Tselluloosatsetaat on aine, mis sarnaselt mitmete teiste inimtööstuses kasutatavate materjalidega võlgneb selle olemasolu taimedes leiduvale looduslikult esinevale polüsahhariidile. (Polüsahhariid on süsivesikute molekul, mis koosneb väga paljudest korduvatest suhkruühikutest; glükogeen, glükoosi säilitav vorm inimestel ja teistel loomadel, on veel üks polüsahhariid.) Esmakordselt 1860. aastatel välja töötatud tselluloosatsetaat muutis lõpuks kinofilmide tööstust võimaldades piltide salvestamist ainele, millel ei olnud kalduvust leekidesse plahvatada, nagu ka tselluloosatsetaadile eelnenud materjali tselluloidipõhiseid nõbu maailmas.
Kui kile valmistamisel asendati tselluloosatsetaat lõpuks polüestriga, osutus see ülimalt mitmekülgseks aineks. See on tugevalt seotud puuvilla modifitseerimisega ja õigustatult, kuid on leidnud kodu ka paljudes muudes rakendustes.
Mis on tselluloos?
Tselluloos on glükoosimolekulide polümeer. Omakorda glükoos - mis on elusrakkude peamine energiaallikas, olenemata sellest, kas seda neelatakse (nagu loomadel) või sünteesitud (nagu taimedel) - on kuue süsinikuga molekul, mis sisaldab kuusnurka helisema. Üks kuuest süsinikust asub tsükli kohal ja on kinnitatud -OH või hüdroksüülrühma külge; kaks süsinikuaatomit tsüklis ise on samuti seotud hüdroksüülrühmaga. Need kolm -OH rühma võivad teiste molekulidega vesiniksidemete moodustamiseks kergesti reageerida.
On ka teisi glükoosipolümeere, kuid mitmesuguste taimede valmistatud tselluloosis on üksikud glükoosimonomeerid kõige pikemad või välja venitatud. Samuti asuvad üksikud tselluloosahelad paralleelselt üksteise kõrval, mis soodustab vesiniksidemeid külgnevate ahelate vahel ja tugevdab kogu tselluloosi struktuuri. Puuvillatüüpi tselluloosis on ahelad nii tihedalt seotud ja joondatud, et neid on raske lahustada tavapäraste mitteagressiivsete meetodite abil, näiteks lihtsalt niisutades.
Tselluloosi derivaatide ajalugu
Liikuvate piltide algusaegadel, 20. sajandi alguses, koosnes projektoritest läbi jooksnud film nitrotselluloosist, mis kandis kaubanime Celluloid. Nagu paljud lämmastikurikkad ühendid, on ka nitrotselluloos kergesti süttiv ja õigetes tingimustes võib see iseenesest süttida. Kuna projektorid tekitavad soojust ja ilmne vajadus kile kuivana hoida, seadis see nii-öelda tuliste äparduste aluse just kõige vähem sobival ajal.
Veel 1865. aastal avastas prantsuse keemik Paul Schützenberger, et kui ta segas tselluloosirikast puidumassi äädikhappega anhüdriid, suutis viimane aine ussitada vesinikuga seotud tselluloosahelate vahel ja kinnituda paljude olemasolevate hüdroksüülrühmade külge seal. Esialgu seda uut ainet, tselluloosatsetaati, ei kasutatud. Kuid 15 aastat hiljem avastasid Šveitsi vennad Camille ja Henri Dreyfus selle tselluloosatsetaadi võib lahustada tugevas lahustis atsetoonis ja seejärel uuesti vormida erinevateks ühendid. Näiteks kui see on kokku pandud õhukesteks tahketeks lehtedeks, saab seda kasutada kilena.
Tselluloosatsetaadi struktuur
Tuletame meelde, et glükoosimolekulid hõlmavad kolme hüdroksüülrühma, üks neist on kinnitatud süsiniku välisküljele kuusnurksete rõngaste külge ja kaks muud eenduvad ringist endast. Hüdroksüülrühma vesinikuaatom, mis on seotud hapniku külge, mis on teiselt poolt seotud ka süsinikuga teatud molekulid, mis seejärel võtavad selle vesiniku koha vanemas glükoosis ehitama. Üks neist molekulidest on atsetaat.
Atsetaat, äädikhappe vorm, mis on kaotanud happelise vesiniku, on kahe süsinikuga ühend, mida sageli kirjutatakse CH3COO-. See tähendab, et atsetaadil on metüül (CH3-) rühm ühes otsas ja karboksüülrühm teises otsas. Karboksüülrühmal on kaksikside ühe hapnikuga ja üksikside teisega. Kuna hapnik võib moodustada kaks sidet ja kannab negatiivset laengut, kui tal on ainult üks side, on see selles hapnik, et atsetaat seondub glükoosimolekuliga, kus hüdroksüülrühm varem istus puutumata.
Tselluloosatsetaat, mida tavaliselt kasutatakse terminina, viitab tegelikult tselluloosdiatsetaadile, milles kaks glükoosimonomeeri kolmest saadaolevast hüdroksüülrühmast on asendatud atsetaadiga. Kui saadaval on piisavalt atsetaati, hakkavad ülejäänud hüdroksüülrühmad asenduma ka atsetaatrühmadega, moodustades tselluloostriatsetaadi.
Äädikhape, muide, on äädika toimeaine. Lisaks on äädikhappe derivaat, mida nimetatakse atsetüülkoensüümiks A või atsetüül CoA, trikarboksüülhappe (TCA) tsükli võtmemolekuliks aeroobses rakuhingamises.
Tselluloosatsetaadi kasutamine
Nagu märgitud, on tselluloosatsetaat kile valmistamisel suuresti asendatud polüestri vormiga, kuid mõlemad on suures osas passe nüüd, kui digifotograafia ja filmograafia on kiiresti ajastu standardiks saanud. Tselluloosatsetaat on ka sigaretifiltrite põhikomponent.
Kui lennukid 1900. aastate alguses sündmuskohale tulid, leidsid keemikud peagi, et tselluloosatsetaati võib kihti ladestada materjal, mida kasutatakse lennukite kere ja tiibade moodustamiseks ning seeläbi nende tugevamaks muutmiseks, lisamata palju lisakoguseid kaal.
Atsetaatkangaid, nagu neid nimetatakse, leidub rõivamaailmas kõikjal. Puuvillased särgid on üks populaarne toode, mis sisaldab atsetaatmaterjali. (Kui näete rõivasildil märget "atsetaat", on tegelikult tselluloosatsetaat loetletud.) Kuid tselluloosatsetaadi kõige varasematel kasutusaladel rõivatööstuses kasutati seda tegelikult koos siidiga, mis oli kallim maiuspala, kui masstoodangu ja odava hinnaga riietus. Siin kasutati seda siidmaterjalides sageli nähtavate keerukate mustrite säilitamiseks.
1940. aastatel, kui materjalist oli võimalik valmistada läbipaistvaid vorme, leidis tselluloosatsetaat oma kodu USA kaitseministeerium, kes kasutas seda õhusõidukite akende ja pilkupüüdvate gaasiosade valmistamiseks maskid. Tänapäeval kasutatakse seda erinevates plastmassides ja see jääb klaasakende tavaliseks alternatiiviks, ehkki akrüül on selles osas suures osas välja tõrjunud.
Tselluloosatsetaat ja keskkond
Tselluloosatsetaatproduktid valmistatakse definitsiooni järgi vastu igat tüüpi lagunemisele, eriti keemilisele lagunemisele. See tähendab, et kui mõelda "biolagunevate" toodete nimekirja, peaks kõik, mis on valmistatud tselluloosatsetaadist, istuma teie vaimse loendi lõpus, sest need tooted püsivad keskkonnas pikka aega, milleks nad muutuvad pesakond. (Mõelge sigaretikonksude arvule, mida nägite viimati tavalisel teerajal mööda jalutades. Kahjuks ei ole need piisavalt suured, a la pudelid ja konservikarbid, mida pesakonna meeskonnad saaksid märgata ja kätte võtta, kuid need on piisavalt üldlevinud, et neid kollektiivse silmaringina esitada.)
Kui tselluloosatsetaatproduktid istuvad piisavalt kaua päikese käes, võib neid tabav valgusenergia hakata tselluloosatsetaati lahustama. See võimaldab keskkonnas asuvatel molekulidel, enamasti esteraasidel, tõsiselt tselluloosatsetaadis olevaid sidemeid rünnata. Seda kombinatsiooni "rünnak" on tuntud kui fotokemodegradatsioon.