
- Membrany do produkcji przedmiotów z tworzyw sztucznych, papieru i tektury. Pośredni wpływ dodatku chemicznego octanu celulozy jest opisany, gdy ma on kontakt z żywnością w opakowaniu.
- W dziedzinie zdrowia jest stosowany jako membrany z otworami w średnicy naczyń włosowatych, osadzone w cylindrycznych urządzeniach, które spełniają funkcję sztucznego sprzętu do nerek lub hemodializy.
- W branży artystycznej i filmowej, w przypadku cienkich filmów do filmów, fotografii i taśm magnetycznych.
- W przeszłości był używany w przemyśle tekstylnym, jako włókna do wytwarzania różnych tkanin, takich jak sztuczny jedwab, satyna, octan i trioctan. Podczas gdy była w modzie, wyróżniała się niskim kosztem, jasnością i pięknem, które dawała odzieży.
- W przemyśle motoryzacyjnym, do produkcji części silników i podwozi różnych typów pojazdów.
- W dziedzinie aeronautyki, aby pokryć skrzydła samolotów w czasie wojny.
- Jest również szeroko stosowany w laboratoriach naukowych i badaniach. Ogólnie stosuje się go do wytwarzania porowatych filtrów, jako podparcie dla membran z octanu celulozy do przeprowadzenia elektroforezy lub przebiegu wymiany osmotycznej.
- Jest stosowany do produkcji pojemników na filtry papierosowe, kabli elektrycznych, lakierów i lakierów, wśród wielu innych zastosowań.
