셀룰로오스는 자연에서 볼 수 있는 가장 풍부한 다당류입니다. 이것은 소위 글리코시드 결합이라고 불리는 에테르기에 의해 공유 결합된 6각 에테르 고리(D-글루코스 또는 덱스트로스)로 이루어진 선형 폴리머입니다. 일반적으로 수천 개의 포도당 반복 단위가 셀룰로오스 폴리머를 구성하며 셀룰로오스 및 그 유도체는 가수분해로 포도당 분자가 생성되기 때문에 축합 폴리머로 간주될 수 있습니다.
주요 고분자 사슬의 고리 구조와 강력한 수소 결합으로 셀룰로오스는 견고한 구조를 만듭니다. 따라서 셀룰로오스와 그 유도체 중 일부는 높은 유리 전이 온도와 융점을 가지고 있습니다. 하이드록시기 간의 강한 분자 간 수소 결합은 반응물 접근성이 낮은 고도로 질서화된 결정 영역으로 이어진다. 이는 셀룰로오스가 수용성인 이유와 하이드록시기를 반응물에 접근할 수 있도록 구조를 분해하기 위해 가성소다와 같은 강한 알칼리가 필요한 이유를 설명한다.
셀룰로오스는 지구상에서 가장 풍부한 유기 폴리머이며 식물의 1차 세포벽의 중요한 구조적 구성 요소입니다. 면섬유의 셀룰로오스 함유량은 약 90%입니다. 당연히 많은 반합성 셀룰로오스 유도체의 주요 원료입니다.
[에스테르 셀룰로오스] 가장 중요한 셀룰로오스 에스테르는 셀룰로오스 아세테이트(CAc)와 코스텔인 셀룰로오스 아세테이트-프로피오네이트(CAP) 및 셀룰로오스 아세테이트-부틸레이트(CAB)입니다. 이 중 셀룰로오스 아세테이트는 단연 가장 중요한 셀룰로오스 에스테르입니다. 그것은 처음에는 사진 필름에 사용되었고 나중에는 비행기 직물 코팅으로 사용되었습니다. 셀로판과 마찬가지로 셀룰로오스로 만들어지는데, 매우 다른 특성이 있지만 셀로판과 달리 열가소성으로 가열하면 부드러워지고 녹습니다.
셀룰로오스의 가장 일반적인 공급원은 면 린스입니다. 섬유는 촉매로 황산을 사용하여 빙초산 및 무수초산과 혼합된다. 이것은 셀룰로오스 트리아세테이트를 생성하고 후속 단계에서 물을 첨가하여 반응을 중지하며 트리아세테이트를 부분적으로 가수분해합니다.
인기글
셀룰로오스 아세테이트는 수정처럼 맑고 단단하며 유연한 플라스틱으로 가장 안정적인 셀룰로오스 유도체입니다. 유기 및 무기 약산, 탄화수소, 식물유 등에 대한 우수한 내화학성을 가지고 있습니다. 종종 가소제가 첨가되어 유연성을 더욱 향상시키거나 유연성, 인성, 내습성이 개선된 부틸레이트 아세테이트 및 프로피오네이트 아세테이트 등의 셀룰로오스 혼합 에스테르가 제조됩니다.
[에테르 셀룰로오스] 셀룰로오스 에테르는 목재 펄프 또는 면 린스로 제조됩니다. 셀룰로오스는 셀로판과 유사한 공정에서 수산화나트륨 용액으로 처리되며 후속 단계에서 알칼리 셀룰로오스를 알킬할라이드 또는 에폭시드로 처리한다. 첫 번째 방법은 에틸 셀룰로오스 제조에 자주 사용되지만 두 번째 방법은 하이드록시에틸 및 하이드록시프로필 셀룰로오스 제조에 사용됩니다. 대안으로 알칼리 셀룰로오스는 알킬스르페이트로 처리할 수 있다. 가장 중요한 변성 셀룰로오스 폴리머는 메틸 셀룰로오스(MC)와 에틸 셀룰로오스(EC)입니다.
다른 상업적으로 중요한 셀룰로오스 에테르에는 하이드록시로필 셀룰로오스(HPC), 하이드록시에틸 셀룰로오스(HEC) 및 카르복시메틸 셀룰로오스 CMC가 포함됩니다. 이 폴리머들은 알칼리 셀룰로오스를 에폭시드(HPC, HEC) 또는 클로로아세테이트(CMC)로 처리하여 생산할 수 있습니다.
메틸 셀룰로오스(MC)는 가장 중요한 상업용 셀룰로오스 에테르입니다. 또한 메톡시기가 하이드록시기로 대체된 가장 단순한 유도체이기도 합니다. 이 비이온성 고분자의 가장 중요한 특성은 수용성과 열에 노출되었을 때 겔화입니다. 물에 용해되지만 메틸 셀룰로오스로 만든 필름은 보통 강도를 유지하고 습기에 노출되면 끈적거리지 않습니다. 메틸 셀룰로오스로 만든 폴리머 필름은 실온(75°F)에서 강도(60~70MPa)가 뛰어나고 연신율(5~15%)이 낮지만 온도가 증가함에 따라 강도가 급격히 감소합니다. MC는 또한 UV, 내유성, 내용제성이 우수합니다.
에틸셀룰로오스(EC)는 또 하나의 중요한 상업용 셀룰로오스 에테르 유도체입니다. 완전한 에테르화가 가능하지만 트리에틸 셀룰로오스를 생성하는 것은 일반적으로 글루코스 단위당 2~2.5개의 에톡실기만이 에테르화됩니다. 이 폴리머는 상온에서 뛰어난 강도를 가지고 있지만 온도가 상승함에 따라 강도가 급격히 저하됩니다.
에테르기의 수가 적을수록 인성은 커지고 용해도는 낮아지지만 가소제 및 기타 첨가제와의 상용성은 떨어집니다.부분적으로 가수분해된 셀룰로오스 에테르 및 에스테르도 열경화성 수지로 변환할 수 있습니다. 가교결합은 잔류 하이드록시기를 요소포름알데히드, 멜라민 또는 폴리이소시아네이트와 반응시켜 달성할 수 있습니다.
[질산 셀룰로오스(셀룰로이드, Celuloid)] 질산 셀룰로오스라고도 불리는 니트로 셀룰로오스(NC)는 가장 오래된 열가소성 수지입니다. 그것은 1855년에 Alexander Parkes에 의해 발명되었고, 후에 Parkesine, Xylonite 및 Celloid 상표로 상업화되었습니다. 원하는 특성을 달성하기 위해 장뇌, 염료, 안정제, 보충제 등의 다른 첨가제가 추가됩니다.
질산 셀룰로오스 자체는 셀룰로오스 섬유를 질산과 황산 수용액과 혼합하여 합성됩니다. 섬유는 이 용액에 30~40℃에서 20~60분간 담근 후 생성물을 물과 탄산나트륨 용액으로 반복 세척하여 중화하고 제거합니다.
평균 니트로화 정도는 수분 포함량, 욕의 조성, 침지 시간이나 반응 조건에 영향을 받습니다. 포도당의 반복 단위당 약 2개의 질산염을 취한 NC는 플라스틱과 락카에 사용되며 더 높은 질산염의 함유량은 폭발물에 사용됩니다.
질산 셀룰로오스는 기계적 성질이 뛰어납니다. 그러나 셀룰로이드의 같은 NC에서 만든 플라스틱은 내후성과 내열성이 좋지 않고 얇은 산과 염기에 내성이 없지만 물과 비극성 용매에는 불용성으로 안정합니다. 니트로 셀룰로오스는 가연성이 높아 대부분의 용도로 사용하기에는 너무 위험, 주로 잉크, 코팅, 접착제와 같은 제품의 바인더에 사용됩니다. 다른 성분과 희석하면 가연성이 크게 줄어듭니다.
셀룰로오스 에스테르와 에테르의 주요 제조 업체는 AkzoNobel(CMC, EHEC, MEHEC), Ashland(MC, HPMC, CMC), Dow Chemical(MC, HPMC, HEC, EC, NC), Eastman(CAc), Daicel(CAc), Mitsubishi Rayon(Regenerated Cellulose), Shin Etsu(MC, HPMC), Solvay(CAc), and Tembec(CAc, MC)등이 있습니다.
셀룰로오스는 주로 종이와 판지 제조에 사용됩니다. 셀로판지, 레이온, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로스 에테르 같은 반의 합성 셀룰로스 유도체로 전환되는 것은 비교적 소량이다.
가장 중요한 셀룰로오스 에스테르는 셀룰로오스 아세테이트입니다. 그것은 산업 응용 분야에 널리 사용되며, 셀룰로오스 디어 세테이토우으로 셀룰로오스 트리아세테이트의 두가지 유형으로 분류할 수 있습니다. 중요한 용도에는 직물(고품질의 직물을 위한 섬유 및 실);LCD기술용 광학 필름이나 김 서림 방지, 물안경과 같은 플라스틱 필름;및 셀룰로스 기반 필터 창의 상자와 라벨과 같은 소비자 제품.
혼합 에스테르 CAB와 CAP는 금속 및 목재 코팅이 화보나 풀렉소 인쇄 잉크, 그래픽 아트, 잉크젯 인쇄 잉크, 자동차 투명 코팅 및 일반 산업용 코팅을 비롯한 많은 용도가 있습니다. 이런 수지는 멜라민-아크릴 클리어 코트를 포함한 다양한 수지 시스템에서 크레이터, 피시 아이(fish eye)및 조직 박리의 같은 표면 결함을 줄이는 데 유용합니다.
메틸 셀룰로오스의 주요 응용 분야는 의료 캡슐, 버블 바스, 치약, 세제 분말, 쥐 독과 반죽과 함께 물에 용해되는 포장 제품에 사용되는 수용성 필름입니다. 메틸 셀룰로오스의 다른 중요한 용도에는 세라믹 타일 접착제나 그라우트 제형, 벽지 접착제, 샴푸, 화장품과 열 겔화, 점도 조정 및 수용성이 필요한 기타 여러 제품이 있습니다. 이러한 제제에서는 증점제, 결합제, 필름 형성제 및 수분 유지제 역할을 합니다. 예를 들어, 에틸, 카르복시메틸, 하이드록시에틸셀룰로오스와 함께 메틸셀룰로오스는 많은 식품에서 증점제로 사용됩니다.
에틸셀룰로오스(EC)는 셀룰로오스 아세테이트와 마찬가지로 플라스틱 필름으로 주로 사용됩니다. 비슷한 특성을 가진 더 저렴한 플라스틱이 있기 때문에 메틸 셀룰로오스만큼 널리 사용되지 않습니다. EC는 메틸 셀룰로오스와 비슷한 응용 분야에서 사용할 수 있습니다. MC와 마찬가지로 다양한 응용 분야에서 결합제, 수분 장벽, 유병학 개질제, 현탁 안정제로 기능합니다.
또한, 다른 중요한 셀룰로오스 에테르인 하이드록시에틸 셀룰로오스는 증점제, 결합제, 안정제, 필름 형성제 및 보호콜로이드로서의 용도가 있으며 MC와 마찬가지로 벽판 제조, 표면 코팅 접착력 향상을 위한 표면 처리용 유제의 성분, 시멘트 배합용 수분 유지제 및 지연제, 벽지 페이스트의 증점제로 사용됩니다.
니트로셀룰로오스(NC)는 훨씬 작은 규모로 사용되며 주로 인쇄 잉크, 접착제, 목재 코팅, 페인트, 락카(악기용) 바인더로 사용됩니다. 셀룰로이드 플라스틱은 훨씬 작은 규모로 사용됩니다. 주요 용도로는 탁구공, 여과막, 셀룰로이드 필름(1930년대까지)이 있습니다. 질산 셀룰로오스의 큰 단점은 가연성인데, 이러한 이유로 대부분의 플라스틱 응용 분야에서 셀룰로오스 아세테이트와 비닐 폴리머로 대체되었습니다.