Hvordan man laver celluloseacetat

Celluloseacetat er et stof, der ligesom et antal andre materialer, der anvendes i den menneskelige industri, skyldes eksistensen til cellulose, et naturligt forekommende polysaccharid, der findes i planter. (Et polysaccharid er et kulhydratmolekyle, der består af mange gentagne sukkerenheder; glykogen, en opbevaringsform for glukose hos mennesker og andre dyr, er et andet polysaccharid.) Først udviklet i 1860'erne ændrede celluloseacetat til sidst filmindustrien ved gør det muligt at gemme billeder på et stof, der ikke havde en tendens til at sprænge i flammer, ligesom celluloidebaserede fætre af det materiale, der forud for celluloseacetat i filmen verden.

Mens celluloseacetat til sidst blev erstattet af polyester ved fremstilling af film, viste det sig at være et meget alsidigt stof. Det er stærkt forbundet med modifikationen af ​​bomuld og med rette, men det har også fundet et hjem i en række andre applikationer.

Cellulose er en polymer af glukosemolekyler. Til gengæld glukose - som er den primære energikilde for levende celler, uanset om den indtages (som hos dyr) eller syntetiseret (som i planter) - er et seks-kulstofmolekyle, der inkluderer en sekskantet ring. Et af de seks carbonatomer ligger over ringen og er bundet til en -OH- eller hydroxylgruppe; to af kulstofferne i selve ringen er også bundet til en hydroxylgruppe. Disse tre -OH-grupper kan let reagere med andre molekyler for at danne hydrogenbindinger.

Der findes andre polymerer af glucose, men i cellulose, der er fremstillet af en række planter, er de individuelle glucosemonomerer de mest udvidede eller strakte sig ud. Desuden stiller individuelle cellulosekæder sig parallelt med hinanden, hvilket tilskynder hydrogenbindinger mellem tilstødende kæder og styrker hele cellulosestrukturen. I bomuldstypen cellulose er kæderne så tæt bundet og justeret, at det er vanskeligt at opløse dem ved hjælp af konventionelle ikke-aggressive metoder, såsom blot at få dem våde.

I de tidlige dage af film, i begyndelsen af ​​det 20. århundrede, bestod filmen gennem projektorer af nitrocellulose, der gik under handelsnavnet Celluloid. Ligesom mange nitrogenrige forbindelser er nitrocellulose meget brændbar og kan faktisk komme i brand spontant under de rette forhold. På grund af varmen, der genereres af projektorer, og det åbenlyse behov for at holde filmen tør, sætter dette så at sige scenen for brændende uheld på nøjagtigt de mindst passende tidspunkter.

Tilbage i 1865 opdagede en fransk kemiker, Paul Schützenberger, at hvis han blandede træmasse, der er rig på cellulose, med en forbindelse kaldet eddikesyre anhydrid, sidstnævnte stof var i stand til at snegle sig mellem de hydrogenbundne cellulosekæder og binde sig til de mange tilgængelige hydroxylgrupper der. Oprindeligt blev dette nyfundne stof, celluloseacetat, ikke brugt. Men 15 år senere opdagede de schweiziske brødre Camille og Henri Dreyfus, at celluloseacetat kunne opløses i det stærke opløsningsmiddel acetone og derefter omdannes til en række forskellige forbindelser. For eksempel, når det samles i tynde faste ark, kan det bruges som film.

Husk, at glukosemolekyler inkluderer tre hydroxylgrupper, hvoraf den ene er bundet til kulstoffet udvendigt til de sekskantede ringe, og to andre rager ud fra selve ringen. Hydrogenatomet i hydroxylgruppen, som er bundet til iltet, der også er bundet til kulstof på den anden side, kan let forskydes af bestemte molekyler, der derefter tager dette brint i stedet for moderglucosen konstruere. Et af disse molekyler er acetat.

Acetat, formen af ​​eddikesyre, der har mistet sit sure hydrogen, er en to-carbonforbindelse, der ofte er skrevet CH₃COO^-. Dette indebærer, at acetat har en methyl (CH₃-) gruppe i den ene ende og en carboxylgruppe i den anden ende. En carboxylgruppe har en dobbeltbinding med det ene ilt og en enkeltbinding med den anden. Da ilt kan danne to bindinger og bærer en negativ ladning, når det kun har en binding, er det ved dette ilt, at acetatet bliver bundet til glucosemolekylet, hvor en hydroxylgruppe tidligere sad intakt.

Celluloseacetat, som udtrykket almindeligvis anvendes, refererer faktisk til cellulosediacetat, hvor to af de tre tilgængelige hydroxylgrupper i hver glucosemonomer er blevet erstattet med acetat. Hvis der stilles tilstrækkelig acetat til rådighed, begynder de resterende hydroxylgrupper også at blive erstattet af acetatgrupper, hvilket danner cellulosetriacetat.

Eddikesyre er forresten den aktive ingrediens i eddike. Derudover er et eddikesyrederivat kaldet acetylcoenzym A eller acetyl CoA et nøglemolekyle i tricarboxylsyre (TCA) cyklus i aerob cellulær respiration.

Som bemærket er celluloseacetat i vid udstrækning blevet erstattet af en form for polyester ved fremstilling af film, men begge dele er stort set passe nu, når digital fotografering og filmografi hurtigt er blevet tidens standard. Celluloseacetat er også en vigtig komponent i cigaretfiltre.

Da fly kom på banen i begyndelsen af ​​1900'erne, fandt kemikere snart, at celluloseacetat kunne lagres i materiale, der bruges til at danne fly og legemer og derved gøre dem mere robuste uden at tilføje meget ekstra vægt.

Acetatstoffer, som de kaldes, er overalt i tøjverdenen. Bomuldsskjorter er et populært produkt, der inkluderer acetatmateriale. (Når du ser "acetat" på et tøjmærke, er det der faktisk er anført celluloseacetat.) Men i de tidligste anvendelser af celluloseacetat i beklædningsindustrien, blev den faktisk brugt i forbindelse med silke, en dyrere godbid, end som grundlaget for masseproduceret, billig påklædning. Her blev det brugt til at opretholde de indviklede mønstre, der ofte ses i silke materialer.

I 1940'erne, hvor det var muligt at fremstille gennemsigtige former for materialet, fandt celluloseacetat et hjem i det amerikanske forsvarsministerium, der brugte det til at fremstille flyvinduer og de øjendækkende dele af gas masker. I dag bruges det i forskellige plastmaterialer og forbliver et almindeligt alternativ til glasvinduer, selvom det i vid udstrækning er blevet fortrængt af akryl i denne henseende.

Celluloseacetatprodukter er pr. Definition lavet til at modstå nedbrydning af alle typer og især kemisk nedbrydning. Dette betyder, at når du tænker på en liste over "biologisk nedbrydelige" produkter, skal alt lavet med celluloseacetat sidde ved bunden af ​​din mentale liste, fordi disse produkter vedvarer i miljøet i lange perioder, hvor de bliver strøelse. (Overvej antallet af cigaretskod, du sandsynligvis så sidst, da du tog en tur langs en typisk vejbane. Desværre er disse ikke helt store nok, a la flasker og dåser, der kan ses og afhentes af kuldbesætninger, men de er allestedsnærværende nok til at præsentere som en kollektiv øjenudsigt.)

Når celluloseacetatprodukter sidder i solen længe nok, kan den lysenergi, der rammer dem, begynde at opløse celluloseacetatet. Dette gør det muligt for molekyler i miljøet, for det meste esteraser, at angribe bindingerne i celluloseacetat for alvor. Denne kombination "angreb" er kendt som fotokemodegradering.