セルロースアセテート

生化学において、セルロースアセテートはセルロースの酢酸 エステルを指し、通常はセルロースジアセテートです。1865年に初めて製造されました。^{[1] [検証が必要]}バイオプラスチックであるセルロースアセテートは、写真のフィルムベース、一部のコーティングの成分、眼鏡のフレーム材料として使用されます。^[2]また、タバコのフィルターやトランプカードの製造における合成繊維としても使用されます。写真フィルムでは、 1950年代に硝酸フィルムに代わってセルロースアセテートフィルムが使用され、はるかに燃えにくく、製造コストが安くなりました。

1865年、フランスの化学者ポール・シュッツェンベルガーは、セルロースが無水酢酸と反応してセルロースアセテートを形成することを発見しました。ドイツの化学者アーサー・アイヒェングリュンとセオドア・ベッカーは、1903年に最初の可溶性セルロースアセテートを発明しました。^[3]

1904年、カミーユ・ドレフュスと弟のアンリは、当時染色産業の中心地であったスイスのバーゼルにある父親の庭の小屋で、セルロースアセテートの化学研究開発を行った。5年間、ドレフュス兄弟はスイスとフランスで体系的に研究と実験を行った。1910年までに、彼らは映画産業向けにフィルムを生産し、少量ながら着実に増加していた「ドープ」と呼ばれるアセテートラッカーは、翼と胴体を覆う布地のコーティング用に、拡大する航空機産業に販売された。^[4]

1913年、約2万回の実験を経て、彼らは連続フィラメント糸の優れた実験サンプルを作製しました。これは、セルロースアセテート業界ではそれまで実現できなかったことでした。 ^{[4]残念ながら、}第一次世界大戦の勃発により、このプロセスの商業的開発は延期されました。

1914 年 11 月、英国政府はカミーユ・ドレフュス博士を英国に招き、酢酸ドープの製造を依頼し、「英国セルロース・アンド・ケミカル製造会社」を設立しました。1917 年、米国が参戦した後、米国陸軍省はドレフュス博士に米国に同様の工場を設立するよう依頼しました。両事業は戦争中ずっと成功裏に運営されました。

戦後、アセテート繊維の生産に再び注目が集まりました。最初の糸はまずまずの品質でしたが、販売抵抗は大きく、絹産業の関係者はアセテートの信用を失墜させ、その使用を阻止しようと熱心に働きました。しかし、アセテートの熱可塑性は、模様が永久的で洗い流されないため、モアレに最適な繊維でした。同じ特性により、永久プリーツが初めて商業的に実現され、ドレス業界全体に大きなスタイルの推進力を与えました。 ^[4]

シルクとアセテートの混紡は当初から行われ、その後すぐに綿も混紡されるようになり、シルクやアセテートよりも安価な繊維を使用した低コストの生地が作られるようになりました。今日では、アセテートはシルク、綿、ウール、ナイロンなどと混紡され、優れたシワ回復性、優れた重量感、手触り、ドレープ性、速乾性、適切な寸法安定性、クロスダイパターンの可能性を非常に競争力のある価格で生地に与えています。^[4]

セルロースアセテートの密度は1.26 - 1.31 g/ccである^[5]

セルロースアセテート繊維は、最も古い合成繊維の1つで、綿または樹木パルプの セルロース（「バイオポリマー」）をベースとしています。これらの「セルロース繊維」は、ここ数十年で多くの用途でより安価な石油由来の繊維（ナイロンとポリエステル）に置き換えられました。^[6]

アセテートの商品名には、Acele、Avisco、Celanese、Chromspun、Estron などがあります。^[7]

アセテートはレーヨンと多くの類似点があり、かつては同じ繊維と考えられていました。アセテートは、製造時に酢酸を使用する点でレーヨンと異なります。現在、この2つの生地は、衣服のラベルに明確に記載することが義務付けられています。^[8]

レーヨンは熱に強いが、アセテートは溶けやすい。アセテートは手洗いまたはドライクリーニングで丁寧に洗濯する必要がある。^{[9] [10]}

通気性に優れた生地なので、裏地としての使用に適しています。アセテート生地はウェディングドレスやその他のブライダル衣装によく使用されます。^[11]光沢のある光沢と滑らかでサテンのような質感は、シルクの代わりとして適しています。^[9]

アセテートは低コストの合成繊維で、ドレープ性に優れています^{[出典] 。アセテートは、}サテン、ブロケード、ニット生地、タフタなどの生地に使用され、光沢、ボリューム、ドレープ、美しさを強調します。

• 手触り: 柔らかく、滑らかで、乾燥していて、サクサクしていて、弾力性がある
• 快適性: 通気性、吸湿発散性、速乾性、静電気なし
• ドレープ: 裏地は体の動きに合わせて動き、衣服にフィットします
• 色: 雰囲気のある染色による深みのある鮮やかな色合いは、色堅牢度の要件を満たしています。
• 光沢: 光の反射が特徴的な外観を演出します
• 性能: 汗染みに強い、ドライクリーニングに強い、空気と蒸気を透過する
• 強度: 破断強度が 1.2 ～ 1.4 g/d の弱い繊維。濡れると急速に強度が失われます。
• 摩耗：耐性が低い
• 保温性: 保温性が低い; アレルギーの可能性なし (低アレルギー性)
• 染色性：（2つの方法）クロス染色法では、1つの繊維の糸と別の繊維の糸を所望のパターンで織物に織り込む。溶液染色法では、日光、汗、空気汚染物質、洗濯の影響下で優れた色堅牢度が得られる^{[2] [12]}

• セルロースおよび熱可塑性
• 特定の有機化学物質の低レベルを選択的に吸収し除去する
• 可塑剤、熱、圧力で簡単に結合します
• 酢酸は多くの一般的な溶媒（特にアセトンや他の有機溶媒）に溶け、水を含む代替溶媒に溶けるように変更することができます。
• 親水性：アセテートは濡れやすく、液体輸送性が高く、吸収性に優れています。繊維用途では、快適性と吸収性を提供しますが、濡れると強度が低下します。
• アセテート繊維は低アレルギー性である
• 高い表面積
• 再生可能な資源である木材パルプから作られる
• 堆肥化または焼却できる
• 染色は可能ですが、アセテートは綿やレーヨンに通常使用される染料を受け入れないため、特別な染料と顔料が必要です（これにより交差染色も可能になります）。
• カビに強い
• 強アルカリ溶液や強酸化剤によって容易に弱まる
• 通常は洗濯またはドライクリーニングが可能で、縮みにくい。

セルロースジアセテートとセルローストリアセテートは、誤って同じ繊維と呼ばれていますが、類似しているものの、化学的性質は異なります。トリアセテートは、ヒドロキシル基を含まない一般的な説明または一次アセテートとして知られています。アセテート繊維は、2つ以上のヒドロキシル基を持つ変性または二次アセテートとして知られています。トリアセテート繊維は、米国ではもはや生産されていませんが、アセテート繊維よりもアセテートとセルロースの比率が高くなっています。^[2]

セルロースアセテートフィルムは、セルロースジアセテート、後にセルローストリアセテートから作られ、それまで標準だったセルロースニトレートフィルムの代替品として 1934 年に導入されました。熱や湿気にさらされると、フィルムベース内の酸が劣化して使用できなくなり、酢酸を放出して特徴的な酢のような匂いがするため、「ビネガーシンドローム」として知られる現象が発生します。アセテートフィルムは、映画用のカメラネガなど、一部の用途で今でも使用されています。1980 年代以降、ポリエステルフィルム(コダックの商標名「ESTAR ベース」で呼ばれることもあります) が、特にアーカイブ用途で一般的に使用されるようになりました。ポリエステルフィルムが登場する前は、アセテートフィルムは磁気テープのベースとしても使用されていました。

セルロース アセテート磁気テープは、 IBM 701コンピュータのIBM 726テープ ドライブで使用するために 1952 年にIBMによって導入されました。これは、 UNIVACが1951 年にUNIVAC IコンピュータのUNISERVOテープ ドライブで使用するために導入した金属テープよりもはるかに軽量で扱いやすいものでした。1956 年に、セルロース アセテート磁気テープは、IBM 727テープ ドライブで使用するために、より安定したPET フィルム磁気テープに置き換えられました。

• アパレル: ボタン、裏地、ブラウス、ドレス、結婚式やパーティー用の衣装、家庭用家具、カーテン、室内装飾品、スリップカバー。
• 眼鏡のフレームは一般的にセルロースアセテートで作られています。
• 工業用途:タバコフィルターやその他のフィルター、ファイバーチップペンのインク貯蔵庫。
• 高吸収性製品：おむつ、医療補助製品。
• オリジナルのレゴブロックは、1949年から1963年までセルロースアセテートから製造されていました。
• 賞リボン: 馬術競技、犬/猫のショー、企業賞、広告および識別製品用のロゼットにはすべてセルロースアセテート リボンが使用されています。
• トランプはセルロースアセテートで作られることがあります。
• おもちゃ
• オーバーヘッドプロジェクション用透明フィルム
• ^{ペリカン[13] [14]}などの特定のペン

連邦取引委員会によるアセテート繊維の定義は次のとおりです。「繊維形成物質がセルロースアセテートである合成繊維。ヒドロキシル基の 92 パーセント以上がアセチル化されている場合、繊維の一般的な説明としてトリアセテートという用語を使用できます。」

アセテートは、最初に木材パルプを分解して精製されたふわふわの白いセルロースにすることでセルロースから得られます。良質の製品を製造するには、溶解パルプなどの特別な品質のパルプを使用します。セルロースの不均一な反応性は、セルロースアセテート製品の品質に影響を与える一般的な問題です。セルロースは、硫酸の存在下で酢酸および無水酢酸と反応します。制御された部分加水分解にかけられ、硫酸塩と十分な数のアセテート基が除去され、製品に望ましい特性が与えられます。無水グルコース単位は、セルロースの基本的な繰り返し構造で、反応して酢酸エステルを形成できる 3 つのヒドロキシル基を持っています。最も一般的な形態のセルロースアセテート繊維は、約 3 つのヒドロキシルのうち 2 つにアセテート基を持っています。このセルロースジアセテートは、二次アセテート、または単に「アセテート」として知られています。

セルロースアセテートは形成された後、アセトンに溶解され、粘性のある溶液を形成し、スピナレット（シャワーヘッドに似た形状）から押し出されます。フィラメントが出てくると、乾式紡糸により溶媒が温風で蒸発し、細いセルロースアセテート繊維が生成されます。

米国初の商業用アセテート繊維は、1924 年にセラニーズ社によって生産されました。現在、米国のアセテート繊維生産者は、セラニーズ社とイーストマンケミカル社です。

現在まで、セルロースアセテートを直接製造する方法は発見されていません。セルロースの部分エステル化を試みると、非アセチル化セルロースと完全アセチル化セルロースの混合物しか得られないため、2 段階の合成が適用されます。つまり、セルロースは常に最初にセルローストリアセテートに完全に変換され、次に加水分解によってエステル化度の低いセルロースアセテートに変換されます。

木材パルプまたは綿リンターから精製されたセルロースを、氷酢酸、無水酢酸、および触媒と混合します。混合物を 20 時間熟成すると、部分的な加水分解が起こり、酸性樹脂が薄片として沈殿します。これらをアセトンに溶解し、溶液を濾過して精製します。溶液を温風の柱で回転させて押し出します。溶媒を回収します。フィラメントを引き伸ばし、ビーム、コーン、またはボビンに巻き付けて使用できるようにします。フィラメントは最終的に繊維に紡がれます。

生産は以下の工程に分かれている：^{[15] [16] [17]}

• パルプの機械的調整: 通常はロールパルプまたはシートパルプとして提供されるパルプは、ハンマーミルやディスクリファイナーなどのさまざまなタイプのシュレッダーによってフィブリル化され、両方のタイプのシュレッダーを連続的に配置することで最適な溶解が保証されます。
• 化学的前処理: フィブリル化されたセルロースは、酢酸 (必要に応じて少量の硫酸を追加) で 25 °C ～ 50 °C で約 1 時間、中程度に撹拌しながら処理され、繊維粒子間の空間で酢酸が継続的に蒸発して凝縮します。これによりセルロース粒子が膨張し、次の処理段階で溶媒粒子がこれらの粒子に拡散しやすくなります。この酢酸蒸気前処理に加えて、薄いパルプ状態での前処理もあります。このプロセスでは、セルロースを大量の水または希釈酢酸に投入し、激しく撹拌します。その後のプレスや遠心分離などの処理ステップにより、パルプ内のセルロースの濃度が常に高まります。同時に、酢酸がさらに高濃度で追加されます。このプロセスの利点は、セルロース層を撹拌タンクに直接追加できるため、細断が不要になることです。
• セルロースのアセチル化：セルロースアセテートの商業生産では、通常、酢酸法または塩化メチレン法がアセチル化に使用されます。酢酸法では、前処理されたセルロース塊が、溶媒酢酸と、エステル化剤として機能する過剰の無水酢酸、および触媒としての硫酸のアセチル化混合物中で、激しい機械的混合下で反応します。反応は発熱性が高いため、反応容器を強力に冷却する必要があります。繊維パルプから高粘性の透明な反応混合物が形成された時点で、水を加えてエステル化プロセスを終了します。この溶液はゲルフリーで、必要な粘度である必要があります。塩化メチレン法では、酢酸の代わりに塩化メチレンが溶媒としてアセチル化混合物に使用されます。低沸点の塩化メチレンは蒸留によって簡単に除去できるため、高粘性の溶液でもプロセス制御が可能です。低温でもセルローストリアセテートをよく溶解します。少量の硫酸を触媒として使用できますが、過塩素酸もよく使用されます。ただし、通常は反応の副産物として酢酸も生成されるため、溶媒は最終的に塩化メチレン、無水酢酸、酢酸の混合物になります。非常にまれな不均一プロセスは、最終製品としてセルローストリアセテートを製造するためだけに使用されている繊維アセテートプロセスです。このプロセスでは、セルロースを非溶媒（ベンゼンなど）に懸濁し、触媒として過塩素酸の存在下で無水酢酸でエステル化します。
• 部分加水分解: 目的の二次セルロースアセテートタイプは、セルローストリアセテートから加水分解によって得られます。このために、トリアセテート溶液は、酸触媒 (通常は硫酸) の存在下で、撹拌しながら加熱しながら水を加えて、通常 60 ～ 80 °C に加熱されます。加水分解は、硫酸の濃度、水の量、温度によって制御され、目的の分子分解 (鎖切断) が達成されます。次に、酸触媒を中和する塩基性塩 (例:酢酸ナトリウムまたは酢酸マグネシウム)を加えて加水分解プロセスを停止します。
• セルロースアセテートの沈殿: 希酢酸を使用して反応溶液からセルロースアセテートを沈殿させる場合、均一で洗いやすいセルロースアセテートフレークを得ることが重要です。沈殿させる前に、存在する塩化メチレンを完全に蒸留除去する必要があります。その後、酢酸を回収します。
• 洗浄と乾燥: 通常は向流で行われる徹底的な洗浄によって、酢酸をフレークから極微量まで除去する必要があります。そうしないと、乾燥プロセス中に損傷 (「焦げ」) が発生します。洗浄液が押し出された後、フレークはコンベア ベルト ドライヤーで乾燥されます。このドライヤーには熱風が流れ、残留水分含有量が約 2 ～ 5% になります。その後、非常に高品質で熱的に安定し、鮮やかな色で色安定性のある熱可塑性成形コンパウンドを製造するために、最終乾燥の前に、追加のプロセス ステップでセルロース アセテート フレークを漂白して安定化します (熱による劣化と変色を最小限に抑えるため)。
• フレークの混合：最終段階は他のプラスチックの加工と同様である。セルロースアセテートフレークは収集コンテナに運ばれ、そこから適切な加工工場に運ばれる前に、厳密に制御された方法で混合される。これは、異なる製造バッチからのセルロースアセテートの偏差を補正するためである。多くのさらなる加工段階では、フレークは通常、事前に微粉末に粉砕される。射出成形などのプラスチック加工方法でセルロースアセテートを使用できるようにするには、粉末を適切な可塑剤や、熱、耐候性、UV、IR安定化のための機能性添加剤などの他の添加剤と混合する必要がある。^[18]混合物は、対応する後続の加工要件に合わせて調整できる。溶融によって生成された化合物から、プラスチック加工業者に提供できる顆粒が生成される。

2008 年の CA 素材の世界生産量は、年間 80 万トン (79 万ロングトン、88 万ショートトン) を超えました。当初、CA は実質的に生分解性がないと考えられていましたが、初期の部分的な脱アセチル化の後、ポリマーのセルロース骨格はセルラーゼ酵素によって容易に生分解されることが示されています。生物学的に非常に活性な土壌では、CA 繊維は 4 ～ 9 か月後に完全に破壊されます。光分解は 280 nm 以下の波長の紫外線照射で最適になり、TiO ₂顔料によって促進されます。^[19] CA タバコフィルターは、屋外で分解されるまでに何年もかかります。^{[20] [21]}

セルロースアセテートは、Tenite（イーストマンケミカルカンパニー）、zyl、zylonite、^[2] Cellon（ドイツアイレンブルクのDeutsche Celluloid Fabrik ）、 ^[22] Rhodoid（フランスパリのSoc. des Usines Chim. Rhone-Poulenc 、英国ロンドンのMay & Baker Ltd. ）など、さまざまな商標名で販売されています。 ^[22] Celanese（英国ダービーシャー）が製造するセルロースアセテートのキャストフィルムは、Clarifoilとして販売されています。^{[23] [要出典]}

セルロースアセテートブチレート( CAB、Tenite II ) とセルロースアセテートプロピオネートは、セルロースの関連誘導体であり、どちらもインクやコーティングに使用されます。これらとセルロースアセテートの主な違いは、より広範囲の溶剤に溶解できることです。

• 安全フィルム
• ステルス機
• 繊維
• レーヨン

Schützenberger, P. 「セルロース、アミドン、砂糖、マンナイト、収斂剤、グルコシドおよび特定のマチエール着色料の無水物作用」。完了レンド。ヘブド。交霊会アカデミー。 Sci 61 (1865): 484-487。

ウィキメディア・コモンズには、セルロースアセテートに関連するメディアがあります。

• 歴史と特性
• 材料特性データ: セルロースアセテート (CA)
• [1]