Acetát celulózy je látka, která stejně jako řada dalších materiálů používaných v lidském průmyslu vděčí za svou existenci celulóze, přirozeně se vyskytujícímu polysacharidu vyskytujícímu se v rostlinách. (Polysacharid je molekula uhlohydrátu složená z mnoha opakujících se cukrových jednotek; glykogen, zásobní forma glukózy u lidí a jiných zvířat, je dalším polysacharidem.) Acetát celulózy, který byl poprvé vyvinut v 60. letech 20. století, nakonec změnil filmový průmysl umožňující ukládat obrázky na látku, která neměla tendenci vzplanout, stejně jako bratranci materiálu na bázi celuloidu z materiálu, který ve filmu předcházel acetátu celulózy svět.
Zatímco při výrobě filmu byl acetát celulózy nakonec nahrazen polyesterem, ukázalo se, že jde o mimořádně univerzální látku. Je silně spojena s úpravou bavlny a je to tak správně, ale našla si domov také v řadě dalších aplikací.
Co je to celulóza?
Celulóza je polymer molekul glukózy. Na druhé straně glukóza - která je primárním zdrojem energie pro živé buňky, ať už je požívána (jako u zvířat) nebo syntetizovaný (jako u rostlin) - je molekula se šesti uhlíky, která obsahuje hexagonál prsten. Jeden ze šesti uhlíků leží nad kruhem a je připojen k -OH nebo hydroxylové skupině; dva z uhlíků v samotném kruhu jsou také připojeny k hydroxylové skupině. Tyto tři -OH skupiny mohou snadno reagovat s jinými molekulami za vzniku vodíkových vazeb.
Existují i jiné polymery glukózy, ale v celulóze, kterou vyrábí celá řada rostlin, jsou jednotlivé glukózové monomery nejrozsáhlejší nebo natažené. Jednotlivé celulózové řetězce se také rovnoběžně vedle sebe, což podporuje vodíkové vazby mezi sousedními řetězci a posiluje celou strukturu celulózy. U bavlněného typu celulózy jsou řetězy tak pevně svázané a zarovnané, že je obtížné je rozpustit pomocí konvenčních neagresivních metod, jako je pouze namočení.
Historie derivátů celulózy
V počátcích filmů, na počátku 20. století, se film procházející projektory skládal z nitrocelulózy, která se nazývala Celluloid. Jako mnoho sloučenin bohatých na dusík je nitrocelulóza vysoce hořlavá a ve skutečnosti se může za správných podmínek spontánně vznítit. Kvůli teplu generovanému projektory a zjevné potřebě udržovat film suchý, to připravilo takříkajíc půdu pro ohnivé nehody v nejméně příznivých dobách.
V roce 1865 francouzský chemik Paul Schützenberger zjistil, že pokud smíchá dřevní buničinu, která je bohatá na celulózu, se sloučeninou zvanou octová anhydrid, tato látka byla schopná se dostat mezi vodíkově vázané celulózové řetězce a připojit se k mnoha dostupným hydroxylovým skupinám tam. Zpočátku nebyla tato nově nalezená látka, acetát celulózy, k ničemu. Ale o 15 let později švýcarští bratři Camille a Henri Dreyfusovi objevili ten acetát celulózy by mohly být rozpuštěny v silném rozpouštědle acetonu a poté znovu formovány do různých sloučeniny. Například, když je sestaven do tenkých plných plechů, může být použit jako film.
Struktura acetátu celulózy
Připomeňme, že molekuly glukózy zahrnují tři hydroxylové skupiny, z nichž jedna je připojena k uhlíkovému vnějšku k šestihranným prstencům a dvě další vyčnívající ze samotného kruhu. Atom vodíku hydroxylové skupiny, který je navázán na kyslík, který je také navázán na uhlík na druhé straně straně, mohou být snadno přemístěny určitými molekulami, které pak vezmou místo vodíku v mateřské glukóze postavit. Jednou z těchto molekul je acetát.
Acetát, forma kyseliny octové, která ztratila svůj kyselý vodík, je sloučenina se dvěma uhlíky, často psaná jako CH3VRKAT-. To znamená, že acetát má methyl (CH3-) skupina na jednom konci a karboxylová skupina na druhém konci. Karboxylová skupina má dvojnou vazbu s jedním kyslíkem a jednoduchou vazbu s druhým. Protože kyslík může tvořit dvě vazby a nese záporný náboj, když má pouze jednu vazbu, je tomu tak kyslík, který se acetát naváže na molekulu glukózy, kde dříve seděla hydroxylová skupina neporušený.
Acetát celulózy, jak se tento termín běžně používá, ve skutečnosti označuje diacetát celulózy, ve kterém byly dvě ze tří dostupných hydroxylových skupin v každém monomeru glukózy nahrazeny acetátem. Pokud je k dispozici dostatek acetátu, zbývající hydroxylové skupiny se také začnou nahrazovat acetátovými skupinami za vzniku triacetátu celulózy.
Mimochodem, kyselina octová je aktivní složka v octě. Kromě toho je derivát kyseliny octové nazývaný acetyl koenzym A nebo acetyl CoA klíčovou molekulou v cyklu trikarboxylové kyseliny (TCA) v aerobním buněčném dýchání.
Použití acetátu celulózy
Jak již bylo uvedeno, octan celulózy byl při výrobě filmu z velké části nahrazen formou polyesteru, ale obojí jsou nyní velkou pasáží, když se digitální fotografie a filmografie rychle staly standardem doby. Acetát celulózy je také hlavní součástí cigaretových filtrů.
Když se na počátku 20. století objevila na scéně letadla, chemici brzy zjistili, že do ní lze vrstvit acetát celulózy materiál použitý k formování těl a křídel letadel, a tím je činí pevnějšími, aniž by přidal spoustu dalšího hmotnost.
Acetátové látky, jak se jim říká, jsou všude ve světě oděvů. Bavlněné košile jsou jedním oblíbeným výrobkem, který zahrnuje acetátový materiál. (Když na štítku s oblečením uvidíte „acetát“, ve skutečnosti je uveden acetát celulózy.) Ale při prvních použitích acetátu celulózy v oděvní průmysl, byl ve skutečnosti používán ve spojení s hedvábím, což je dražší léčba, než jako základ pro masově vyráběnou, levnou oděv. Zde se používá k udržení složitých vzorů, které se často vyskytují v hedvábných materiálech.
Ve 40. letech 20. století, kdy bylo možné vyrábět transparentní formy materiálu, našel domov acetát celulózy americké ministerstvo obrany, které z něj vyrábělo okna letadel a části plynu pokrývající oči masky. Dnes se používá v různých plastech a zůstává běžnou alternativou ke skleněným oknům, ačkoli byl v tomto ohledu z velké části nahrazen akrylem.
Acetát celulózy a životní prostředí
Výrobky z acetátu celulózy jsou ze své podstaty vyráběny tak, aby odolávaly degradaci všech typů, zejména chemické degradaci. To znamená, že když si vzpomenete na seznam „biologicky odbouratelných“ produktů, mělo by sedět vše, co je vyrobeno z acetátu celulózy spodní část vašeho mentálního seznamu, protože tyto produkty přetrvávají v prostředí po dlouhou dobu, ve které se stanou smetí. (Zvažte počet nedopalků z cigaret, které jste pravděpodobně viděli naposledy, když jste se procházeli po typické silnici. Bohužel to není dost velké, a la lahve a plechovky, které si všimnou a vyzvednou posádky vrhů, ale jsou dost všudypřítomné, aby se projevily jako kolektivní oči.)
Když produkty z acetátu celulózy sedí na slunci dostatečně dlouho, může světelná energie, která je zasáhne, začít acetát celulózy rozpouštět. To umožňuje molekulám v prostředí, většinou esterázám, vážně napadat vazby v acetátu celulózy. Tato kombinace „útoku“ je známá jako fotochemodegradace.