Come fare l'acetato di cellulosa?

L'acetato di cellulosa è una sostanza che, come molti altri materiali utilizzati nell'industria umana, deve la sua esistenza alla cellulosa, un polisaccaride presente in natura nelle piante. (Un polisaccaride è una molecola di carboidrati costituita da un gran numero di unità di zucchero che si ripetono; il glicogeno, una forma di stoccaggio del glucosio negli esseri umani e in altri animali, è un altro polisaccaride.) Sviluppato per la prima volta nel 1860, l'acetato di cellulosa alla fine ha cambiato l'industria cinematografica consentendo di memorizzare immagini su una sostanza che non aveva la tendenza a prendere fuoco, come hanno fatto i cugini a base di celluloide del materiale che precedette l'acetato di cellulosa nella pellicola mondo.

Mentre l'acetato di cellulosa è stato infine sostituito dal poliestere nella realizzazione del film, si è rivelato una sostanza estremamente versatile. È fortemente associato alla modifica del cotone, e giustamente, ma ha trovato casa anche in una serie di altre applicazioni.

La cellulosa è un polimero di molecole di glucosio. A sua volta, il glucosio – che è la fonte primaria di energia per le cellule viventi se viene ingerito (come negli animali) o sintetizzata (come nelle piante) - è una molecola a sei atomi di carbonio che include un esagonale squillare. Uno dei sei atomi di carbonio si trova sopra l'anello ed è attaccato a un gruppo -OH, o ossidrile; due dei carboni all'interno dell'anello stesso sono anche attaccati a un gruppo ossidrile. Questi tre gruppi -OH possono reagire prontamente con altre molecole per formare legami idrogeno.

Esistono altri polimeri del glucosio, ma nella cellulosa, che è prodotta da una varietà di piante, i singoli monomeri di glucosio sono i più estesi, o allungati. Inoltre, le singole catene di cellulosa si allineano l'una accanto all'altra in parallelo, il che incoraggia i legami idrogeno tra catene adiacenti e rafforza l'intera struttura della cellulosa. Nel tipo di cellulosa di cotone, le catene sono così strettamente legate e allineate che è difficile dissolverle usando metodi convenzionali non aggressivi, come semplicemente bagnarle.

Agli albori del cinema, all'inizio del XX secolo, il film trasmesso attraverso i proiettori era costituito da nitrocellulosa, che veniva chiamata Celluloid. Come molti composti ricchi di azoto, la nitrocellulosa è altamente combustibile, e infatti può prendere fuoco spontaneamente nelle giuste condizioni. A causa del calore generato dai proiettori e dell'ovvia necessità di mantenere il film asciutto, questo ha preparato il terreno, per così dire, a infuocate disavventure proprio nei momenti meno opportuni.

Già nel 1865, un chimico francese, Paul Schützenberger, scoprì che se mescolava la polpa di legno, che è ricca di cellulosa, con un composto chiamato acetico anidride, quest'ultima sostanza è stata in grado di infilarsi tra le catene di cellulosa legate all'idrogeno e di attaccarsi ai numerosi gruppi ossidrilici disponibili Là. Inizialmente, questa nuova sostanza, l'acetato di cellulosa, non è stata utilizzata in alcun modo. Ma 15 anni dopo, i fratelli svizzeri Camille e Henri Dreyfus scoprirono che l'acetato di cellulosa potrebbe essere sciolto nel forte solvente acetone e quindi riformato in una varietà di differenti composti. Ad esempio, quando viene assemblato in fogli solidi sottili, può essere utilizzato come pellicola.

Ricordiamo che le molecole di glucosio comprendono tre gruppi ossidrilici, uno dei quali attaccato al carbonio esterno agli anelli esagonali e altri due che sporgono dall'anello stesso. L'atomo di idrogeno del gruppo ossidrile, che è attaccato all'ossigeno che è anche attaccato al carbonio dall'altro lato, può essere facilmente spostato da alcune molecole che poi prendono il posto dell'idrogeno nel glucosio genitore costruire. Una di queste molecole è l'acetato.

L'acetato, la forma di acido acetico che ha perso il suo idrogeno acido, è un composto a due atomi di carbonio spesso scritto CH₃COO^-. Ciò implica che l'acetato ha un metile (CH₃-) gruppo ad un'estremità e un gruppo carbossilico all'altra estremità. Un gruppo carbossilico ha un doppio legame con un ossigeno e un singolo legame con l'altro. Poiché l'ossigeno può formare due legami e porta una carica negativa quando ha un solo legame, è a questo ossigeno che l'acetato si lega alla molecola di glucosio dove precedentemente sedeva un gruppo ossidrile intatto.

Acetato di cellulosa come il termine è comunemente usato si riferisce in realtà al diacetato di cellulosa, in cui due dei tre gruppi idrossilici disponibili in ciascun monomero di glucosio sono stati sostituiti da acetato. Se è disponibile una quantità sufficiente di acetato, anche i restanti gruppi idrossilici iniziano a essere sostituiti da gruppi acetato, formando triacetato di cellulosa.

L'acido acetico, tra l'altro, è l'ingrediente attivo dell'aceto. Inoltre, un derivato dell'acido acetico chiamato acetil coenzima A, o acetil CoA, è una molecola chiave nel ciclo dell'acido tricarbossilico (TCA) nella respirazione cellulare aerobica.

Come notato, l'acetato di cellulosa è stato ampiamente sostituito da una forma di poliestere nella realizzazione del film, ma entrambi sono in gran parte superate ora che la fotografia digitale e la filmografia sono rapidamente diventate lo standard dei tempi. L'acetato di cellulosa è anche un componente importante dei filtri per sigarette.

Quando gli aerei apparvero sulla scena all'inizio del 1900, i chimici scoprirono presto che l'acetato di cellulosa poteva essere stratificato nel materiale utilizzato per formare i corpi e le ali degli aeroplani e quindi renderli più robusti senza aggiungere molti extra peso.

I tessuti in acetato, come vengono chiamati, sono ovunque nel mondo dell'abbigliamento. Le camicie di cotone sono un prodotto popolare che include materiale in acetato. (Quando vedi "acetato" su un'etichetta di vestiti, ciò che viene effettivamente elencato è acetato di cellulosa.) Ma nei primi usi dell'acetato di cellulosa in nell'industria dell'abbigliamento, veniva effettivamente utilizzato in combinazione con la seta, un trattamento più costoso, che come base per prodotti in serie, economici abbigliamento. Qui, è stato usato per aiutare a mantenere gli intricati modelli spesso visti nei materiali di seta.

Negli anni '40, quando era possibile realizzare forme trasparenti del materiale, l'acetato di cellulosa trovò casa in il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, che lo ha utilizzato per realizzare i finestrini degli aerei e le porzioni di gas che coprono gli occhi maschere. Oggi è utilizzato in varie plastiche e rimane un'alternativa comune alle finestre di vetro, sebbene sia stato ampiamente soppiantato dall'acrilico in questo senso.

I prodotti in acetato di cellulosa sono per definizione fatti per resistere alla degradazione di tutti i tipi, e in particolare alla degradazione chimica. Ciò significa che quando si pensa a un elenco di prodotti "biodegradabili", qualsiasi cosa fatta con acetato di cellulosa dovrebbe sedersi a in fondo alla tua lista mentale, perché questi prodotti persistono nell'ambiente per lunghi periodi in cui diventano rifiuti. (Considera il numero di mozziconi di sigaretta che probabilmente hai visto l'ultima volta che hai fatto una passeggiata lungo una tipica carreggiata. Sfortunatamente, questi non sono abbastanza grandi, à la bottiglie e lattine, per essere individuati e raccolti dagli equipaggi dei rifiuti, ma sono abbastanza onnipresenti da presentare come un pugno nell'occhio collettivo.)

Quando i prodotti di acetato di cellulosa siedono al sole abbastanza a lungo, l'energia luminosa che li colpisce può iniziare a dissolvere l'acetato di cellulosa. Ciò consente alle molecole nell'ambiente, principalmente esterasi, di attaccare seriamente i legami nell'acetato di cellulosa. Questa combinazione di "attacco" è nota come fotochemodegradazione.