Химическая энциклопедия - целлюлозы эфиры

производные целлюлозы общей ф-лы [C6H7O2(OH)3-х(OR) х]n, где п - степень полимеризации; хчисло групп ОН, замещенных в одном звене макромолекулы целлюлозы (степень замещения СЗ); R алкил, ацил или остаток минер, к-ты. Каждое звено макромолекулы содержит 3 группы ОН, к-рые способны вступать в р-ции с образованием простых и сложных эфиров; в случае смешанных Ц. э. замещающие радикалы различны.

Наиб. распространены Ц. э.: простые карбоксиметилцеллюлоза, метилцеллюлоза, этилцеллюлоза, а также метилгидроксипропилцеллюлоза, оксипропилцеллюлоза, цианэтилцеллюлоза; сложные целлюлозы ацетаты, целлюлозы нитраты, а также ацетилфталилцеллюлоза, ацетопропионаты, ацетобутираты и сульфаты целлюлозы. Упомянутые Ц. э. производят во мн. странах десятками и сотнями тыс. т в год.

Св-ва Ц. э. зависят гл. обр. от числа и, СЗ и типа заместителя R. Так, степень полимеризации (в среднем 150-500) значительно влияет преим. на прочностные и вязкостные св-ва Ц. э., обеспечивая их пригодность для переработки. СЗ определяет их физ.-мех. и хим. св-ва. Средняя СЗ лежит в пределах 0-3; однако чаще СЗ рассчитывают не на одно, а на 100 элементарных звеньев макромолекул целлюлозы и обозначают (напр., для триацетилцеллюлозы = 280-290). Регулируют СЗ изменением условий синтеза: концентрации алкилирующего или этерифицирующего агента, т-ры, продолжительности и др.

Р-римость Ц. э. зависит от содержания и соотношения заместителей и своб. групп ОН. Напр., ацетат целлюлозы, имеющий СЗ 0,5-0,8 и 1,5-1,8, раств. соотв. в воде и смеси ацетон вода (7:3); ацетат целлюлозы со СЗ 2,2-2,6 раств. в ацетоне и метилцеллозольве, со СЗ > 2,6 в метиленхлориде и смеси метиленхлорид этанол (9:1). При увеличении длины цепи алкильного радикала гидрофобность Ц. э. повышается и они способны раств. в неполярных р-рителях (напр., бутили пропилцеллюлоза уже нерастворимы в воде и раств. в орг. р-рителях). Вообще р-римость Ц. э. в орг. р-рителях возрастает с повышением т-ры и уменьшается с увеличением мол. массы.

С увеличением в заместителе числа атомов С для всех Ц. э. уменьшаются влагопоглощение, т-ры размягчения и плавления. Сложные эфиры термически нестабильны и обладают низкой хим. стойкостью к действию к-т и щелочей. Простые эфиры устойчивы в к-тах и щелочах и выдерживают нагревание до сравнительно высоких т-р, не разлагаясь и не выделяя своб. к-т, вызывающих коррозию металлов. Сложные и нек-рые простые Ц. э.хорошие диэлектрики.

Для произ-ва Ц. э. используют облагороженную хлопковую и древесную (сульфатную и сульфитную) целлюлозу. Выбор ее вида определяется областью применения того или иного эфира. Для повышения скорости и равномерности О-алкилирования и однородности Ц. э. независимо от способа их получения исходную целлюлозу обязательно предварительно активируют. В произ-ве простых эфиров целлюлозу обрабатывают р-ром NaOH, в результате чего она набухает и приобретает повышенную реакционную способность (щелочная целлюлоза) вследствие облегчения диффузии компонентов этерифицирующей смеси внутрь материала. В произ-ве сложных эфиров целлюлозу обрабатывают уксусной или др. к-той при повышенной т-ре в парах либо р-рами этих к-т. Обычно, чем выше т-ра активации, тем меньше ее продолжительность.

Простые Ц. э. получают в автоклавах при повышенной т-ре взаимод. щелочной целлюлозы с алкилхлоридами и (или) 3-и 4-членными гетероциклич. соед., напр, этилени пропиленоксидами, сультонами (пром. способы), диалкилсульфатами (лаб. способ), непредельными соед. с двойными связями (напр., акрилонитрил, акриламид). Так, О-алкилированием щелочной целлюлозы монохлоруксусной к-той получают Na-соль карбоксиметилцеллюлозы, диэтиламиноэтилхлоридом -диэтиламиноэтилцеллюлозу, акрилонитрилом цианэтилцеллюлозу, этилени пропиленоксидами гидроксиэтили гидроксипропилцеллюлозы. Образование простых эфиров катализируется основаниями и всегда сопровождается побочными р-циями.

Сложные Ц. э. в пром-сти получают:

1. Этерификацией целлюлозы кислородсодержащими не-орг. и карбоновыми (напр., НСООН) к-тами. Этим способом получают нитраты, сульфаты и формиаты целлюлозы. Этерификация ее Н 3 РО 4 в смеси с мочевиной дает фосфаты целлюлозы. Вследствие обратимости р-ции применяют конц. к-ты и водоотнимающие добавки.

2. Действием на целлюлозу преим. ангидридов к-т в среде орг. р-рителей или разбавителей в присут. катализаторов (в осн. минер. к-т). Таким способом получают эфиры на основе карбоновых к-т жирного ряда С 2 С 4 (напр., ацетаты целлюлозы). Действием смесей ангидридов разл. к-т или к-ты и ангидрида др. к-ты производят смешанные Ц. э. (напр., ацетопропионаты и ацетобутираты целлюлозы).

Лаб. способы получения сложных эфиров: действие на целлюлозу изоцианатов (Ц. э. карбаминовой к-ты замещенные уретаны, карбанилаты целлюлозы); переэтерификация (бораты, фосфаты, стеарат целлюлозы). При синтезе Ц. э. в кислой среде побочные продукты почти не образуются.

Области применения сложных, а также простых и смешанных Ц. э. весьма разнообразны. Осн. направления использования: произ-во искусств. волокон (см. Ацетатные волокна, Вискозные волокна, Гидратцеллюлозные волокна, Медноаммиачные волокна); эфироцеллюлозных пластмасс (см. Этролы); разл. пленок, полупроницаемых мембран (см. Пленки полимерные, Фотографические материалы); лакокрасочных материалов (см. Грунтовки, Лакокрасочные покрытия, Шпатлевки, Эфироцеллюлозные лаки). Ц. э. применяют также как загустители, пластификаторы и стабилизаторы глинистых р-ров для буровых скважин, асбои гипсоцементных штукатурных смесей, обмазочных масс для сварных электродов, водоэмульсионных красок, красителей (при печати по тканям), зубных паст, парфюмерно-косметич. ср-в, водно-жировых фармацевтич. составов, пищ. продуктов (напр., соков, муссов); связующие в литейных произ-вах; эмульгаторы при полимеризации; ресорбенты загрязнений в синтетич. моющих ср-вах; флотореагенты при обогащении разл. руд; текстиль-но-вспомогат. в-ва (напр., аппретирующие и шлихтующие); компоненты клеевых композиций и др.

Лит.: Роговин З. А., Химия целлюлозы, М., 1972; Целлюлоза и ее производные, под ред. Н. Байклза, Л. Сегала, пер. с англ., т. 1-2, М., 1974; Бытенский В. Я., Кузнецова Е. П., Производные эфиров целлюлозы, Л., 1974; Энциклопедия полимеров, т. 3, М., 1977, с. 859-67.

В. Н. Кряжев.

Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия

Под ред. И. Л. Кнунянца

1988