Нитроцеллюлоза, целлулоид, целлофан, вискоза

Полимеры на основе целлюлозы хвойных пород деревьев или натурального хлопка, вероятно, были первыми полимерами, производство которых принесло коммерческий успех.

Сырье (целлюлоза) состоит из глюкозных звеньев, каждое из которых имеет три гидроксильные группы -OH. Гидроксильные группы замещают нитрильными группами –CN или алкильными группами или остатками органических кислот, получая полимеры с различными свойствами.

Для замещения гидроксильных групп нитрильными целлюлозу обрабатывают смесью азотной и серной кислот. В зависимости от степени нитрования получают нитроцеллюлозу с большей или меньшей горючестью. Если в среднем нитруется более чем 2,5 гидроксильные группы на одно глюкозное звено, то получают чрезвычайно горючее вещество под названием пироксилин, которое используется для производства бездымного пороха и ракетного топлива. При более низкой степени нитрования получают полимер под названием целлулоид – желтоватый прозрачный твердый и упругий пластик. Поскольку целлулоид является термопластом 2-й группы с низкой термической стабильностью, для коммерческого использования его смешивают со стабилизаторами, а также с пластификаторами, пигментами и наполнителями. В такой форме целлулоид формуется любыми термическими методами для получения одноразовой посуды, листов, пр. изделий, а также используется для производства лаков. Недостатком целлулоида является высокая горючесть, хотя и ниже, чем у пироксилина. Те, кому за 40, вероятно, еще помнят целлулоидные школьные линейки, которые горели так весело, что годились для изготовления ракет-фейерверков. Достаточно было нарезать (или наломать) линейку тонкими стружками, завернуть стружки в фольгу, с одной стороны фольгу закрутить очень плотно, а с другой – закрутить, оставляя канал для газов, затем полученное изделие нагреть над спичкой. Ракета размером с треть сигареты с шипением улетала на много метров!

В течение последних нескольких десятков лет получило большое развитие производство синтетических термопластов с более широким, чем у целлулоида, спектром свойств и с меньшей горючестью. Поэтому целлулоид оказался практически вытеснен из производства.

Замещение гидроксильных групп целлюлозы алкильными группами (обработка целлюлозы алкилгалогенидами) приводит к образованию этилцеллюлозы или бензилцеллюлозы. Это линейные термопласты, прозрачные и твердые, пригодные для формования в виде листов и волокон или для производства лаков.

Если целлюлозу обрабатывают органическими кислотами (чаще всего уксусной, пропионовой или масляной), то гидроксильные группы замещаются остатками органических кислот. При этом получается аморфный линейный термопласт, прозрачный и бесцветный, прочный и жесткий, который используют, главным образом, в виде пленок (целлофан) или волокон (вискоза).

Целлофан – наиболее дешевый и распространенный упаковочный пленочный материал. После начала промышленного производства в 1913г. и некоторых доработок стал первой в мире относительно устойчивой к воде гибкой упаковкой и получил огромную популярность. В 50-е годы сильно утратил свои позиции в связи с открытием и началом производства полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП) и лавсана (ПЭТ).

Целлофан пластифицируют глицерином, отчего он имеет сладковатый привкус. Целлофан, используемый для упаковки, содержит 12-16% глицерина. Если требуется повышенная эластичность, выпускается целлофан с увеличенным количеством глицерина (до 30%). Применение других модификаторов позволяет уменьшить (но не полностью устранить) водо-, паро- и воздухопроницаемость целлофана.

Лакированная целлофановая пленка успешно используется для упаковки кондитерских изделий, сигарет, парфюмерной продукции, жирных мясо-молочных продуктов.

Целлофан прочен на разрыв, особенно в направлении экструдирования. Однако обладает низкой стойкостью к распространению трещин, поэтому при надрезе легко рвется до конца. Стоек к действию органических растворителей, умеренно стоек к жирам и маслам, и нестоек к сильным кислотам и щелочам. Температура термической формовки или сварки 175-205°C.

Целлофан часто путают с ПЭ или ПЭТ, что в корне неверно. Для промышленных целей целлофан или вискозное волокно – сырье проблемное, практически неприменимое из-за его высокой гигроскопичности. Для упаковки широко применяется благодаря невысокой цене. Кроме того, целлофан в природной среде разрушается, разлагается значительно быстрее, чем ПЭ или ПЭТ, поэтому не угрожает экологии.

А вот замечательные свойства вискозного волокна связаны именно с гигроскопичностью, которая чрезвычайно важна для бытовых тканей, хотя совершенно неприемлема для технических тканей и брезентов.

Все производные целлюлозы хорошо склеиваются. Кроме того, все они являются термопластами второй группы, т.е. разрыв между температурой пластификации и температурой начала термодеструкции совсем небольшой. Однако, этого достаточно для термической сварки. Метод сварки целиком зависит от формы изделия. Целлофан обычно сваривается промышленными методами, например, ультразвуком, причем сварка встроена в комплексную машину для производства упаковки.

Вискозная ткань, как правило, не сваривается и не клеится, а только сшивается.