Kuinka tehdä selluloosa-asetaattia

Selluloosa-asetaatti on aine, joka, kuten monet muutkin ihmisen teollisuudessa käytettävät materiaalit, velkaa sen olemassaolon selluloosalle, joka on luonnossa esiintyvä kasveissa esiintyvä polysakkaridi. (Polysakkaridi on hiilihydraattimolekyyli, joka koostuu hyvin monista toistuvista sokeriyksiköistä; glykogeeni, glukoosin varastomuoto ihmisissä ja muissa eläimissä, on toinen polysakkaridi.) Selluloosiasetaatti, joka kehitettiin ensimmäisen kerran 1860-luvulla, muutti lopulta elokuvateollisuutta mahdollistettiin kuvien tallentaminen aineelle, jolla ei ollut taipumusta räjähtää liekkeihin, samoin kuin selluloosapohjaiset serkut materiaalissa, joka edelsi selluloosa-asetaattia elokuvassa maailman.

Vaikka selluloosa-asetaatti korvattiin lopulta polyesterillä kalvon valmistuksessa, se osoittautui erittäin monipuoliseksi aineeksi. Se liittyy vahvasti puuvillan muokkaamiseen ja perustellusti, mutta se on löytänyt kodin myös monissa muissa sovelluksissa.

Selluloosa on glukoosimolekyylien polymeeri. Puolestaan ​​glukoosi - joka on elävien solujen ensisijainen energialähde riippumatta siitä, nautitaanko sitä (kuten eläimissä) tai syntetisoitu (kuten kasveissa) - on kuusihiilinen molekyyli, joka sisältää kuusikulmaisen rengas. Yksi kuudesta hiilestä on renkaan yläpuolella ja kiinnittynyt ryhmään -OH tai hydroksyyli; kaksi renkaan sisällä olevasta hiilestä on myös kiinnittynyt hydroksyyliryhmään. Nämä kolme -OH-ryhmää voivat reagoida helposti muiden molekyylien kanssa muodostaen vetysidoksia.

Muita glukoosipolymeerejä on olemassa, mutta selluloosassa, jota valmistaa erilaiset kasvit, yksittäiset glukoosimonomeerit ovat eniten pidentyneitä tai venytettyjä. Myös yksittäiset selluloosaketjut asettuvat rinnakkain vierekkäin, mikä kannustaa vetysidoksia vierekkäisten ketjujen välille ja vahvistaa koko selluloosarakennetta. Selluloosatyyppisessä puuvillassa ketjut ovat niin tiukasti sidottuja ja kohdakkain, että niitä on vaikea liuottaa käyttämällä tavanomaisia ​​ei-aggressiivisia menetelmiä, kuten pelkästään kastelemalla niitä.

Elokuvien alkuaikoina, 1900-luvun alussa, projektoreiden läpi kulkeva elokuva koostui nitroselluloosasta, jota käytettiin kauppanimellä Celluloid. Kuten monet typpipitoiset yhdisteet, nitroselluloosa on helposti syttyvää ja voi itse asiassa syttyä itsestään oikeissa olosuhteissa. Projektorien tuottaman lämmön ja ilmeisen tarpeen pitää kalvo kuivana johti siihen, että se loi niin sanotusti tuliset onnettomuudet juuri vähiten sopivina aikoina.

Vuonna 1865 ranskalainen kemisti Paul Schützenberger huomasi, että jos hän sekoitti selluloosapitoista puumassaa etikkahappo anhydridi, jälkimmäinen aine pystyi matamaan tiensä vetysidottujen selluloosaketjujen välillä ja kiinnittymään moniin saatavilla oleviin hydroksyyliryhmiin siellä. Alun perin tätä uutta löydettyä ainetta, selluloosa-asetaattia, ei käytetty mihinkään. Mutta 15 vuotta myöhemmin sveitsiläiset veljet Camille ja Henri Dreyfus huomasivat selluloosa-asetaatin voitaisiin liuottaa vahvaan liuottimeen asetoniin ja muodostaa sitten uudelleen monenlaisiksi yhdisteet. Esimerkiksi kun se kootaan ohuiksi kiinteiksi levyiksi, sitä voidaan käyttää kalvona.

Muistakaamme, että glukoosimolekyyleihin kuuluu kolme hydroksyyliryhmää, joista toinen on kiinnittynyt kuusikulmaisten renkaiden ulkopuoliseen hiileen ja kaksi muuta itsessään renkaasta. Hydroksyyliryhmän vetyatomi, joka on kiinnittynyt happeen, joka on myös kiinnittynyt hiileen toisella puolella puolella, voidaan helposti syrjäyttää tietyillä molekyyleillä, jotka sitten ottavat kyseisen vetypaikan emo-glukoosissa rakentaa. Yksi näistä molekyyleistä on asetaatti.

Asetaatti, etikkahapon muoto, joka on menettänyt happamansa vedyn, on kahden hiilen yhdiste, joka on usein kirjoitettu CH₃KUJERTAA^-. Tämä tarkoittaa, että asetaatilla on metyyli (CH₃-) -ryhmä toisessa päässä ja karboksyyliryhmä toisessa päässä. Karboksyyliryhmällä on kaksoissidos yhden hapen ja yksi sidos toisen kanssa. Koska happi voi muodostaa kaksi sidosta ja kantaa negatiivisen varauksen, kun sillä on vain yksi sidos, se on tässä happea, että asetaatti sitoutuu glukoosimolekyyliin, jossa hydroksyyliryhmä aiemmin istui ehjä.

Selluloosa-asetaatti terminä yleisesti käytetty tarkoittaa itse asiassa selluloosadiasetaattia, jossa kaksi jokaisessa glukoosimonomeerissä olevasta kolmesta käytettävissä olevasta hydroksyyliryhmästä on korvattu asetaatilla. Jos käytettävissä on riittävästi asetaattia, myös jäljellä olevat hydroksyyliryhmät alkavat korvata asetaattiryhmillä muodostaen selluloosatriasetaatin.

Etikkahappo, muuten, on etikan vaikuttava aine. Lisäksi etikkahappojohdannainen, nimeltään asetyylikoentsyymi A tai asetyyli-CoA, on avainmolekyyli trikarboksyylihapposyklissä (TCA) aerobisessa soluhengityksessä.

Kuten on todettu, selluloosa-asetaatti on korvattu suurelta osin polyesterimuodolla kalvon valmistuksessa, mutta molemmat ovat pitkälti passeja nyt, kun digitaalisesta valokuvasta ja filmografiasta on nopeasti tullut ajan standardi. Selluloosa-asetaatti on myös tärkeä osa savukkeiden suodattimia.

Kun lentokoneet tulivat paikalle 1900-luvun alussa, kemistit havaitsivat pian, että selluloosa-asetaatti voitaisiin kerrostaa materiaali, jota käytetään lentokoneiden runkojen ja siipien muodostamiseen ja siten niiden tukevuuteen lisäämättä paljon ylimääräistä paino.

Asetaattikankaita, kuten niitä kutsutaan, on kaikkialla vaatetusmaailmassa. Puuvillapaidat ovat yksi suosittu tuote, joka sisältää asetaattimateriaalia. (Kun vaatepakkauksessa näkyy "asetaatti", luettelossa on selluloosa-asetaatti.) Mutta selluloosa-asetaatin varhaisimmissa käyttökohteissa vaatetusteollisuudessa sitä käytettiin tosiasiassa yhdessä silkin kanssa, joka on kalliimpi hoito kuin massatuotannon, halvan pukea. Tässä sitä käytettiin auttamaan silkkimateriaaleissa usein havaittavien monimutkaisten kuvioiden ylläpitämisessä.

1940-luvulla, kun materiaalista oli mahdollista tehdä läpinäkyviä muotoja, selluloosa-asetaatti löysi kodin Yhdysvaltain puolustusministeriö, joka käytti sitä lentokoneiden ikkunoiden ja silmien peittävien kaasuosien valmistamiseen naamarit. Nykyään sitä käytetään erilaisissa muoveissa ja se on edelleen yleinen vaihtoehto lasi-ikkunoille, vaikka akryyli onkin tältä osin pitkälti syrjäyttänyt sen.

Selluloosa-asetaattituotteet on määritelmän mukaan valmistettu vastustamaan kaiken tyyppisiä hajoamisia ja erityisesti kemiallisia hajoamisia. Tämä tarkoittaa, että kun ajattelet luetteloa "biohajoavista" tuotteista, kaiken selluloosa-asetaatilla valmistetun tulisi istua henkisen luettelosi lopussa, koska nämä tuotteet pysyvät ympäristössä pitkiä aikoja, jolloin niistä tulee pentue. (Harkitse niiden savukkeiden lukumäärää, jotka olet todennäköisesti nähnyt viimeisen kerran kävellessäsi tyypillistä tietä pitkin. Valitettavasti nämä eivät ole riittävän suuria, a la-pulloja ja tölkkejä, jotta pentueiden miehistöt voisivat havaita ne ja noutaa ne, mutta ne ovat riittävän läsnä kaikkialla, jotta ne näkyisivät kollektiivisena silmäyksenä.)

Kun selluloosa-asetaattituotteet istuvat auringossa riittävän kauan, niitä iskeytyvä valoenergia voi alkaa liuottaa selluloosa-asetaattia. Tämä antaa ympäristössä olevien molekyylien, enimmäkseen esteraasien, hyökätä vakavasti selluloosa-asetaatin sidoksiin. Tämä yhdistelmä "hyökkäys" tunnetaan fotokemoderaationa.