Deriváty celulózy

4.10.4.1 Deriváty celulózy

Ing. Miloš Sova, CSc.

Celulóza je přírodní makromolekulární látka, svým chemickým složením se řadí mezi polysacharidy. Polysacharidy obecně jsou sloučeniny složené z mnoha molekul monosacharidů (cukrů), navzájem spojených glykosidickými vazbami. Tyto přírodní látky jsou v přírodě velmi rozšířené a tvoří stavební hmotu mnoha rostlinných tkání. Na rozdíl od nízkomolekulárních monosacharidů - cukrů - jsou polysacharidy většinou nerozpustné ve vodě. Nejznámějšími polysacharidy, odvozenými od cukru glukózy, jsou škrob a celulóza.

Celulóza je podstatnou částí rostlinné tkáně. Tvoří kostru vyšších rostlin a v některých z nich je obsažena téměř v čisté formě. Příkladem jsou bavlněná vlákna. Velkým zdrojem celulózy je také dřevo, které je základní surovinou pro její získávání. Celulóza je ve dřevě spojena s látkami necelulózového charakteru, jako jsou lignin a pryskyřice. Celulóza se získává z dřevěných třísek, na které se působí roztokem louhu nebo siřičitanu vápenatého, aby necelulózové složky byly převedeny do roztoku.

Chemické složení makromolekuly celulózy:

Vidíme, že monomerní složkou celulózy je glukóza. Zhruba tisíc molekul glukózy vytváří jednu makromolekulu celulózy. Tři reaktivní hydroxylové skupiny na každé molekule glukózy jsou schopny další chemické reakce, především esterifikace a étherifikace. Vznikají tak technicky významné produkty – estery celulózy a éthery celulózy. Podle stupně, do kterého je reakce provedena, získáme monoestery, diestery nebo triestery.

Celulóza je základní surovinou pro mnoho technických výrobků. Účinkem kyseliny dusičné vznikají z celulózy estery kyseliny dusičné. Trinitrát celulózy je základem výroby střelných prachů. Za mírnějších podmínek vzniká z celulózy dinitrát. Takové nitráty celulózy se rozpouštějí ve směsi alkoholu a étheru na roztok nazývaný kolodium, z něhož se vyráběly fotografické filmy. Plastifikací dinitrátu celulózy s polovičním množstvím kafru byl připraven první technický plast – celuloid. Éthery celulózy vznikají z alkalicelulózy účinkem benzylchloridu nebo ethylchloridu. Sodná sůl karboxymethylcelulózy je základem výroby celofánu.

Z alkalicelulózy se připravují účinkem sirouhlíku xanthogenáty celulózy, které jsou základem tzv. viskózy. Vodný roztok viskózy se protlačuje tryskami a získávají se vlákna viskózového hedvábí.

Makromolekulární látky na bázi celulózy byly objeveny a technicky využity jako jedny z prvních. Teprve následně byly objeveny první zcela syntetické polymerní hmoty. Ropa a uhlí v dalších letech postupně vytlačily celulózu jako surovinu pro výrobu technicky významných produktů. Vzhledem k tomu, že celulóza jako přírodní surovina patří mezi obnovitelné zdroje, je nepochybné, že s postupným vyčerpáváním fosilních zdrojů (ropa a uhlí) získá opět na důležitosti.

Z celulózy se vyrábějí i technicky významné plasty na bázi esterů celulózy. Jsou to nekrystalické, amorfní termoplasty, a to acetát celulózy (CA), propionát celulózy (CP) a acetobutyrát celulózy (CAB).

Estery celulózy mají zajímavé vlastnosti. Především vynikají vysokými hodnotami pevnostních vlastností a spolu s tím i vysokou odolností vůči poškrábání. Jejich zajímavou vlastností je schopnost dosáhnout vysokého lesku následným leštěním součástí, což je zejména známo u leštění brýlových obrub. Výrobky z esterů celulózy mají samolešticí schopnost.

Estery celulózy mají rovněž vysokou schopnost odolávat rázovému zatěžování, mají vysokou houževnatost. Z tohoto důvodu se používají na výrobku zálisků s kovovými součástmi.

Bohužel estery celulózy mají poměrně velký sklon k tečení, podléhají trvalé deformaci dlouhodobě působícím napětím. To platí zejména pro acetát celulózy, jenž by z těchto důvodů neměl být používán na výrobky s vysokými nároky na rozměrovou přesnost.

Pevnostní chování esterů celulózy je výrazně závislé na obsahu vody ve hmotě. Relativně snadno pohlcují vodu z okolního prostředí. Voda pohlcená estery celulózy působí jako změkčovadlo. Snižuje jejich…