Кіріспе

Нитроцеллюлоза мен кафырды араластыру арқылы алынатын, жоғары реакциялық қасиеттері бар материалдар класы. Целлулоидтар – нитроцеллюлоза мен кафырды араластыру нәтижесінде, көбінесе бояулар мен басқа да қосымша заттармен бірге шығарылатын материалдар тобы. Бұрын фотопленка ретінде кеңінен қолданылған, бірақ қаупіздік технологиялар пайда болғаннан кейін қолданылуы азайды. Қазіргі кезде целлулоидтан үстел теннисі доптары, музыкалық аспаптар, тарақтар, кеңсе құралдары, қалам корпустары және гитара медиаторлары жасалады.

Нитроцеллюлоза

Нитроцеллюлоза негізіндегі пластиктер целлулоидтан сәл бұрын пайда болған. 1848 жылы ойлап табылған және жараларға таңуға және фотографиялық пластиналарға эмульсия ретінде қолданылатын коллодион, целлулоидқа ұқсас пленкаға дейін кептіріледі.

Александр Паркс

Нысандарды жасауға қолданылатын алғашқы целлюлоид 1855 жылы Англияның Бирмингем қаласында Александр Паркс жасады. Ол өзінің өнертабысы толыққанды дамуға жеткенін көре алмады, себебі оның фирмасы өндіріс көлемін ұлғайтуға кеткен шығындардан кейін банкротқа ұшырады. Паркс сол жылы оны тоқыма маталарды судан қорғау үшін патенттеді. Кейін Паркс 1862 жылы Лондонда өткен Халықаралық көрмеде Паркесин таныстырды, онда оның еңбегі үшін қола медальмен марапатталды. Паркесиннің пайда болуы пластик өнеркәсібінің бастауы деп есептеледі. Паркесин азот қышқылымен және еріткішпен өңделген целлюлозадан жасалған. Паркесин компаниясы 1868 жылы жұмысын тоқтатты. Паркесиннің суреттері Лондонның Пластика тарихы қоғамында сақтаулы. Лондонның Хакни ауданындағы Паркесин зауытының орнында ескерткіш тақта орнатылған.

Джон Уэсли Хайат

1860 жылдары америкалық Джон Уэсли Хайатт Паркстің патентін сатып алып, сол уақытқа дейін піл сүйегінен жасалған бильярд шарларын жасау мақсатымен целлюлоза нитратымен тәжірибе жүргізе бастады. Ол мата, піл сүйегінің ұнтағы және шеллақ қолданды. 1869 жылдың 6 сәуірінде бильярд шарларын коллодионмен қаптау әдісін патенттеді. Питер Киннер және басқа да инвесторлардың көмегімен Хайат Нью-Йорк штатының Албани қаласында Albany Billiard Ball Company (1868–1986) компаниясын құрды. 1870 жылы Джон мен оның інісі Исаия целлюлоза нитраты мен камор қосып, "мүйіз тәрізді материал" жасаудың әдісін патенттеді. Александр Паркс пен Дэниел Спил (төменде қараңыз) өздерінің алғашқы тәжірибелерінде каморды тіркеп, нәтижесіндегі қоспаны "ксилонит" деп атады, бірақ камордың құндылығын және оны целлюлоза нитратының пластификаторы ретінде пайдалануды Хайат ағайындар мойындады. Олар осы қоспаларды жасауды жеңілдету үшін жылу мен қысымды қолданды. Исайя Хайат 1872 жылы материалды "целлоид" деп атады. Кейін Хайаттар компаниясын, қазір "Целлюлоидты өндіру компаниясы" деп аталатын компанияны Ньюаркқа, Нью-Джерсиге көшірді. Жылдар өте келе целлулоид осы пластик түріне қолданылатын жалпы атауға айналды. 1878 жылы Хайат термопластиктерді инъекциялық қалыптау процесін патенттеді, бірақ оны коммерциялық тұрғыда іске асыру үшін тағы елу жыл кетті, ал кейінгі жылдары целлулоид фотопленканың негізі ретінде пайдаланылды.

Фил сүйегін еліктеу

Целлюлоидтың дамуына, ішінара, пил сүйегіне тәуелділікті азайту ниеті түрткіс болды, себебі пил сүйегінің шектен тыс аулаудан туындаған тапшылығы байқалды. 1883 жылғы өнертабыс целлюлоид өндірушілеріне пил сүйегінің ерекше текстурасын (түйіршігін) имитациялауға мүмкіндік берді, ал 19 ғасырдың соңында целлюлоид "Иварин", "Ивалер", "Француз пил сүйегі", "Париж пил сүйегі", "Түйіршікті пил сүйегі" және "Пирал пил сүйегі" аттарымен пил сүйегінің оңай (және үш есе арзан) баламасы ретінде сатылды.

Дэниел Спил және заңдық даулар

Ағылшын өнертапқышы Дэниел Спил Паркспен жұмыс істеді және Паркстің патенттерін алу үшін «Ксилонит» компаниясын құрды, жаңа пластикалық өнімдерді «Ксилонит» деп атады. Ол Хайаттардың талаптарына қарсы шығып, 1877-1884 жылдар аралығында бауырластарға қарсы бірнеше сот процесін қозғадı. Алғашқыда судья Спилдің пайдасына шешім шығарды, бірақ соңында ешбір тарапқа эксклюзивті құқық жоқ екені және целлулоид/ксилониттің нағыз ойлап тапқан адам Александр Паркс екені анықталды, себебі ол бұрынғы тәжірибелерінде және патенттерінде кафораны атаған болатын. Сот шешімімен Спилдің британдық «Ксилонит» компаниясы мен Хайаттың «Celluloid Manufacturing Company» компаниясы екеуі де целлулоид өндірісін жалғастыра берді. Оның негізгі қолданылуы кино және фотосурет салаларында болды, олар 1950 жылдары ацетатты қауіпсіз пленканы пайдалануға дейін тек целлулоид пленкасын ғана қолданды. Целлулоид өте тез тұтанатын, өндіруі қиын және қымбат, сондықтан қазіргі уақытта кеңінен қолданылмайды.

Фотография

Ағылшын фотографы Джон Карбут 1879 жылы желатинді құрғақ табақтар шығару ниетімен Keystone Dry Plate Works компаниясын құрды. Бұл жұмысты Celluloid Manufacturing Company компаниясымен келісімшарт жасалды, ол целлюлоид блоктарынан жұқа қабаттарды кесіп, содан кейін қыздырылған қысым тақталарымен кесу іздерін жоятын. Содан кейін целлюлоид жолақтары фотосезімді желатин эмульсиясымен жабылды. Карбуттың процесін стандарттауға қанша уақыт кеткені нақты белгісіз, бірақ ол 1888 жылдан кешіктірмеген. Уильям Диксон Карбуттың пленкасының бір парағын цилиндрлі барабанды кинетографтағы Эдисонның алғашқы қозғалыс суреті тәжірибелерінде пайдаланды. Дегенмен, осылай жасалған целлюлоид пленка негізі қозғалыс суретіне түсіру үшін әлі де тым қатаң деп есептелді. 1889 жылға қарай фотофильм үшін икемді целлюлоидтар жасалды, сондай-ақ Ханнибал Гудвин мен Eastman Kodak компаниясы фильм өніміне патент алды. (Гудвин қайтыс болғаннан кейін оның патенін сатып алған Ansco компаниясы, ақырында Kodak компаниясына қарсы патенттік құқық бұзу ісінде жеңіске жетті). Суреттерді иілгіш материалға (шыны немесе металл табаққа қарағанда) түсіру мүмкіндігі қозғалыс суретінің пайда болуына маңызды қадам болды.

Қолданылуы

1950 жылдары ацетат пленкаларға кеңінен көшуден бұрын көптеген кино және фотосуреттеме пленкалары целлюлоидтан жасалған. Оның жоғары тұтанғыштығы туралы аңыз бар, себебі ол 150°C-тан жоғары температурада, ыстық кинопроектор сәулесінің алдында өздігінен тұтанады. 1950 жылға дейін 35 мм театрлық көрсетімдер үшін целлюлоид стандартты материал болса, 16 мм және 8 мм сияқты әуесқойларға арналған кинопленкалар, кемінде АҚШ-та, ацетаттық "қауіпсіз негізде" жасалған. Целлюлоид арзан әшекейлер, әшекейлік қораптар, шаш аксессуарлары және бұрын пил сүйегінен, мүйізден немесе басқа да қымбат жануар өнімдерінен жасалған заттарды өндіруге ыңғайлы болды. Осы мақсаттар үшін ол көбінесе Францияда жасалған, піл сүйегіне ұқсас құрылымды целлюлоидтың түрі болған "Ivorine" немесе "French Ivory" деп аталды. Ол сонымен қатар, жатын бөлмесі жиындары, қуыршақтар, суреттерге арналған жақтаулар, әшекейлер, шляпа шпилькалары, түймелер, белдіктер, аспаптардың ішекті бөліктері, аккордеондар, қаламсаптар, асүй құралдары және жиһаз жасауға қолданылды. Материалдың басты кемшілігі – оның өртке қауштылығы. Оны тез арада Бакелит және Каталин ығыстырды. Кеңес Одағындағы "роли-поли" қуыршақтары 1996 жылға дейін, ал үстел теннисі доптары – 2014 жылға дейін темекісіз ұнтақ зауыттарында целлюлоидтан жасалған. "Parker Brothers" компаниясы оның "үкесіз" қасиеттеріне байланысты болаттан да жылдам айналатын, қуыс целлюлоидтан жасалған кейбір нұсқаларын шығарды. Жылжымалы сағаттар мен басқа да жиһаз заттары көбінесе целлюлоидпен қапталған. Бұл целлюлоид қымбат ағаштарға немесе мәрмәр мен гранит сияқты материалдарға ұқсату үшін жасалған. Seth Thomas сағат компаниясы 1880 жылдың қыркүйегінде Celluloid Manufacturing Company компаниясынан оны берік жабын ретінде пайдалану құқығын сатып алып, оны "Adamantine" деп сатты. Целлюлоид сағат жасаушыларға викториялық дәуірдің соңғы кезеңіндегі қара мантель сағаттарын жасауға мүмкіндік берді, сонда ағаш жақтауы қара мәрмәрге ұқсап, жақтаудың әртүрлі тіректері мен декоративтік элементтері жартылай қымбат тастарға ұқсады. Целлюлоид сызғыштар жасауда да танымал материал болды. Ол негізінен A.W. Faber компаниясының ерте сызғыштары сияқты ағаш сызғыштардың бетін жабу үшін, сондай-ақ Keuffel and Esser сызғыштары сияқты курсордың соңғы бөліктерін жасау үшін қолданылды. Целлюлоид музыкалық аспаптарда, әсіресе аккордеондар мен гитараларда қолданылады. Целлюлоид өте берік және күрделі формаларға оңай қалыпталады, сонымен қатар ағаштан жасалған жақтауларды жабу үшін тамаша акустикалық қасиеттерге ие, себебі ол ағаштың табиғи тесіктерін бітемейді. Целлюлоидпен қапталған аспаптарды материалдың ерекше, оттай жалындаған өрнегі арқылы оңай тануға болады. Жұқа целлюлоид панельдері су ваннасында пісіріледі, нәтижесінде олар былғарыға ұқсас материалға айналады. Панельдер содан кейін қалыпқа салынып, үш айға дейін қатайтылады.

Формуляциясы

Целлюлоидтың әдеттегі құрамында 11% азотқа дейін нитратталған 70-80 бөлік нитроцеллюлоза, 30 бөлік камфора, 0-14 бөлік бояу, 1-5 бөлік этил спирті, сондай-ақ тұрақтылығын арттыру және өрт қаупін азайту үшін тұрақтандырғыштар және басқа да заттар болуы мүмкін.

Өндіріс

Целлюлоид – нитроцеллюлоза, камфора, спирт және қажетті өнімге байланысты бояулар мен толтырғыштар сияқты химиялық заттардың қоспасынан жасалады. Бірінші қадам – нитраттау реакциясын жүргізу арқылы шикі целлюлозаны нитроцеллюлозаға айналдыру. Бұл целлюлоза талшықтарын азот қышқылының сулы ерітіндісіне батыру арқылы жүзеге асырылады; содан кейін целлюлоза тізбегіндегі гидроксилдік топтар (OH) нитраттық топтарға (ONO2) алмастырылады. Реакция азоттың алмасу дәрежесіне немесе әрбір целлюлоза молекуласындағы азоттың пайыздық құрамына байланысты әртүрлі өнімдер береді; целлюлоза нитратының әр молекуласына 2,8 молекула азот шамасында болады. Реакцияда күкірт қышқылы да қолданылуы тиіс екені анықталды, біріншіден, целлюлозаға алмасу үшін азот қышқылы топтарын катализдеу үшін, екіншіден, топтардың талшықтарға оңай және біркелкі жабысуына мүмкіндік беру үшін, осылайша сапалы нитроцеллюлоза жасау үшін. Содан кейін өнімді талшықтармен әрекеттеспеген қышқылдарды жуып тастау үшін шайып, кептіріп, илеу керек. Осы кезеңде спирттегі 50%-дық камфора ерітіндісі қосылады, ол нитроцеллюлозаның макромолекулалық құрылымын нитроцеллюлоза мен камфораның біртекті геліне айналдырады. Химиялық құрылымы толыққанды түсініксіз, бірақ глюкозаның әрбір бірлігіне бір молекула камфора сай келеді деп есептеледі. Араластырғаннан кейін масса жоғары қысыммен блоктарға сығылып, содан кейін нақты мақсатына сәйкес өңделеді. Целлюлозаны нитраттау – өте қауіпті, тез тұтанатын процесс, зауыттарда жарылыс оқиғалары жиі болады. Көптеген батыс целлюлоид зауыттары қауіпті жарылыстардан кейін жабылды, қазір Қытайда ғана екі зауыт жұмыс істеп тұр.

Қиындық

Целлюлоидтың бұзылуына себеп болатын көптеген факторлар бар, мысалы, жылулық, химиялық, фотохимиялық және физикалық. Ең ірі кемшілік – целлюлоид ескіргенде, өндірісте қолданылған тым жоғары қысым салдарынан камфор молекулалары массадан ығыстырылып шығады. Бұл қысым нитроцеллюлоза молекулаларын бір-бірімен байланыстыруға немесе кристалдануға себеп болады, нәтижесінде камфор молекулалары материалдан сығылып шығады. Сыртқы ортаға ұшыраған кезде камфор бөлме температурасында сублимацияға ұшырайды, ал пластик – нақты нитроцеллюлозаға айналады. Сонымен қатар, жоғары температураның әсерінен нитрат топтары үзіліп, азот оксиді және азоттың басқа газдары сияқты азот газдарын ауаға бөліп шығарады. Бұған себеп болатын тағы бір фактор – артық ылғал, ол нитрат топтарының болуына байланысты нитроцеллюлозаның бұзылуын үдетеді, бұл топтар жоғары температурадан жаңа ғана бөлінген немесе өндірістен қалған еркін қышқыл түрінде болуы мүмкін. Бұл екі фактор азот қышқылының жиналуына жағдай жасайды. Фотохимиялық бұзылу – целлюлоидтағы тағы бір бұзылу түрі, себебі ол ультракүлгін сәулені жақсы сіңіреді. Сіңірілген сәуле тізбектің үзілуіне және қатаюға әкеледі.