Wie man Celluloseacetat herstellt

Celluloseacetat ist eine Substanz, die wie eine Reihe anderer Materialien, die in der menschlichen Industrie verwendet werden, ihre Existenz der Cellulose verdankt, einem natürlich vorkommenden Polysaccharid, das in Pflanzen vorkommt. (Ein Polysaccharid ist ein Kohlenhydratmolekül, das aus sehr vielen sich wiederholenden Zuckereinheiten besteht; Glykogen, eine Speicherform von Glukose bei Menschen und anderen Tieren, ist ein weiteres Polysaccharid.) Zuerst in den 1860er Jahren entwickelt, veränderte Celluloseacetat schließlich die Filmindustrie um die es möglich macht, Bilder auf einer Substanz zu speichern, die nicht dazu neigt, in Flammen aufzugehen, ebenso wie die auf Zelluloid basierenden Cousins ​​​​des Materials, das im Film vor dem Zelluloseacetat stand Welt.

Während Celluloseacetat bei der Herstellung von Folien schließlich durch Polyester ersetzt wurde, erwies es sich als äußerst vielseitiger Stoff. Es wird zu Recht stark mit der Modifizierung von Baumwolle in Verbindung gebracht, hat aber auch in einer Reihe anderer Anwendungen ein Zuhause gefunden.

Cellulose ist ein Polymer aus Glucosemolekülen. Glukose wiederum – die Hauptenergiequelle für lebende Zellen, unabhängig davon, ob sie aufgenommen wird (wie bei Tieren) oder synthetisiert (wie bei Pflanzen) – ist ein Sechs-Kohlenstoff-Molekül, das ein hexagonales. enthält Ring. Einer der sechs Kohlenstoffatome liegt über dem Ring und ist an eine -OH- oder Hydroxylgruppe gebunden; zwei der Kohlenstoffe im Ring selbst sind ebenfalls an eine Hydroxylgruppe gebunden. Diese drei -OH-Gruppen können leicht mit anderen Molekülen reagieren, um Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden.

Es gibt auch andere Glucosepolymere, aber in Cellulose, die von einer Vielzahl von Pflanzen hergestellt wird, sind die einzelnen Glucosemonomere am stärksten gestreckt oder gestreckt. Außerdem reihen sich einzelne Zelluloseketten parallel aneinander, was Wasserstoffbrücken zwischen benachbarten Ketten fördert und die gesamte Zellulosestruktur stärkt. Bei der Baumwoll-Cellulose sind die Ketten so fest gebunden und ausgerichtet, dass es schwierig ist, sie mit herkömmlichen, nicht aggressiven Methoden aufzulösen, beispielsweise durch bloßes Befeuchten.

In den Anfängen des Kinos, zu Beginn des 20. Jahrhunderts, bestand der Filmdurchlauf durch Projektoren aus Nitrozellulose, die unter dem Handelsnamen Celluloid firmierte. Wie viele stickstoffreiche Verbindungen ist Nitrocellulose hoch brennbar und kann sich unter den richtigen Bedingungen sogar spontan entzünden. Wegen der Hitzeentwicklung von Projektoren und der offensichtlichen Notwendigkeit, den Film trocken zu halten, bereitet dies sozusagen die Bühne für feurige Pannen zu genau den unpassendsten Zeiten.

Bereits 1865 entdeckte der französische Chemiker Paul Schützenberger, dass wenn er Zellstoff, der reich an Zellulose ist, mit einer Verbindung namens Essig Anhydrid, letztere Substanz konnte sich zwischen die wasserstoffgebundenen Zelluloseketten einschleichen und sich an die vielen verfügbaren Hydroxylgruppen anlagern Dort. Diese neu entdeckte Substanz, Celluloseacetat, wurde zunächst nicht verwendet. Doch 15 Jahre später entdeckten die Schweizer Brüder Camille und Henri Dreyfus, dass Celluloseacetat in dem starken Lösungsmittel Aceton gelöst und dann zu einer Vielzahl von verschiedenen Verbindungen. Wenn es beispielsweise zu dünnen massiven Platten zusammengesetzt ist, kann es als Folie verwendet werden.

Denken Sie daran, dass Glukosemoleküle drei Hydroxylgruppen enthalten, von denen eine an den Kohlenstoff außerhalb der hexagonalen Ringe gebunden ist und zwei andere aus dem Ring selbst herausragen. Das Wasserstoffatom der Hydroxylgruppe, das an den Sauerstoff gebunden ist, der andererseits auch an Kohlenstoff gebunden ist Seite, kann leicht von bestimmten Molekülen verdrängt werden, die dann den Platz des Wasserstoffs in der Mutterglukose einnehmen bauen. Eines dieser Moleküle ist Acetat.

Acetat, die Form von Essigsäure, die ihren sauren Wasserstoff verloren hat, ist eine Zwei-Kohlenstoff-Verbindung, die oft als CH. bezeichnet wird₃GURREN^-. Dies impliziert, dass Acetat eine Methylgruppe (CH₃-) Gruppe an einem Ende und eine Carboxylgruppe am anderen Ende. Eine Carboxylgruppe hat eine Doppelbindung mit einem Sauerstoff und eine Einfachbindung mit dem anderen. Da Sauerstoff zwei Bindungen eingehen kann und eine negative Ladung trägt, wenn er nur eine Bindung hat, ist er hier Sauerstoff, dass das Acetat an das Glucosemolekül gebunden wird, wo zuvor eine Hydroxylgruppe gesättigt war intakt.

Celluloseacetat, wie der Begriff üblicherweise verwendet wird, bezieht sich eigentlich auf Cellulosediacetat, bei dem zwei der drei verfügbaren Hydroxylgruppen in jedem Glucosemonomer durch Acetat ersetzt wurden. Wenn genügend Acetat zur Verfügung gestellt wird, beginnen auch die restlichen Hydroxylgruppen durch Acetatgruppen ersetzt zu werden, wobei Cellulosetriacetat entsteht.

Essigsäure ist übrigens der Wirkstoff in Essig. Darüber hinaus ist ein Essigsäurederivat namens Acetyl-Coenzym A oder Acetyl-CoA ein Schlüsselmolekül im Tricarbonsäurezyklus (TCA) bei der aeroben Zellatmung.

Wie bereits erwähnt, wurde Celluloseacetat bei der Herstellung von Folien weitgehend durch eine Form von Polyester ersetzt, aber beide sind inzwischen weitgehend passe, da digitale Fotografie und Filmografie schnell zum Standard der Zeit geworden sind. Celluloseacetat ist auch ein Hauptbestandteil von Zigarettenfiltern.

Als Anfang des 20. Jahrhunderts Flugzeuge auf den Plan traten, fanden Chemiker bald heraus, dass Zelluloseacetat in die Material, das verwendet wird, um die Körper und Flügel von Flugzeugen zu formen und sie dadurch stabiler zu machen, ohne viel zu tun Gewicht.

Acetatstoffe, wie sie genannt werden, sind in der Bekleidungswelt allgegenwärtig. Baumwollhemden sind ein beliebtes Produkt, das Acetatmaterial enthält. (Wenn Sie "Acetat" auf einem Kleidungsetikett sehen, ist das, was tatsächlich aufgeführt ist, Celluloseacetat.) Aber in den frühesten Anwendungen von Celluloseacetat in in der Bekleidungsindustrie wurde es tatsächlich in Verbindung mit Seide verwendet, einem teureren Leckerbissen, als als Grundlage für massenproduzierte, kostengünstige Kleidung. Hier wurde es verwendet, um die komplizierten Muster zu erhalten, die oft in Seidenmaterialien zu sehen sind.

In den 1940er Jahren, als es möglich war, transparente Formen des Materials herzustellen, fand Celluloseacetat eine Heimat in home das US-Verteidigungsministerium, das daraus Flugzeugfenster und die augenbedeckenden Teile des Gases herstellte Masken. Heute wird es in verschiedenen Kunststoffen verwendet und ist nach wie vor eine gängige Alternative zu Glasfenstern, obwohl es in dieser Hinsicht weitgehend von Acryl verdrängt wurde.

Celluloseacetatprodukte sind definitionsgemäß so hergestellt, dass sie einem Abbau aller Art und insbesondere einem chemischen Abbau widerstehen. Dies bedeutet, dass, wenn Sie an eine Liste von "biologisch abbaubaren" Produkten denken, alles, was mit Celluloseacetat hergestellt wird, bei das Ende Ihrer mentalen Liste, denn diese Produkte verbleiben in der Umwelt für lange Zeiträume, in denen sie zu werden Wurf. (Bedenken Sie die Anzahl der Zigarettenstummel, die Sie wahrscheinlich bei Ihrem letzten Spaziergang auf einer typischen Straße gesehen haben. Leider sind diese nicht ganz groß genug, a la Flaschen und Dosen, um von Wurfteams entdeckt und aufgenommen zu werden, aber sie sind allgegenwärtig genug, um sie als kollektiver Schandfleck zu präsentieren.)

Wenn Celluloseacetatprodukte lange genug in der Sonne liegen, kann die auf sie treffende Lichtenergie beginnen, das Celluloseacetat aufzulösen. Dadurch können Moleküle in der Umwelt, meist Esterasen, die Bindungen in Celluloseacetat ernsthaft angreifen. Dieser kombinierte "Angriff" ist als Photochemodegradation bekannt.