Kā pagatavot celulozes acetātu

Celulozes acetāts ir viela, kas, tāpat kā virkne citu cilvēku rūpniecībā izmantotu materiālu, ir jāpateicas celulozei, dabiski sastopamam augos sastopamam polisaharīdam. (Polisaharīds ir ogļhidrātu molekula, ko veido ļoti daudzas atkārtotas cukura vienības; glikogēns, kas ir glikozes uzglabāšanas forma cilvēkiem un citiem dzīvniekiem, ir vēl viens polisaharīds.) Pirmo reizi 1860. gados izstrādātais celulozes acetāts galu galā mainīja kinofilmu industriju. ļaujot saglabāt attēlus uz vielas, kurai nav tendences uzliesmot, kā arī materiāla brālēniem, kuru pamatā ir celulīds, kas filmā bija pirms celulozes acetāta pasaulē.

Kamēr celulozes acetātu plēves ražošanā galu galā nomainīja poliesters, izrādījās, ka tā ir ārkārtīgi universāla viela. Tas ir cieši saistīts ar kokvilnas pārveidošanu un pamatoti, taču tas ir atradis mājvietu arī daudzos citos pielietojumos.

Celuloze ir glikozes molekulu polimērs. Savukārt glikoze - kas ir primārais enerģijas avots dzīvām šūnām neatkarīgi no tā, vai tā tiek uzņemta (kā dzīvniekiem) vai sintezēts (kā augos) - ir sešu oglekļa molekula, kas ietver sešstūri gredzens. Viens no sešiem oglekļiem atrodas virs gredzena un ir pievienots -OH vai hidroksilgrupai; divi ogļūdeņraži pašā gredzenā ir piesaistīti arī hidroksilgrupai. Šīs trīs -OH grupas var viegli reaģēt ar citām molekulām, veidojot ūdeņraža saites.

Pastāv arī citi glikozes polimēri, bet celulozē, ko ražo dažādi augi, atsevišķi glikozes monomēri ir visvairāk izstiepti vai izstiepti. Arī atsevišķas celulozes ķēdes paralēli rindojas blakus, kas veicina ūdeņraža saites starp blakus esošajām ķēdēm un stiprina visu celulozes struktūru. Kokvilnas veida celulozes ķēdes ir tik cieši saistītas un izlīdzinātas, ka ir grūti tās izšķīdināt, izmantojot parastās neagresīvās metodes, piemēram, tikai mitrinot.

Kinofilmu pirmajās dienās, 20. gadsimta sākumā, caur projektoriem uzņemtā filma sastāvēja no nitrocelulozes, kuras nosaukums bija Celluloid. Tāpat kā daudzi ar slāpekli bagāti savienojumi, arī nitroceluloze ir viegli uzliesmojoša, un patiesībā pareizos apstākļos tā var spontāni aizdegties. Projektoru radītā siltuma un acīmredzamās nepieciešamības uzturēt filmu sausu dēļ tas radīja, tā teikt, ugunīgas neveiksmes tieši visnelabvēlīgākajā laikā.

1865. gadā franču ķīmiķis Pols Šutzenbergers atklāja, ka, ja viņš sajauc koksnes celulozi, kas bagāta ar celulozi, ar savienojumu, ko sauc par etiķskābi anhidrīds, pēdējā viela varēja tārpot ceļu starp ar ūdeņradi saistītām celulozes ķēdēm un piesaistīties daudzajām pieejamajām hidroksilgrupām tur. Sākotnēji šī jaunatklātā viela, celulozes acetāts, netika izmantota. Bet pēc 15 gadiem Šveices brāļi Kamils ​​un Anrī Dreifus atklāja šo celulozes acetātu varētu izšķīdināt stiprā šķīdinātājā acetonā un pēc tam pārveidot dažādos veidos savienojumi. Piemēram, kad tas ir samontēts plānās cietās loksnēs, to var izmantot kā plēvi.

Atgādināsim, ka glikozes molekulas ietver trīs hidroksilgrupas, no kurām viena ir piestiprināta pie oglekļa ārpuses sešstūra gredzenos un divas citas izvirzās no paša gredzena. Hidroksilgrupas ūdeņraža atoms, kas, no otras puses, ir piesaistīts skābeklim, kas ir piesaistīts arī ogleklim pusē, to var viegli pārvietot dažas molekulas, kas pēc tam ieņem šo ūdeņraža vietu vecākā glikozē konstruēt. Viena no šīm molekulām ir acetāts.

Acetāts, etiķskābes forma, kas zaudējusi skābo ūdeņradi, ir divu oglekļa savienojums, ko bieži raksta CH₃dūdot^-. Tas nozīmē, ka acetātam ir metilgrupa (CH₃-) grupa vienā galā un karboksilgrupa otrā galā. Karboksilgrupai ir divkārša saite ar vienu skābekli un viena saite ar otru. Tā kā skābeklis var veidot divas saites un nesot negatīvu lādiņu, ja tam ir tikai viena saite, tas ir pie tā skābeklis, ka acetāts kļūst saistīts ar glikozes molekulu, kur iepriekš sēdēja hidroksilgrupa neskarts.

Celulozes acetāts kā parasti lietots termins faktiski attiecas uz celulozes diacetātu, kurā divas no trim pieejamajām hidroksilgrupām katrā glikozes monomērā ir aizstātas ar acetātu. Ja ir pieejams pietiekami daudz acetāta, arī pārējās hidroksilgrupas sāk aizstāt ar acetāta grupām, veidojot celulozes triacetātu.

Etiķskābe, starp citu, ir etiķa aktīvā sastāvdaļa. Turklāt etiķskābes atvasinājums, ko sauc par acetilkoenzīmu A vai acetil CoA, ir galvenā molekula trikarboksilskābes (TCA) ciklā aerobā šūnu elpošanā.

Kā atzīmēts, celulozes acetāts, veidojot filmu, lielā mērā ir aizstāts ar poliestera formu, taču abus ir lielā mērā pasīvi, jo digitālā fotogrāfija un filmogrāfija ir strauji kļuvuši par laikmeta standartu. Celulozes acetāts ir arī cigarešu filtru galvenā sastāvdaļa.

Kad 1900. gadu sākumā lidmašīna ieradās uz skatuves, ķīmiķi drīz atklāja, ka celulozes acetātu var ievietot šahtā materiāls, ko izmanto lidmašīnu virsbūves un spārnu veidošanai, tādējādi padarot tos izturīgākus, nepievienojot daudz papildu svars.

Acetāta audumi, kā tos sauc, ir visur apģērbu pasaulē. Kokvilnas krekli ir viens populārs produkts, kas ietver acetāta materiālu. (Kad uz apģērba etiķetes redzat “acetātu”, faktiski tiek norādīts celulozes acetāts.) Bet agrākais celulozes acetāta lietojums apģērbu rūpniecībā, to faktiski izmantoja kopā ar zīdu, dārgāku ārstēšanu, nekā par pamatu masveidā ražotu, lētu tērps. Šeit to izmantoja, lai palīdzētu uzturēt sarežģītos modeļus, kas bieži redzami zīda materiālos.

Pagājušā gadsimta 40. gados, kad bija iespējams izgatavot caurspīdīgas materiāla formas, celulozes acetāts atrada māju ASV Aizsardzības departaments, kas to izmantoja, lai izgatavotu lidmašīnu logus un acis aizsedzošās gāzes daļas maskas. Mūsdienās to izmanto dažādās plastmasās un tā joprojām ir izplatīta alternatīva stikla logiem, lai gan šajā ziņā akrils to lielā mērā ir aizstājis.

Celulozes acetāta produkti pēc definīcijas ir izgatavoti tā, lai pretotos visu veidu noārdīšanās procesiem, īpaši ķīmiskai noārdīšanās procesam. Tas nozīmē, ka, domājot par bioloģiski noārdāmo produktu sarakstu, vajadzētu sēdēt visam, kas izgatavots ar celulozes acetātu jūsu garīgā saraksta apakšdaļā, jo šie produkti vidē saglabājas ilgu laiku, kādā tie kļūst metiens. (Apsveriet, cik cigarešu izsmēķu jūs, iespējams, redzējāt, kad pēdējo reizi pastaigājāties pa tipisku ceļa daļu. Diemžēl tās nav pietiekami lielas, a la pudeles un kannas, lai tās varētu pamanīt un paņemt pakaišu brigādes, taču tās ir pietiekami visuresošas, lai tās parādītu kā kolektīvu acu skatu.)

Kad celulozes acetāta izstrādājumi pietiekami ilgi sēž saulē, gaismas enerģija, kas viņiem iedarbojas, var sākt izšķīdināt celulozes acetātu. Tas ļauj vidē esošajām molekulām, galvenokārt esterāzēm, nopietni uzbrukt celulozes acetāta saitēm. Šis kombinētais "uzbrukums" ir pazīstams kā fotoķīmiskā noārdīšanās.