Ацетаты целлюлозы

Ацета́ты целлюло́зы (ацетилцеллюлоза), уксуснокислые эфиры целлюлозы общей формулы [C₆ H₇ O₂ (OH)_3-x (OCOCH₃ )_x ]_n . Аморфные соединения белого цвета. Различают триацетат целлюлозы (конечный продукт ацетилирования целлюлозы), называется первичным ацетатом, или триацетилцеллюлозой, и продукт его частичного гидролиза, называется вторичным ацетатом, или вторичной ацетилцеллюлозой.

Степень этерификации x, или степень замещения (СЗ), изменяется в диапазоне 2,2–3,0 и определяется по содержанию связанной уксусной кислоты, количество которой составляет в триацетилцеллюлозе 60–61,5 %, во вторичной ацетилцеллюлозе – 52–56 % по массе. Степень полимеризации n лежит в пределах от менее 150 до 600–700 (молярная масса 25–115 тыс. г/моль).

Плотность ацетатов целлюлозы (1,28–1,33 г/см³ ) снижается с повышением СЗ. К даже незначительным изменениям СЗ чрезвычайно чувствительна также растворимость – один из наиболее важных показателей, определяющих возможность и условия переработки ацетатов целлюлозы. Высокоэтерифицированные ацетаты целлюлозы растворяются в метиленхлориде, дихлорэтане, хлороформе, метилцеллозольве, а также в муравьиной и уксусной кислотах. Снижение СЗ позволяет расширить ассортимент растворителей для ацетатов целлюлозы и улучшить их совместимость с низкомолекулярными пластификаторами. Так, частично омыленная триацетилцеллюлоза, кроме указанных растворителей, растворяется в сложных эфирах (метил- и этилацетате) и кетонах, например в ацетоне. Получены водорастворимые ацетаты целлюлозы, имеющие СЗ 0,5–0,6. Промышленные ацетаты целлюлозы не растворяются в воде, этаноле, бензоле, бензине; полностью омыляются с образованием гидратцеллюлозы (см. в статье Гидратцеллюлозные волокна) под действием концентрированных растворов щелочей при комнатной температуре и разбавленных растворов (0,05–0,1 моль/л) при повышенной температуре, а также при обработке минеральными кислотами.

Ацетаты целлюлозы малогигроскопичны (особенно триацетилцеллюлоза), светостойки, обладают хорошими физико-механическими (волокно- и плёнкообразующими) cвойствами; практически негорючи (t_воспл 295 °С, t_{самовоспл} 380–430 °С). Термическая стабильность ацетатов целлюлозы недостаточно высока: уже при 190–210 °С (температура размягчения) изменяется окраска материала, а при 230 °С он начинает разлагаться; для повышения стабильности добавляют, например, дифениламин, производные фенола и гидрохинона.

Триацетилцеллюлоза может быть получена действием на хлопковую или облагороженную древесную целлюлозу различными этерифицирующими агентами – уксусного ангидрида, ацетилхлорида, кетена; наиболее распространён уксусный ангидрид. Состав ацетилирующей смеси (% по массе): ангидрид (38–40), катализаторы (1–2; главным образом минеральные кислоты – серная кислота H₂ SO₄ , хлорная кислота HClO₄ ), а также разбавители (58–60). Если последними служат неполярные жидкости (бензол, толуол, ксилолы, ССl₄ ), ацетилирование происходит в гетероганической среде; при использовании растворителя триацетилцеллюлозы (например, уксусной кислоты, метиленхлoрида) реакция начинается в гетероганической среде, а заканчивается в гомогенной.

Перед этерификацией целлюлозу обычно активируют обработкой в 95–100 %-ной уксусной кислоте. Реакцию проводят в течение 2–3 ч при отношении массы смеси к массе целлюлозы 20–30, температурах 10–15 °С (в начале процесса) и 30–50 °С (в конце). При гетерогенном ацетилировании полученный продукт промывают разбавителем (который затем отгоняют с водяным паром) и водой, затем сушат и отправляют на переработку. При гомогенном ацетилировании образовавшуюся триацетилцеллюлозу высаживают в водный раствор в виде хлопьев, которые промывают и высушивают. Оба варианта реакции реализованы в виде как периодического, так и непрерывного процесса.

Вторичную ацетилцеллюлозу производят частичным омылением триацетилцеллюлозы в 85–95 %-ном растворе уксусной кислоты, содержащем в качестве катализатора H₂ SO₄ (7–15 % от массы целлюлозы), в течение 12–18 ч при 40–50 °С.

Ацетаты целлюлозы применяют в производстве ацетатных волокон, полимерных плёнок, этролов, кино- и фотоплёнок, лаков, различных мембран.