Hogyan készítsünk cellulóz-acetátot

A cellulóz-acetát olyan anyag, amely számos más, az emberi iparban használt anyaghoz hasonlóan létét a növényekben található természetes úton előforduló poliszacharidnak, a cellulóznak köszönheti. (A poliszacharid egy szénhidrátmolekula, amely nagyon sok ismétlődő cukoregységből áll; A glikogén, a glükóz emberben és más állatokban tároló formája, egy másik poliszacharid.) Először az 1860-as években fejlesztették ki, a cellulóz-acetát végül megváltoztatta a mozgóképipart: képeket lehet tárolni olyan anyagon, amely nem hajlamos lángra lobbanni, csakúgy, mint a cellulóz-acetátot megelőző anyag celluloid alapú unokatestvérei a filmben világ.

Míg a cellulóz-acetátot a filmkészítés során végül poliészter váltotta fel, kiderült, hogy rendkívül sokoldalú anyag. Erősen kapcsolódik a pamut módosításához és helyesen, de számos más alkalmazásban is otthont talált.

A cellulóz a glükóz molekulák polimerje. Viszont a glükóz - amely az élő sejtek elsődleges energiaforrása, függetlenül attól, hogy lenyelik-e (mint az állatoknál) vagy szintetizált (mint a növényekben) - egy hatszénes molekula, amely hatszöget tartalmaz gyűrű. A hat szénatom közül az egyik a gyűrű felett fekszik, és egy -OH vagy hidroxil csoporthoz kapcsolódik; magában a gyűrűben lévő két szénatom szintén egy hidroxilcsoporthoz kapcsolódik. Ez a három -OH csoport könnyen reakcióba léphet más molekulákkal hidrogénkötéseket képezve.

Más glükózpolimerek léteznek, de a cellulózban, amelyet különféle növények állítanak elő, az egyes glükózmonomerek a leghosszabbak vagy kinyújtottak. Ezenkívül az egyes cellulózláncok párhuzamosan sorakoznak egymás mellett, ami ösztönzi a szomszédos láncok közötti hidrogénkötéseket és megerősíti a teljes cellulózszerkezetet. A pamut típusú cellulózban a láncok olyan szorosan kötődnek és illeszkednek, hogy nehéz feloldani őket hagyományos, nem agresszív módszerekkel, például pusztán nedvesítéssel.

A mozgóképek korai szakaszában, a 20. század elején a kivetítőkön keresztül futó film nitrocellulózból állt, amely Celluloid márkanéven szerepelt. Mint sok nitrogénben gazdag vegyület, a nitrocellulóz is nagyon éghető, és megfelelő körülmények között spontán lángra is gyulladhat. A vetítők által termelt hő és a film szárazon tartásának nyilvánvaló igénye miatt ez úgyszólván a tüzes balesetek színterét jelentette a legkevésbé alkalmas időpontokban.

Még 1865-ben egy francia kémikus, Paul Schützenberger fedezte fel, hogy ha cellulózban gazdag fapépet kever az ecetsav nevű vegyülettel anhidrid, ez utóbbi anyag képes volt féreghajtani a hidrogénhez kötött cellulózláncok között, és csatlakozni a rendelkezésre álló sok hidroxilcsoporthoz ott. Kezdetben ezt az új alapanyagot, a cellulóz-acetátot nem használták fel. De 15 évvel később a svájci testvérek, Camille és Henri Dreyfus felfedezték a cellulóz-acetátot oldhatjuk az erős oldószerben acetonban, majd újra sokféle formává alakíthatjuk vegyületek. Például, ha vékony szilárd lapokká állítják össze, filmként felhasználható.

Emlékezzünk vissza arra, hogy a glükózmolekulák három hidroxilcsoportot tartalmaznak, amelyek közül az egyik a hatszögletű gyűrűkön kívüli szénhez kapcsolódik, kettő pedig maga a gyűrűből nyúlik ki. A hidroxilcsoport hidrogénatomja, amely kapcsolódik az oxigénhez, amely másrészt a szénhez is kapcsolódik oldalon bizonyos molekulák könnyen kiszoríthatják, amelyek aztán felveszik a hidrogén foltját az alapglükózban konstrukció. Ezen molekulák egyike az acetát.

Az acetát, az ecetsav formája, amely elvesztette savas hidrogénjét, két szénatomos vegyület, amelyet gyakran CH-nek írnak₃TURBÉKOL^-. Ez azt jelenti, hogy az acetát metilcsoporttal rendelkezik (CH₃-) egyik végén egy csoport, a másik végén pedig egy karboxilcsoport. A karboxilcsoport kettős kötéssel rendelkezik az egyik oxigénnel, és egyszeres kötéssel rendelkezik a másikkal. Mivel az oxigén két kötést alkothat és negatív töltést hordoz, ha csak egy kötése van, akkor ebben van oxigént, hogy az acetát kötődik a glükózmolekulához, ahol egy hidroxilcsoport korábban ült ép.

A cellulóz-acetát, mivel ezt a kifejezést általában használják, valójában a cellulóz-diacetátra vonatkozik, amelyben az egyes glükóz-monomerekben a három rendelkezésre álló hidroxilcsoport közül kettőt acetáttal helyettesítenek. Ha elegendő mennyiségű acetát áll rendelkezésre, a fennmaradó hidroxilcsoportokat is elkezdik helyettesíteni acetátcsoportok, így cellulóz-triacetát képződik.

Az ecetsav egyébként az ecet hatóanyaga. Ezenkívül az acetil-koenzim A vagy az acetil-CoA nevű ecetsav-származék kulcsmolekula a trikarbonsav (TCA) ciklusában az aerob sejtlégzésben.

Amint megjegyeztük, a cellulóz-acetátot a film készítésénél jórészt a poliészter egy formája váltotta fel, de mindkettő nagyrészt passzenek most, amikor a digitális fényképezés és a filmográfia gyorsan az idők színvonalává vált. A cellulóz-acetát a cigarettaszűrők fő alkotóeleme is.

Amikor az 1900-as évek elején a repülőgépek színre léptek, a kémikusok hamarosan megállapították, hogy cellulóz-acetátot lehet a rétegbe rakni anyag, amelyet a repülőgépek testének és szárnyainak kialakításához használnak, és ezáltal szilárdabbá teszik, anélkül, hogy rengeteg extrát adnának hozzá súly.

Az acetát szövetek, ahogy nevezik, mindenütt megtalálhatók a ruházati világban. A pamutingek egy népszerű termék, amely acetát anyagot tartalmaz. (Ha az acetátot látja a ruhacímkén, akkor a cellulóz-acetát valójában szerepel.) De a cellulóz-acetát legkorábbi ruhaiparban valójában a selyemmel, drágább csemegével együtt használták, mint a tömegesen gyártott, olcsó viselet. Itt a selyemanyagokban gyakran előforduló bonyolult minták fenntartásához használták.

Az 1940-es években, amikor átlátszó formákat lehetett készíteni az anyagból, a cellulóz-acetát otthonra talált az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma, amely repülőgépablakok és szemfedő gázrészek készítésére használta fel maszkok. Ma különféle műanyagokban használják, és továbbra is az üvegablakok általános alternatívája, bár ebben a tekintetben az akril nagyrészt kiszorította.

A cellulóz-acetát termékeket definíció szerint úgy állítják elő, hogy ellenálljanak minden típusú lebomlásnak, különösen a kémiai lebomlásnak. Ez azt jelenti, hogy ha a „biológiailag lebomló” termékek listájára gondol, a cellulóz-acetáttal készített bárkinek le kell ülnie a mentális listád alja, mert ezek a termékek hosszú ideig fennmaradnak a környezetben, ameddig válnak szemét. (Vegye figyelembe a cigarettacsikkek számát, amelyeket valószínűleg akkor látott, amikor utoljára sétált egy tipikus úttesten. Sajnos ezek nem elég nagyok, a la palackok és kannák, hogy az alomszemélyzet észrevehesse és felvehesse őket, de eléggé mindenütt jelen vannak ahhoz, hogy kollektív szemfülesként jelenjenek meg.)

Amikor a cellulóz-acetát-termékek elég sokáig ülnek a napon, az őket érő fényenergia elkezdheti oldani a cellulóz-acetátot. Ez lehetővé teszi a környezetben lévő molekulák, főleg észterázok számára, hogy komolyan megtámadják a cellulóz-acetát kötéseit. Ezt a kombinációs "támadást" fotokemodegradációnak nevezik.