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生化学では、酢酸セルロースはセルロースの酢酸エステル全般を指し、通常は二酢酸セルロースを指します。これは1865年に初めて製造されました。[ 1 ]バイオプラスチックである酢酸セルロースは、写真のフィルムベース、一部のコーティング剤の成分、眼鏡のフレーム材料として使用されています。[ 2 ]また、タバコのフィルターやトランプの製造における合成繊維としても使用されています。写真フィルムでは、酢酸セルロースフィルムは1950年代に硝酸セルロースフィルムに取って代わり、はるかに燃えにくく、製造コストも安価でした。
水溶性酢酸セルロース（WSCA）は、減量やAkkermansia muciniphilaに関連して、食物繊維（プレバイオティクス）として使用されてきました。[ 3 ]
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酢酸セルロースを生成することを発見した。ドイツの化学者アルトゥール・アイヒェングリュンとテオドール・ベッカーは、 1903年に酢酸セルロースの最初の可溶性形態を発明した。 [ 4 ]
1904年、カミーユ・ドレフュスと弟のアンリは、当時染料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、酢酸セルロースの化学研究開発を行った。ドレフュス兄弟は5年間、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のフィルムを製造し、少量ながらも着実に増加していた酢酸ラッカー（「ドープ」と呼ばれる）を、翼や胴体を覆う布地のコーティング剤として、拡大する航空機産業に販売した。[ 5 ]
1913年、約2万回の個別実験を経て、彼らはセルロースアセテート産業がそれまで成し遂げられなかった連続フィラメント糸の優れた実験室サンプルを生産した。 [ 5 ]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た。
1914年11月、英国政府はカミーユ・ドレフュスを英国に招き、酢酸ドープの製造を依頼し、「英国セルロース化学製造会社」が設立された。1917年、米国が参戦した後、米国陸軍省はドレフュスを招き、米国に同様の工場を設立させた。両社とも戦争中、順調に操業を続けた。
戦後、アセテート繊維の生産に再び注目が集まった。最初の糸はまずまずの品質だったが、販売抵抗は大きく、絹業界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活動した。しかし、アセテートの熱可塑性という性質は、模様が永久的で洗濯しても消えないため、モアレに最適な繊維となった。同じ特性により、永久プリーツが初めて商業的に実現し、ドレス業界全体に大きなスタイルの推進力となった。[ 5 ]
生地に絹とアセテートを混ぜることは当初から行われており、ほぼ同時に綿も混紡されるようになったため、当時絹やアセテートよりも安価だった繊維を用いて低コストの生地を作ることが可能になった。今日では、アセテートは絹、綿、ウール、ナイロンなどと混紡され、生地に優れたしわ回復性、適度な重み、手触り、ドレープ性、速乾性、適切な寸法安定性、交差染色パターンの可能性を与え、非常に競争力のある価格を実現している。[ 5 ]
混合エステル誘導体を有する酢酸セルロースの種類が存在する。[ 6 ]
酢酸セルロースの密度は1.26～1.31 g/cm³である[ 7 ]。
最も初期の合成繊維の1つである酢酸セルロース繊維は、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において、より安価な石油由来の繊維（ナイロンやポリエステル）に置き換えられてきました。[ 8 ]
アセテートの商品名には、Acele、Avisco、Celanese、Chromspun、Estron などがあります。[ 9 ]
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。アセテートは製造過程で酢酸を使用する点でレーヨンとは異なります。現在では、この2つの生地は衣料品のラベルに明確に区別して表示することが義務付けられています。[ 10 ]
レーヨンは耐熱性に優れている一方、アセテートは溶けやすい性質があります。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ります。[ 11 ] [ 12 ]
通気性に優れた生地なので、裏地として使うのに適しています。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われています。[ 13 ]光沢のある輝きと滑らかでサテンのような質感は、シルクの良い代替品となります。[ 11 ]
アセテートは、低コストで製造された繊維であり、優れたドレープ性を備えています。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、ハリ、ドレープ性、そして美しさを際立たせます。
二酢酸セルロースと三酢酸セルロースは、同じ繊維として誤って呼ばれることがあります。これらは似ていますが、化学的性質が異なります。三酢酸は、ヒドロキシル基を含まない一次酢酸の一般的な名称として知られています。酢酸繊維は、2つ以上のヒドロキシル基を持つ変性酢酸または二次酢酸として知られています。三酢酸繊維は、米国では現在生産されていませんが、酢酸繊維よりも酢酸とセルロースの比率が高くなっています。[ 2 ]
酢酸セルロースフィルムは、二酢酸セルロース、後に三酢酸セルロースから作られ、それまで標準であった硝酸セルロース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、フィルムベースに含まれる酸が劣化して使用不能になり、特徴的な酢のような臭いのする酢酸を放出するため、このプロセスは「ビネガー症候群」として知られています。酢酸フィルムは、映画のカメラネガなど、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 Base」と呼ばれることもあります）が、特にアーカイブ用途でより一般的になっています。ポリエステルフィルムが登場する以前は、酢酸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が1952年に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導入しました。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かったのです。1956年には、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されるより安定性の高いPETフィルム磁気テープに置き換えられました。
セルロースアセテートは、布地、繊維、プラスチックとして使用できるという特性から、多種多様な製品の製造に使用されています。例えば、布地の世界では、ドレス、ブラウス、パーティードレス、賞状リボン、ボタン、カーテンや室内装飾カバーなどの家庭用品など、さまざまな用途に使用されています。プラスチック製の眼鏡フレームもアセテートで作られることが多く、おむつなどの吸収性製品、ファイバーチップペンのインクタンク、タバコのフィルターなども同様です。レゴブロックは、1949年から1963年までアセテートで作られていました。ケムやモディアノプラチナなどの高級トランプの一部も同様です。さらに、オーバーヘッドプロジェクター用の透明シートもアセテートシートで作られることがよくあります。
連邦取引委員会による酢酸繊維の定義は、「繊維形成物質が酢酸セルロースである人工繊維。ヒドロキシル基の92%以上がアセチル化されている場合、トリアセテートという用語は繊維の総称として使用できる。」である。
酢酸セルロースは、木材パルプを最初に分解して精製されたふわふわの白いセルロースを得ることによってセルロースから得られます。良質な製品を製造するには、溶解パルプなどの特殊な性質のパルプが使用されます。セルロースの反応性の不均一性は、酢酸セルロース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と無水酢酸と反応します。硫酸と十分な数の酢酸基を除去するために、制御された部分加水分解を受け、製品に望ましい特性を与えます。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あり、酢酸エステルを形成するために反応できる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酢酸セルロース繊維は、3つのヒドロキシル基のうち約2つに酢酸基を持っています。この二酢酸セルロースは、二次酢酸、または単に「酢酸」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、粘性のある溶液となり、紡糸口金（シャワーヘッドのような形状）を通して押し出されます。フィラメントが出てくると、乾式紡糸によって温風中で溶媒が蒸発し、微細なセルロースアセテート繊維が生成されます。
米国で初めて商業的に製造された酢酸繊維は、1924年にセラニーズ社によって生産されました。現在、米国で酢酸繊維を生産しているのは、セラニーズ社とイーストマン・ケミカル社です。フィラメント糸の形態の酢酸セルロース繊維は、EUではDPアセテート社によっても製造されています。
現在に至るまで、酢酸セルロースを直接製造する方法は発見されていない。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段階合成法が用いられる。すなわち、セルロースはまず完全に三酢酸セルロースに変換され、次に加水分解によってエステル化度の低い酢酸セルロースに変換される。
木材パルプまたは綿リンターから精製したセルロースを、氷酢酸、無水酢酸、および触媒と混合する。この混合物を20時間熟成させると、部分的な加水分解が起こり、酸性樹脂がフレーク状に沈殿する。これらの沈殿物をアセトンに溶解し、濾過によって溶液を精製する。溶液を温風カラム内で紡糸して押し出す。溶媒を回収する。フィラメントを延伸し、ビーム、コーン、またはボビンに巻き取り、使用準備を整える。最後に、フィラメントを紡糸して繊維にする。
製造工程は以下の段階に分けられます。[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]
2008 年の世界の CA 材料の生産量は年間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。当初は CA は事実上生分解され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。生物活性の高い土壌 では、CA 繊維は 4 ～ 9 か月後に完全に分解されます。光分解は 280 nm またはそれより短い波長の UV 照射で最適であり、 TiO 2顔料によって促進されます。[ 19 ] CA たばこ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 ]
酢酸セルロースは、Tenite ( Eastman Chemical Company )、zyl および 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. ) [ 22 ] など、さまざまな商標名で販売されています。Celanese (英国、ダービーシャー) が製造する酢酸セルロースのキャストフィルムは Clarifoil として販売されています。[ 23 ]
酢酸酪酸セルロース（CAB、テナイトII）と酢酸プロピオン酸セルロースは、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。これらと酢酸セルロースの主な違いは、より幅広い溶剤に溶解することです。CABは、その靭性と耐油性、耐ガソリン性から、工具の柄に広く使用されています。[ 24 ]
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。