أسيتات السليلوز هي مادة ، مثل عدد من المواد الأخرى المستخدمة في الصناعة البشرية ، تدين بوجودها إلى السليلوز ، وهو عديد السكاريد الطبيعي الموجود في النباتات. (عديد السكاريد عبارة عن جزيء كربوهيدراتي يتكون من عدد كبير جدًا من وحدات السكر المتكررة ؛ الجليكوجين ، وهو أحد أشكال تخزين الجلوكوز في البشر والحيوانات الأخرى ، هو عديد السكاريد الآخر.) تم تطويره لأول مرة في ستينيات القرن التاسع عشر ، غيرت أسيتات السليلوز في النهاية صناعة الصور المتحركة من خلال جعل من الممكن تخزين الصور على مادة ليس لديها ميل للانفجار ، كما فعل أبناء عمومة السليلويد للمادة التي سبقت أسيتات السليلوز في الفيلم العالمية.
في حين تم استبدال أسيتات السليلوز في النهاية بالبوليستر في صناعة الفيلم ، فقد تبين أنه مادة متعددة الاستخدامات بشكل كبير. يرتبط ارتباطًا وثيقًا بتعديل القطن وهو محق في ذلك ، ولكنه وجد موطنًا لعدد من التطبيقات الأخرى أيضًا.
ما هو السليلوز؟
السليلوز هو بوليمر من جزيئات الجلوكوز. بدوره ، الجلوكوز - وهو المصدر الأساسي للطاقة للخلايا الحية سواء تم تناولها (كما هو الحال في الحيوانات) أو المركب (كما في النباتات) - هو جزيء من ستة كربون يحتوي على شكل سداسي حلقة. يقع أحد الكربونات الستة فوق الحلقة وهو متصل بمجموعة هيدروكسيل هيدروكسيل- OH ؛ اثنان من ذرات الكربون داخل الحلقة نفسها متصلان أيضًا بمجموعة الهيدروكسيل. يمكن لهذه المجموعات المكونة من ثلاث OH أن تتفاعل بسهولة مع الجزيئات الأخرى لتكوين روابط هيدروجينية.
توجد بوليمرات جلوكوز أخرى ، ولكن في السليلوز ، الذي تصنعه مجموعة متنوعة من النباتات ، تكون مونومرات الجلوكوز الفردية هي الأكثر تمددًا أو تمددًا. أيضًا ، تصطف سلاسل السليلوز الفردية جنبًا إلى جنب بشكل متوازٍ ، مما يشجع الروابط الهيدروجينية بين السلاسل المجاورة ويقوي بنية السليلوز بأكملها. في النوع القطني من السليلوز ، تكون السلاسل مقيدة ومحاذاة بإحكام بحيث يصعب إذابتها باستخدام طرق تقليدية غير عدوانية ، مثل مجرد بللها.
تاريخ مشتقات السليلوز
في الأيام الأولى للصور المتحركة ، في بداية القرن العشرين ، كان الفيلم الذي يتم تشغيله من خلال أجهزة العرض يتكون من النيتروسليلوز ، الذي أطلق عليه الاسم التجاري السليلويد. مثل الكثير من المركبات الغنية بالنيتروجين ، فإن النيتروسليلوز شديد الاحتراق ، وفي الواقع يمكن أن تشتعل فيه النيران تلقائيًا في ظل الظروف المناسبة. بسبب الحرارة التي تولدها أجهزة العرض والحاجة الواضحة للحفاظ على الفيلم جافًا ، أدى ذلك إلى تمهيد الطريق ، إذا جاز التعبير ، للحوادث النارية في أقل الأوقات المناسبة على وجه التحديد.
في عام 1865 ، اكتشف الكيميائي الفرنسي بول شوتزنبرغر أنه إذا مزج لب الخشب الغني بالسليلوز بمركب يسمى الأسيتيك أنهيدريد ، كانت المادة الأخيرة قادرة على شق طريقها بين سلاسل السليلوز المرتبطة بالهيدروجين وربط نفسها بمجموعات الهيدروكسيل العديدة المتاحة هناك. في البداية ، لم يتم استخدام هذه المادة المكتشفة حديثًا ، أسيتات السليلوز ، لأي استخدام. ولكن بعد مرور 15 عامًا ، اكتشف الأخوان السويسريان كاميل وهنري دريفوس أن أسيتات السليلوز يمكن إذابته في مذيب قوي الأسيتون ثم إعادة تشكيله في مجموعة متنوعة مجمعات سكنية. على سبيل المثال ، عندما يتم تجميعها في صفائح صلبة رفيعة ، يمكن استخدامها كغشاء.
هيكل خلات السليلوز
تذكر أن جزيئات الجلوكوز تشتمل على ثلاث مجموعات هيدروكسيل ، واحدة منها متصلة بالجزء الخارجي من الكربون إلى الحلقات السداسية واثنتان أخريان بارزة من الحلقة نفسها. ذرة الهيدروجين من مجموعة الهيدروكسيل ، والتي ترتبط بالأكسجين المرتبط أيضًا بالكربون من جهة أخرى الجانب ، بسهولة عن طريق جزيئات معينة تأخذ بعد ذلك بقعة الهيدروجين في الجلوكوز الأم بناء. أحد هذه الجزيئات هو الأسيتات.
الأسيتات ، شكل حمض الأسيتيك الذي فقد الهيدروجين الحمضي ، هو مركب ثنائي الكربون غالبًا ما يكتب CH3سجع-. هذا يعني أن الأسيتات تحتوي على ميثيل (CH3-) المجموعة في أحد الأطراف ومجموعة الكربوكسيل في الطرف الآخر. تحتوي مجموعة الكربوكسيل على رابطة مزدوجة مع أكسجين واحد ورابطة واحدة مع الآخر. نظرًا لأن الأكسجين يمكن أن يشكل رابطين ويحمل شحنة سالبة عندما يكون له رابطة واحدة فقط ، فهو موجود عند هذا الحد الأكسجين الذي يصبح الأسيتات مرتبطًا بجزيء الجلوكوز حيث جلست مجموعة الهيدروكسيل سابقًا متصل.
يشير أسيتات السليلوز كما هو شائع الاستخدام في الواقع إلى ثنائي أسيتات السليلوز ، حيث تم استبدال مجموعتين من مجموعات الهيدروكسيل الثلاث المتاحة في كل مونومر جلوكوز بالأسيتات. إذا تم توفير ما يكفي من الأسيتات ، فسيبدأ أيضًا استبدال مجموعات الهيدروكسيل المتبقية بمجموعات الأسيتات ، وتشكيل ثلاثي أسيتات السليلوز.
بالمناسبة حمض الخليك هو العنصر النشط في الخل. بالإضافة إلى ذلك ، فإن أحد مشتقات حمض الأسيتيك يسمى أسيتيل أنزيم أ ، أو أسيتيل CoA ، هو جزيء رئيسي في دورة حمض الكربوكسيل (TCA) في التنفس الخلوي الهوائي.
استخدامات خلات السليلوز
كما لوحظ ، تم استبدال أسيتات السليلوز بشكل كبير بشكل من أشكال البوليستر في صناعة الفيلم ، ولكن كلاهما أصبحت الآن إلى حد كبير من دون انقطاع بعد أن أصبح التصوير الفوتوغرافي الرقمي والأفلام بشكل سريع معيار العصر. يعد أسيتات السليلوز أيضًا مكونًا رئيسيًا لمرشحات السجائر.
عندما ظهرت الطائرات على الساحة في أوائل القرن العشرين ، سرعان ما اكتشف الكيميائيون أن أسيتات السليلوز يمكن وضعها في طبقات المواد المستخدمة في تشكيل أجسام وأجنحة الطائرات وبالتالي جعلها أكثر ثباتًا دون إضافة قدر كبير من الزيادات وزن.
أقمشة الأسيتات ، كما يطلق عليها ، موجودة في كل مكان في عالم الملابس. القمصان القطنية هي أحد المنتجات الشهيرة التي تحتوي على مادة الأسيتات. (عندما ترى "أسيتات" على ملصق الملابس ، فإن ما يتم إدراجه في الواقع هو أسيتات السليلوز.) ولكن في الاستخدامات المبكرة لخلات السليلوز في صناعة الملابس ، تم استخدامه بالفعل مع الحرير ، وهو علاج أغلى من كونه أساسًا للإنتاج الضخم وغير المكلف ملابس. هنا ، تم استخدامه للمساعدة في الحفاظ على الأنماط المعقدة التي غالبًا ما تُرى في مواد الحرير.
في الأربعينيات من القرن الماضي ، عندما كان من الممكن صنع أشكال شفافة من المادة ، وجدت أسيتات السليلوز منزلًا في وزارة الدفاع الأمريكية ، التي استخدمتها في صنع نوافذ الطائرات وأجزاء الغاز التي تغطي العين أقنعة. يتم استخدامه اليوم في العديد من البلاستيك ويظل بديلاً شائعًا للنوافذ الزجاجية ، على الرغم من أنه تم استبداله إلى حد كبير بالأكريليك في هذا الصدد.
خلات السليلوز والبيئة
يتم تصنيع منتجات أسيتات السليلوز بحكم التعريف لمقاومة التحلل من جميع الأنواع ، ولا سيما التحلل الكيميائي. هذا يعني أنه عندما تفكر في قائمة المنتجات "القابلة للتحلل الحيوي" ، يجب وضع أي شيء مصنوع من أسيتات السليلوز في أسفل قائمتك العقلية ، لأن هذه المنتجات تستمر في البيئة لفترات طويلة تصبح فيها قمامة. (ضع في اعتبارك عدد أعقاب السجائر التي ربما شاهدتها في آخر مرة قمت فيها بنزهة على طول طريق نموذجي. لسوء الحظ ، هذه ليست كبيرة بما يكفي ، زجاجات وعلب ، يمكن رصدها والتقاطها من قبل أطقم القمامة ، لكنها موجودة في كل مكان بما يكفي لتقديمها كقلب جماعي.)
عندما تظل منتجات أسيتات السليلوز في الشمس لفترة كافية ، يمكن أن تبدأ الطاقة الضوئية التي تصطدم بها في إذابة أسيتات السليلوز. هذا يسمح للجزيئات الموجودة في البيئة ، ومعظمها من الإستراتيز ، بمهاجمة الروابط في أسيتات السليلوز بشكل جدي. يُعرف هذا "الهجوم" المركب باسم التحلل الكيميائي الضوئي.