L'acétate de cellulose est une substance qui, comme un certain nombre d'autres matériaux utilisés dans l'industrie humaine, doit son existence à la cellulose, un polysaccharide naturellement présent dans les plantes. (Un polysaccharide est une molécule d'hydrate de carbone constituée d'un grand nombre d'unités de sucre répétées; le glycogène, une forme de stockage du glucose chez l'homme et d'autres animaux, est un autre polysaccharide.) Développé pour la première fois dans les années 1860, l'acétate de cellulose a finalement changé l'industrie cinématographique en permettant de stocker des images sur une substance qui n'avait pas tendance à s'enflammer, comme l'ont fait les cousins à base de celluloïde du matériau qui a précédé l'acétate de cellulose dans le film monde.
Alors que l'acétate de cellulose a finalement été remplacé par du polyester dans la fabrication de films, il s'est avéré être une substance extrêmement polyvalente. Il est fortement associé à la modification du coton et à juste titre, mais il a également trouvé sa place dans un certain nombre d'autres applications.
Qu'est-ce que la cellulose ?
La cellulose est un polymère de molécules de glucose. À son tour, le glucose - qui est la principale source d'énergie pour les cellules vivantes, qu'il soit ingéré (comme chez les animaux) ou synthétisé (comme chez les plantes) - est une molécule à six carbones qui comprend un hexagone bague. L'un des six carbones se trouve au-dessus du cycle et est attaché à un groupe -OH ou hydroxyle; deux des carbones dans le cycle lui-même sont également attachés à un groupe hydroxyle. Ces trois groupes -OH peuvent facilement réagir avec d'autres molécules pour former des liaisons hydrogène.
D'autres polymères de glucose existent, mais dans la cellulose, qui est fabriquée par diverses plantes, les monomères de glucose individuels sont les plus étendus ou étirés. De plus, les chaînes de cellulose individuelles s'alignent les unes à côté des autres en parallèle, ce qui encourage les liaisons hydrogène entre les chaînes adjacentes et renforce l'ensemble de la structure de la cellulose. Dans la cellulose de type coton, les chaînes sont si étroitement liées et alignées qu'il est difficile de les dissoudre en utilisant des méthodes conventionnelles non agressives, telles que simplement les mouiller.
Histoire des dérivés de la cellulose
Au début du cinéma, au début du 20e siècle, le film projeté dans les projecteurs était composé de nitrocellulose, qui portait le nom commercial de Celluloid. Comme beaucoup de composés riches en azote, la nitrocellulose est hautement combustible et peut en fait s'enflammer spontanément dans les bonnes conditions. En raison de la chaleur générée par les projecteurs et de la nécessité évidente de garder le film au sec, cela a préparé le terrain, pour ainsi dire, à des mésaventures enflammées précisément aux moments les moins opportuns.
En 1865, un chimiste français, Paul Schützenberger, a découvert que s'il mélangeait de la pâte de bois, riche en cellulose, avec un composé appelé acétique anhydride, cette dernière substance a pu se faufiler entre les chaînes cellulosiques à liaison hydrogène et se fixer aux nombreux groupes hydroxyle disponibles là. Initialement, cette nouvelle substance, l'acétate de cellulose, n'était pas utilisée. Mais 15 ans plus tard, les frères suisses Camille et Henri Dreyfus ont découvert que l'acétate de cellulose pourrait être dissous dans le solvant fort acétone, puis reformé en une variété de différents composés. Par exemple, lorsqu'il est assemblé en feuilles solides minces, il peut être utilisé comme film.
Structure d'acétate de cellulose
Rappelons que les molécules de glucose comprennent trois groupes hydroxyle, l'un d'entre eux attaché au carbone extérieur aux anneaux hexagonaux et deux autres faisant saillie de l'anneau lui-même. L'atome d'hydrogène du groupe hydroxyle, qui est attaché à l'oxygène qui est également attaché au carbone de l'autre côté, peut être facilement déplacé par certaines molécules qui prennent alors la place de cet hydrogène dans le glucose parent construction. L'une de ces molécules est l'acétate.
L'acétate, la forme de l'acide acétique qui a perdu son hydrogène acide, est un composé à deux carbones souvent écrit CH3ROUCOULER-. Cela implique que l'acétate a un méthyle (CH3-) à une extrémité et un groupe carboxyle à l'autre extrémité. Un groupe carboxyle a une double liaison avec un oxygène et une simple liaison avec l'autre. Étant donné que l'oxygène peut former deux liaisons et porte une charge négative lorsqu'il n'a qu'une seule liaison, c'est à ce l'oxygène que l'acétate se lie à la molécule de glucose où un groupe hydroxyle était auparavant assis intact.
L'acétate de cellulose, tel que le terme est couramment utilisé, fait en réalité référence au diacétate de cellulose, dans lequel deux des trois groupes hydroxyle disponibles dans chaque monomère de glucose ont été remplacés par de l'acétate. Si suffisamment d'acétate est disponible, les groupes hydroxyle restants commencent également à être remplacés par des groupes acétate, formant du triacétate de cellulose.
Soit dit en passant, l'acide acétique est l'ingrédient actif du vinaigre. De plus, un dérivé de l'acide acétique appelé acétyl coenzyme A, ou acétyl CoA, est une molécule clé dans le cycle de l'acide tricarboxylique (TCA) dans la respiration cellulaire aérobie.
Utilisations de l'acétate de cellulose
Comme indiqué, l'acétate de cellulose a été largement remplacé par une forme de polyester dans la fabrication de films, mais les deux sont largement dépassés maintenant que la photographie numérique et la filmographie sont rapidement devenues la norme de l'époque. L'acétate de cellulose est également un composant majeur des filtres à cigarettes.
Lorsque les avions sont arrivés sur les lieux au début des années 1900, les chimistes ont rapidement découvert que l'acétate de cellulose pouvait être superposé dans le matériau utilisé pour former les corps et les ailes des avions et les rendre ainsi plus robustes sans ajouter beaucoup de supplément poids.
Les tissus en acétate, comme on les appelle, sont partout dans le monde de l'habillement. Les chemises en coton sont un produit populaire qui comprend un matériau en acétate. (Lorsque vous voyez « acétate » sur une étiquette de vêtements, ce qui est en fait répertorié est l'acétate de cellulose.) Mais dans les premières utilisations de l'acétate de cellulose dans l'industrie du vêtement, il était en fait utilisé en conjonction avec la soie, un régal plus cher, que comme base pour la production en série, peu coûteuse tenue. Ici, il a été utilisé pour aider à maintenir les motifs complexes souvent observés dans les matériaux en soie.
Dans les années 1940, lorsqu'il était possible de faire des formes transparentes du matériau, l'acétate de cellulose a trouvé sa place dans le département américain de la Défense, qui l'a utilisé pour fabriquer des hublots d'avions et des portions de gaz couvrant les yeux masques. Aujourd'hui, il est utilisé dans divers plastiques et reste une alternative courante aux fenêtres en verre, bien qu'il ait été largement supplanté par l'acrylique à cet égard.
L'acétate de cellulose et l'environnement
Les produits en acétate de cellulose sont par définition conçus pour résister à la dégradation de tous types, et en particulier à la dégradation chimique. Cela signifie que lorsque vous pensez à une liste de produits « biodégradables », tout ce qui est fabriqué avec de l'acétate de cellulose devrait se situer à le bas de votre liste mentale, car ces produits persistent dans l'environnement pendant de longues périodes au cours desquelles ils deviennent litière. (Considérez le nombre de mégots de cigarettes que vous avez probablement vus la dernière fois que vous vous êtes promené le long d'une route typique. Malheureusement, ceux-ci ne sont pas assez gros, à la manière des bouteilles et des canettes, pour être repérés et ramassés par les équipes de détritus, mais ils sont suffisamment omniprésents pour être présentés comme une horreur collective.)
Lorsque les produits en acétate de cellulose restent suffisamment longtemps au soleil, l'énergie lumineuse qui les frappe peut commencer à dissoudre l'acétate de cellulose. Cela permet aux molécules de l'environnement, principalement des estérases, d'attaquer sérieusement les liaisons de l'acétate de cellulose. Cette combinaison « attaque » est connue sous le nom de photochimiodégradation.