Целлофан: История, Производство и Свойства

Введение

Тонкий прозрачный лист из целлюлозы.

Целофан – это тонкий прозрачный лист из регенерированной целлюлозы. Его низкая проницаемость для воздуха, масел, жиров, бактерий и жидкой воды делает его пригодным для упаковки пищевых продуктов. Целофан обладает высокой проницаемостью для водяного пара, но может быть покрыт нитроцеллюлозным лаком для предотвращения этого. Целофан также используется в производстве прозрачного скотча, трубок и многих других аналогичных областях применения. Целофан компостируется и биоразлагается, и его можно получать из биоматериалов. Изначальный процесс производства использует дисульфид углерода (CS2), который был признан высокотоксичным для рабочих. Более новый процесс лиоцелл позволяет производить целлюлозную пленку без использования дисульфида углерода. В некоторых странах "целофан" является родовым названием, а в других – зарегистрированным товарным знаком.

Производство

Целлюлоза, полученная из древесины, хлопка, конопли или других источников, растворяется в щелочи и дисульфиде углерода для получения раствора, называемого вискозой, который затем выдавливается через щель в ванну с разбавленной серной кислотой и сульфатом натрия для повторного преобразования вискозы в целлюлозу. Затем пленка проходит через несколько дополнительных ванн: одну для удаления серы, другую для отбеливания и третью для добавления смягчающих веществ, таких как глицерин, чтобы предотвратить ее хрупкость. Аналогичный процесс, использующий отверстие (спиннерет) вместо щели, применяется для производства волокна, называемого вискозой (районом). С химической точки зрения, целлофан, вискоза и целлюлоза являются полимерами глюкозы; они различаются по структуре, а не по химическому составу.

История

Целофан был изобретен швейцарским химиком Жаком Э. Бранденбергером, работавшим в Blanchisserie et Teinturerie de Thaon. В 1900 году, вдохновленный случайным пролитием вина на скатерть в ресторане, он решил создать ткань, способную отталкивать жидкости, а не впитывать их. Первым шагом стало нанесение водонепроницаемого покрытия на ткань, и он выбрал вискозу. Полученная покрытая ткань оказалась слишком жесткой, однако тонкую пленку покрытия можно было легко отделить от основы, сохранив ее целой и неповрежденной. Увидев потенциал этого нового материала как самостоятельного продукта, Бранденбергер вскоре отказался от первоначальной идеи. На совершенствование пленки у Бранденбергера ушло десять лет. Его главным достижением по сравнению с предыдущими разработками в этой области стало добавление глицерина для придания материалу мягкости. К 1912 году он построил машину для производства этой пленки, которую назвал "Целлофан" – от слов "целлюлоза" и "диафан" ("прозрачный"). В том же году целлофан был запатентован. В следующем году компания Comptoir des Textiles Artificiels (CTA) приобрела долю фирмы Thaon в Cellophane и учредила для Бранденбергера новую компанию La Cellophane SA. Компания Whitman's Candy начала использовать целлофан для упаковки конфет в США в 1912 году, для своей линейки Whitman's Sampler. Они оставались крупнейшим потребителем импортного целлофана из Франции до 1924 года, когда DuPont построила первый завод по производству целлофана в США. Первоначально продажи целлофана в США были ограничены, поскольку, хотя он и был водонепроницаемым, не обладал влагостойкостью – он удерживал или отталкивал воду, но пропускал водяной пар. Это делало его непригодным для упаковки продуктов, требующих защиты от влаги. DuPont нанял химика Уильяма Хейла Чарча (1898–1958), который три года разрабатывал лак из нитроцеллюлозы, который, при нанесении на целлофан, делал его влагостойким. После появления влагостойкого целлофана в 1927 году его продажи утроились в период с 1928 по 1930 год, а к 1938 году на целлофан приходилось 10% продаж и 25% прибыли DuPont. Изобретение считалось настолько полезным, что целлофан был упомянут наряду с другими современными чудесами в песне 1934 года "You're the Top" (из мюзикла "Anything Goes"). Британская текстильная компания Courtaulds, благодаря своей технологии производства вискозы, в 1930 году расширила свою деятельность и начала производить вискозную пленку под названием "Viscacelle". Однако конкуренция с Cellophane затрудняла ее продажи, и в 1935 году компания основала British Cellophane Limited (BCL) совместно с Cellophane Company и ее французской материнской компанией CTA. С 1935 по 1937 год в Бриджвотере (Сомерсет, Англия) был построен крупный производственный комплекс, на котором работало 3000 человек. Впоследствии BCL построила заводы в Корнуолле, Онтарио (BCL Canada), примыкающие к существующему заводу Courtaulds по производству вискозного шелка (у которого она закупала раствор вискозы), а в 1957 году – в Барроу-ин-Фурнессе, Камбрия. Эти два последних завода были закрыты в 1990-х годах.

Cellophane was invented by Swiss chemist Jacques E. Brandenberger while employed by Blanchisserie et Teinturerie de Thaon. In 1900, inspired by seeing wine spill on a restaurant's tablecloth, he decided to create a cloth that could repel liquids rather than absorb them. His first step was to spray a waterproof coating onto fabric, and he opted to try viscose. The resultant coated fabric was far too stiff, but the diaphanous film coating could be separated from the backing cloth easily and in one undamaged piece. Seeing the possibilities of this new material on its own, Brandenberger soon abandoned his original idea. It took ten years for Brandenberger to perfect his film. His chief improvement over earlier work with such films was adding glycerin to soften the material. By 1912 he had constructed a machine to manufacture the film, which he had named Cellophane, from the words cellulose and diaphane ("transparent"). Cellophane was patented that year. The following year, the company Comptoir des Textiles Artificiels (CTA) bought the Thaon firm's interest in Cellophane and established Brandenberger in a new company, La Cellophane SA. Whitman's candy company initiated use of cellophane for candy wrapping in the United States in 1912 for their Whitman's Sampler. They remained the largest user of imported cellophane from France until nearly 1924, when DuPont built the first cellophane manufacturing plant in the US. Cellophane saw limited sales in the US at first since while it was waterproof, it was not moisture proof—it held or repelled water but was permeable to water vapor. This meant that it was unsuited to packaging products that required moisture proofing. DuPont hired chemist William Hale Charch (1898–1958), who spent three years developing a nitrocellulose lacquer that, when applied to Cellophane, made it moisture proof. Following the introduction of moisture proof Cellophane in 1927, the material's sales tripled between 1928 and 1930, and in 1938, Cellophane accounted for 10% of DuPont's sales and 25% of its profits. It was considered such a useful invention that cellophane was listed alongside other modern marvels in the 1934 song "You're the Top" (from Anything Goes). The British textile company Courtaulds' viscose technology had allowed it to diversify in 1930 into viscose film, which it named "Viscacelle". However, competition with Cellophane was an obstacle to its sales, and in 1935 it founded British Cellophane Limited (BCL) in conjunction with the Cellophane Company and its French parent company CTA. A major production facility was constructed at Bridgwater, Somerset, England, from 1935 to 1937, employing 3,000 workers. BCL subsequently constructed plants in Cornwall, Ontario (BCL Canada), as an adjunct to the existing Courtaulds viscose rayon plant there (from which it bought the viscose solution), and in 1957 at Barrow in Furness, Cumbria. The latter two plants were closed in the 1990s.

Сегодня

Целлюлозная пленка производится непрерывно с середины 1930-х годов и используется до сих пор. Помимо упаковки различных продуктов питания, она также находит применение в промышленности, например, в качестве основы для самоклеящихся лент, таких как Sellotape и Scotch Tape, в качестве полупроницаемой мембраны в определенных типах батарей, в качестве диализной трубки (Visking tubing) и в качестве разделительного агента при производстве стекловолокна и резиновых изделий. Целлофан является наиболее популярным материалом для изготовления упаковки для сигар; его проницаемость для водяного пара делает его подходящим для этой цели, поскольку сигарам необходимо "дышать" как во время упаковки, так и при хранении. Продажи целлофана снизились с 1960-х годов из-за появления альтернативных вариантов упаковки. Загрязняющее воздействие дисульфида углерода и других побочных продуктов, образующихся при производстве вискозы, также могло способствовать тому, что целлофан уступил место более дешевым нефтехимическим пленкам, таким как биаксиально ориентированный полиэтилентерефталат (BoPET) и биаксиально ориентированный полипропилен (BOPP), в 1980-х и 1990-х годах. Однако, по состоянию на 2017 год, наблюдается некоторое возрождение интереса к целлофану благодаря его биогенному происхождению, компостируемости и биоразлагаемости. Его экологическая устойчивость несколько омрачается энергоемким производственным процессом и потенциальным негативным воздействием некоторых используемых химических веществ, но в последние годы ведущие производители добились значительного прогресса в снижении своего воздействия на окружающую среду.

Брендинг

В Великобритании и во многих других странах "Cellophane" является зарегистрированным товарным знаком и собственностью компании Futamura Chemical UK Ltd, расположенной в Вигтоне, Камбрия, Соединенное Королевство. В США и некоторых других странах слово "целлофан" стало общеупотребительным и часто неформально используется для обозначения широкого спектра пластиковых пленок, даже тех, которые не сделаны из целлюлозы, например, полиэтиленовой пленки (ПВХ).