Acetat de celuloză: Structura chimică, proprietăți și utilizări

Acetatul de celuloză este un compus organic și sintetic care poate fi obținut în stare solidă sub formă de fulgi, fulgi sau pulbere albă. Formula sa moleculară este C ₇₆ H ₁₁₄ O ₄₉ . Este fabricat din materia primă obținută din plante: celuloza, care este o homopolizaharidă.

Acetatul de celuloză a fost fabricat pentru prima dată la Paris, în anul 1865 de către Paul Schützenberger și Laurent Naudin, după acetilarea celulozei cu anhidridă acetică (CH3CO-O-COCH3). Au obținut astfel unul dintre cei mai importanți esteri ai celulozei din toate timpurile.

Potrivit acestor caracteristici, polimerul este destinat fabricării de materiale plastice pentru domeniul cinematografiei, fotografiei și în zona textilă, unde a avut un moment minunat de explozie.

Este folosit chiar și în industria auto și aeronautică, precum și este foarte util în laboratoarele de chimie și cercetare, în general.

Structura chimică

Structura triacetatului de celuloză, una dintre formele acetilate ale acestui polimer, este prezentată în imaginea superioară.

Cum se explică această structură? Se explică din celuloză, care constă din două inele de glucoză piranoză legate prin legături glicozidice (R-O-R), între atomii de carbon 1 (anomerici) și 4.

Aceste legături glicozidice sunt de tip β1 -> 4; adică aceștia sunt în același plan ca inelul față de _gruparea -CH2OCOCH3. Prin urmare, esterul dvs. acetat reține același schelet organic.

Ce s-ar întâmpla dacă grupările OH din cele 3 atomi de carbon ale triacetatului de celuloză au fost acetilate? Ar crește tensiunea sterică (spațială) în structura sa. Acest lucru se datorează faptului că grupul -OCOCH ₃ "s-ar prăbuși" cu grupurile și inelele de glucoză învecinate.

Totuși, după această reacție se obține acetat de butirat de celuloză, produsul obținut cu cel mai mare grad de acetilare și a cărui polimer este chiar mai flexibil.

Explicația acestei flexibilități este eliminarea ultimei grupări OH și, prin urmare, a legăturilor de hidrogen dintre lanțurile de polimeri.

De fapt, celuloza inițială este capabilă să formeze multe legături de hidrogen, iar eliminarea acestora este suportul care explică modificările proprietăților sale fizico-chimice după acetilare.

Astfel, acetilarea are loc mai întâi în grupurile OH mai puțin steric împiedicate. Pe măsură ce crește concentrația anhidridei acetice, mai multe grupuri H sunt înlocuite.

Ca urmare, în timp ce aceste grupări -OCOCH3 măresc greutatea polimerică, interacțiunile lor intermoleculare sunt mai puțin puternice decât legăturile de hidrogen, în același timp se "flexează" și se întărește celuloza.

obținerea

Fabricarea sa este considerată un proces simplu. Celuloza este extrasă din pulpa de lemn sau de bumbac, care este supusă reacțiilor de hidroliză în condiții diferite de timp și temperatură.

Celuloza reacționează cu anhidrida acetică într-un mediu cu acid sulfuric, care catalizează reacția.

În acest fel, celuloza este degradată și se obține un polimer mai mic conținând 200 până la 300 unități de glucoză per lanț de polimer, hidroxilul celulozei fiind înlocuit cu grupări acetat.

Rezultatul final al acestei reacții este un produs solid de culoare albă, care poate avea o pulbere, o scară sau o consistență forfetară. Din aceasta, fibrele pot fi elaborate atunci când trec prin pori sau găuri într-un mediu cu aer cald, evaporând solvenții.

Prin intermediul acestor procese complexe se obțin diferite tipuri de acetat de celuloză, în funcție de gradul de acetilare.

Deoarece celuloza are o unitate structurală monomerică de glucoză, care are 3 grupe OH, care pot fi acetilați, se obțin acetați de di, tri sau chiar butirați. Aceste grupări -OCOCH3 sunt responsabile pentru unele dintre proprietățile sale

proprietăţi

Acetatul de celuloză are un punct de topire de 306 ° C, o densitate variind de la 1, 27 la 1, 34 și are o masă moleculară aproximativă de 1811, 699 g / mol.

Este insolubil în mai multe componente organice, cum ar fi acetonă, ciclohexanol, acetat de etil, nitropropan și diclorură de etilenă.

Produsele care conțin flexibilitate, duritate, rezistență la tracțiune, acetat de celuloză, care nu trebuie atacate de bacterii sau microorganisme și impermeabilitatea lor la apă.

Cu toate acestea, fibrele au modificări dimensionale în funcție de variațiile extreme ale temperaturii și umidității, deși fibrele rezistă la temperaturi de până la 80 ° C.

aplicații

Acetatul de celuloză găsește multe utilizări, printre care se numără următoarele:

- Membrane pentru fabricarea obiectelor din plastic, hârtie și carton. Un efect indirect al aditivului chimic al acetatului de celuloză este descris atunci când acesta este în contact cu produsele alimentare în ambalajul său.

- În domeniul sănătății, se utilizează ca membrane cu găuri în diametrul capilarelor sanguine, înglobate în dispozitive cilindrice care îndeplinesc funcția unui echipament artificial pentru rinichi sau hemodializă.

- În industria de artă și film, atunci când sunt utilizate ca filme subțiri pentru filme, fotografii și casete magnetice.

- În trecut a fost folosit în industria textilă, ca fibre pentru fabricarea de țesături diferite, cum ar fi rasina, satinul, acetatul și triacetatul. În timp ce era la modă, se remarca pentru costul scăzut, pentru strălucirea și pentru frumusețea pe care o dădeau îmbrăcămintei.

- în industria automobilelor, pentru fabricarea de piese de motoare și șasiuri de diferite tipuri de vehicule.

- În domeniul aeronautic, pentru a acoperi aripile de aeronave în vremuri de război.

- Este, de asemenea, utilizat pe scară largă în laboratoarele și cercetările științifice. În general, se folosește la fabricarea filtrelor poroase, ca suport pentru membranele acetat de celuloză, pentru a efectua operațiile de electroforeză sau de schimb osmotic.

- Se folosește la fabricarea containerelor pentru filtre de țigări, a cablurilor electrice, a lacurilor și a lacurilor, printre multe alte utilizări.