Celulozni acetat tvar je koja, poput niza drugih materijala koji se koriste u ljudskoj industriji, svoje postojanje duguje celulozi, polisaharidu koji se prirodno nalazi u biljkama. (Polisaharid je molekula ugljikohidrata koja se sastoji od velikog broja ponavljajućih jedinica šećera; glikogen, oblik čuvanja glukoze kod ljudi i drugih životinja, još je jedan polisaharid.) Prvi put razvijen 1860-ih, celulozni acetat na kraju je promijenio industriju filma omogućujući pohranjivanje slika na tvari koja nije imala tendenciju plamena, kao i rođaci na bazi celuloida materijala koji je prethodio celuloznom acetatu u filmu svijet.
Iako je tijekom stvaranja filma acetat celuloze na kraju zamijenjen poliesterom, pokazalo se da je to izuzetno svestrana tvar. Snažno je povezan s modifikacijom pamuka i s pravom, ali pronašao je dom i u brojnim drugim primjenama.
Što je celuloza?
Celuloza je polimer molekula glukoze. Zauzvrat, glukoza - koja je primarni izvor energije za žive stanice bilo da se unosi (kao u životinja) ili sintetiziran (kao u biljkama) - je molekula sa šest ugljika koja uključuje heksagonal prsten. Jedan od šest ugljika leži iznad prstena i vezan je za -OH, ili hidroksilnu skupinu; dva ugljika unutar samog prstena također su vezana za hidroksilnu skupinu. Te tri -OH skupine mogu lako reagirati s drugim molekulama da bi stvorile vodikove veze.
Postoje i drugi polimeri glukoze, ali u celulozi, koju stvaraju razne biljke, pojedinačni monomeri glukoze su najrasprostranjeniji ili najrastegnutiji. Također, pojedinačni celulozni lanci paralelno se nižu jedan do drugog, što potiče vodikove veze između susjednih lanaca i jača cijelu strukturu celuloze. U tipu pamučne celuloze lanci su toliko čvrsto povezani i poravnati da ih je teško otopiti uobičajenim neagresivnim metodama, poput pukog vlaženja.
Povijest derivata celuloze
U prvim danima filmskih filmova, početkom 20. stoljeća, film koji je prolazio kroz projektore sastojao se od nitroceluloze, koja je nosila trgovački naziv Celluloid. Kao i mnogi spojevi bogati dušikom, i nitroceluloza je vrlo zapaljiva i zapravo se može spontano zapaliti pod pravim uvjetima. Zbog topline koju stvaraju projektori i očite potrebe da film ostane suh, ovo je pripremilo pozornicu, da tako kažem, za vatrene nezgode upravo u najmanju priliku.
Davne 1865. godine francuski je kemičar Paul Schützenberger otkrio da ako miješa drvnu pulpu, bogatu celulozom, sa spojem nazvanim octenom anhidrid, potonja tvar se uspjela provući između celuloznih lanaca vezanih vodikom i vezati se za brojne dostupne hidroksilne skupine tamo. U početku se ta novootkrivena tvar, celulozni acetat, nije koristila. No, 15 godina kasnije, švicarska braća Camille i Henri Dreyfus otkrili su taj acetat celuloze mogu se otopiti u jakom otapalu acetonu i zatim ponovno oblikovati u niz različitih spojevi. Na primjer, kada je sastavljen u tanke čvrste listove, može se koristiti kao film.
Struktura celuloznog acetata
Podsjetimo da molekule glukoze uključuju tri hidroksilne skupine, od kojih je jedna pričvršćena na ugljik izvan šesterokutnih prstenova, a dvije druge izlaze iz samog prstena. Atom vodika hidroksilne skupine, koji je vezan za kisik koji je s druge strane također vezan za ugljik strane, mogu se lako istisnuti pomoću određenih molekula koje tada zauzimaju to mjesto vodika u matičnoj glukozi konstruirati. Jedna od tih molekula je acetat.
Acetat, oblik octene kiseline koji je izgubio kiseli vodik, spoj je s dva ugljika koji se često piše CH3GUGUTATI-. To implicira da acetat ima metil (CH3-) skupina na jednom kraju i karboksilna skupina na drugom kraju. Karboksilna skupina ima dvostruku vezu s jednim kisikom, a jednostruku vezu s drugom. Budući da kisik može stvoriti dvije veze i nosi negativni naboj kad ima samo jednu vezu, to je upravo to kisika kojim se acetat veže na molekulu glukoze na mjestu gdje je prethodno sjedila hidroksilna skupina netaknut.
Celulozni acetat, kako se izraz često koristi, zapravo se odnosi na celulozni diacetat, u kojem su dvije od tri dostupne hidroksilne skupine u svakom monomeru glukoze zamijenjene acetatom. Ako se stavi na raspolaganje dovoljno acetata, preostale hidroksilne skupine također počinju zamjenjivati acetatne skupine, tvoreći celulozni triacetat.
Octena je kiselina, inače, aktivni sastojak octa. Uz to, derivat octene kiseline nazvan acetil koenzim A ili acetil CoA ključna je molekula u ciklusu trikarboksilne kiseline (TCA) u aerobnom staničnom disanju.
Upotreba celuloznog acetata
Kao što je napomenuto, celulozni acetat je u velikom dijelu zamijenjen oblikom poliestera pri stvaranju filma, ali oboje uglavnom su prošli sada kada su digitalna fotografija i filmografija brzo postali standard vremena. Celulozni acetat je također glavna komponenta filtera za cigarete.
Kad su se zrakoplovi pojavili na sceni početkom 1900-ih, kemičari su ubrzo ustanovili da se acetat celuloze može slojiti u materijal koji se koristi za oblikovanje tijela i krila zrakoplova i time ih čini čvršćima bez dodavanja puno dodatnog težina.
Acetatne tkanine, kako ih nazivaju, ima svugdje u svijetu odjeće. Pamučne košulje jedan su od popularnih proizvoda koji uključuje acetatni materijal. (Kada na naljepnici s odjećom vidite "acetat", na popisu je zapravo celulozni acetat.) Ali u najranijim primjenama celuloznog acetata odjevne industrije, zapravo se koristio zajedno sa svilom, skupljom poslasticom, nego kao osnova za masovnu, jeftinu odjeća. Ovdje se koristio za održavanje zamršenih uzoraka koji se često vide u svilenim materijalima.
Četrdesetih godina prošlog stoljeća, kada je bilo moguće izraditi prozirne oblike materijala, celulozni acetat je pronašao svoj dom američko Ministarstvo obrane, koje ga je koristilo za izradu prozora zrakoplova i dijelova plina koji pokrivaju oči maske. Danas se koristi u raznim plastikama i ostaje uobičajena alternativa staklenim prozorima, iako ga je u tom pogledu u velikoj mjeri zamijenio akril.
Celulozni acetat i okoliš
Proizvodi celuloznog acetata po definiciji su napravljeni da se odupru razgradnji svih vrsta, a posebno kemijskoj razgradnji. To znači da kad razmišljate o popisu "biorazgradivih" proizvoda, trebalo bi sjesti sve što je napravljeno s celuloznim acetatom dno vašeg mentalnog popisa, jer ti proizvodi traju dugo u okruženju u kojem postaju nosila. (Uzmite u obzir broj opušaka koje ste vjerojatno vidjeli kad ste zadnji put šetali tipičnim kolnikom. Nažalost, ove vrste nisu dovoljno velike, boce i limenke od la-ga, da ih posade mogu uočiti i pokupiti, ali dovoljno su sveprisutne da bi se mogle predstaviti kao kolektivna bol oko očiju.)
Kad proizvodi od celuloznog acetata sjede na suncu dovoljno dugo, svjetlosna energija koja ih udari može početi otapati celulozni acetat. To omogućuje molekulama u okolišu, uglavnom esterazama, da ozbiljno napadaju veze u celuloznom acetatu. Ova kombinacija "napada" poznata je pod nazivom fotokemodegradacija.