เซลลูโลสอะซิเตท: โครงสร้างทางเคมีสมบัติและการใช้ประโยชน์

เซลลูโลสอะซิเตท เป็นสารประกอบอินทรีย์และสารสังเคราะห์ที่สามารถหาได้ในสถานะของแข็งเช่นเกล็ดเกล็ดหรือผงสีขาว สูตรโมเลกุลของมันคือ C 76 H 114 O 49 มันทำจากวัตถุดิบที่ได้จากพืช: เซลลูโลสซึ่งเป็น homopolysaccharide

เซลลูโลสอะซิเตทผลิตครั้งแรกในปารีสในปี 2408 โดยพอลSchützenbergerและลอเรนต์ Naudin หลังจาก acetylating เซลลูโลสด้วยอะซิติกแอนไฮไดด์ (CH 3 CO-O-COCH 3 ) พวกเขาได้รับหนึ่งในเซลลูโลสเอสเทอร์ที่สำคัญที่สุดตลอดกาล

จากคุณสมบัติเหล่านี้พอลิเมอร์ถูกกำหนดให้ผลิตพลาสติกสำหรับการถ่ายทำภาพยนตร์การถ่ายภาพและในพื้นที่สิ่งทอซึ่งเป็นช่วงเวลาที่เฟื่องฟูอย่างยิ่ง

มันถูกนำมาใช้แม้ในอุตสาหกรรมยานยนต์และการบินเช่นเดียวกับมันมีประโยชน์มากในห้องปฏิบัติการทางเคมีและการวิจัยโดยทั่วไป

โครงสร้างทางเคมี

โครงสร้างของเซลลูโลส triacetate ซึ่งเป็นหนึ่งในรูปแบบอะซิติลเลตของโพลิเมอร์นี้จะแสดงในภาพด้านบน

โครงสร้างนี้อธิบายได้อย่างไร? มันถูกอธิบายจากเซลลูโลสซึ่งประกอบด้วยวงแหวน pyranose สองอันของกลูโคสที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะ glycosidic (R-O-R) ระหว่าง carbons 1 (anomeric) และ 4

พันธะ glycosidic เหล่านี้เป็นประเภทβ 1 -> 4; นั่นคือพวกเขาอยู่ในระนาบเดียวกับแหวนที่เกี่ยวข้องกับกลุ่ม -CH 2 OCOCH 3 ดังนั้นเอสเทตอะซิเตทของคุณจึงคงโครงกระดูกออร์แกนิคที่เหมือนกัน

จะเกิดอะไรขึ้นถ้ากลุ่ม OH ใน 3 carbons ของเซลลูโลส triacetate ถูก acetylated มันจะเพิ่มความตึงเครียด steric (เชิงพื้นที่) ในโครงสร้างของมัน นี่เป็นเพราะกลุ่ม -OCOCH 3 "จะผิดพลาด" กับกลุ่มน้ำตาลและแหวนใกล้เคียง

อย่างไรก็ตามหลังจากที่ได้รับบิวเทอเรตเซลลูโลสอะซิเตทปฏิกิริยานี้ผลิตภัณฑ์ที่ได้ด้วยอะซิติเลชั่นระดับสูงสุดและโพลิเมอร์มีความยืดหยุ่นมากยิ่งขึ้น

คำอธิบายสำหรับความยืดหยุ่นนี้คือการกำจัดกลุ่ม OH ที่ผ่านมาดังนั้นพันธะไฮโดรเจนระหว่างโซ่โพลิเมอร์

ในความเป็นจริงเซลลูโลสดั้งเดิมนั้นสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้จำนวนมากและการกำจัดสิ่งเหล่านี้คือการสนับสนุนที่อธิบายการเปลี่ยนแปลงของคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์หลังจากอะซิติเลชั่น

ดังนั้นอะซิติเลชั่นจึงเกิดขึ้นเป็นครั้งแรกในกลุ่ม OH ที่ไม่สามารถขัดขวางได้ เมื่อความเข้มข้นของกรดอะซิติกเพิ่มขึ้นกลุ่ม H จะถูกแทนที่

เป็นผลให้ในขณะที่ -OCOCH 3 กลุ่มเหล่านี้เพิ่มน้ำหนักโพลิเมอร์ แต่ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลของพวกมันมีความแข็งแรงน้อยกว่าพันธะไฮโดรเจน "เกร็ง" และเซลลูโลสแข็งตัวในเวลาเดียวกัน

การได้รับ

การผลิตถือว่าเป็นกระบวนการที่ง่าย เซลลูโลสสกัดจากเนื้อไม้หรือฝ้ายซึ่งถูกปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสภายใต้สภาวะที่แตกต่างกันของเวลาและอุณหภูมิ

เซลลูโลสทำปฏิกิริยากับอะซิติกแอนไฮไดรด์ในตัวกลางกรดซัลฟิวริกซึ่งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

ด้วยวิธีนี้เซลลูโลสจะถูกย่อยสลายและพอลิเมอร์ขนาดเล็กที่มี 200 ถึง 300 หน่วยกลูโคสต่อห่วงโซ่พอลิเมอร์ไฮดรอกซิลของเซลลูโลสจะถูกแทนที่ด้วยกลุ่มอะซิเตท

ผลสุดท้ายของปฏิกิริยานี้คือผลิตภัณฑ์ของแข็งสีขาวซึ่งอาจมีความสม่ำเสมอของผงขนาดหรือก้อน จากนี้เส้นใยสามารถอธิบายได้เมื่อผ่านรูขุมขนหรือรูในสื่อที่มีอากาศร้อนระเหยตัวทำละลาย

ด้วยกระบวนการที่ซับซ้อนเหล่านี้เซลลูโลสอะซีเตตชนิดต่าง ๆ จะได้รับขึ้นอยู่กับระดับของอะซิติเลชั่น

เนื่องจากเซลลูโลสมีกลูโคสหน่วยโครงสร้าง monomeric ซึ่งมี 3 กลุ่ม OH ซึ่งสามารถ acetylated, di, tri หรือ butyrate acetates ได้รับกลุ่มเหล่านี้ -OCOCH 3 มีความรับผิดชอบบางส่วนของ คุณสมบัติของมัน

สรรพคุณ

เซลลูโลสอะซิเตทมีจุดหลอมเหลวที่ 306 ° C มีความหนาแน่นตั้งแต่ 1.27 ถึง 1.34 และมีน้ำหนักโมเลกุลประมาณ 1811.699 g / mol

มันไม่สามารถละลายได้ในส่วนประกอบอินทรีย์หลายชนิดเช่นอะซิโตนไซโคลเฮกซาอลเอทิลอะซีเตทไนโตรโพรเพนและเอทิลีนไดคลอไรด์

ผลิตภัณฑ์ที่มีความยืดหยุ่นของมูลค่าเซลลูโลสอะซิเตทความแข็งความต้านทานแรงดึงไม่ให้ถูกโจมตีจากแบคทีเรียหรือจุลินทรีย์และความสามารถในการซึมผ่านของน้ำ

อย่างไรก็ตามเส้นใยมีการเปลี่ยนแปลงแบบมิติตามอุณหภูมิและความชื้นที่เปลี่ยนแปลงอย่างมากแม้ว่าเส้นใยจะสามารถต้านทานอุณหภูมิได้สูงถึง 80 องศาเซลเซียส

การใช้งาน

เซลลูโลสอะซิเตทพบการใช้งานมากมายซึ่งโดดเด่นดังต่อไปนี้:

- เมมเบรนสำหรับการผลิตวัตถุที่ทำจากพลาสติกกระดาษและกระดาษแข็ง ผลกระทบทางอ้อมของสารเติมแต่งทางเคมีของเซลลูโลสอะซิเตตอธิบายเมื่อสัมผัสกับอาหารในบรรจุภัณฑ์

- ในด้านสุขภาพนั้นจะใช้เป็นเยื่อที่มีรูในเส้นผ่าศูนย์กลางของเส้นเลือดฝอยที่ฝังอยู่ในอุปกรณ์รูปทรงกระบอกที่ทำหน้าที่ของไตเทียมหรืออุปกรณ์ฟอกเลือด

- ในอุตสาหกรรมศิลปะและภาพยนตร์เมื่อใช้เป็นฟิล์มบาง ๆ สำหรับภาพยนตร์การถ่ายภาพและเทปแม่เหล็ก

- ในอดีตเคยใช้ในอุตสาหกรรมสิ่งทอเป็นเส้นใยเพื่อผลิตผ้าที่แตกต่างกันเช่นเรยอนซาตินอะซิเตทและ triacetate ในขณะที่มันเป็นแฟชั่นมันโดดเด่นสำหรับราคาต่ำเพื่อความสว่างและเพื่อความงามมันให้กับเสื้อผ้า

- ในอุตสาหกรรมยานยนต์สำหรับการผลิตชิ้นส่วนของเครื่องยนต์และแชสซีของยานพาหนะประเภทต่าง ๆ

- ในสาขาวิชาการบินเพื่อเคลือบปีกของเครื่องบินในยามสงคราม

- มันยังใช้กันอย่างแพร่หลายในห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์และการวิจัย โดยทั่วไปแล้วจะใช้ในการผลิตตัวกรองที่มีรูพรุนซึ่งเป็นการสนับสนุนเยื่อหุ้มเซลลูโลสอะซิเตทเพื่อดำเนินการอิเล็กโตรโฟรีซิสหรือการแลกเปลี่ยนออสโมติก

- ใช้ในการผลิตภาชนะกรองบุหรี่สายไฟฟ้าน้ำมันชักเงาและแลคเกอร์รวมถึงการใช้งานอื่น ๆ อีกมากมาย