Hvordan lage celluloseacetat

Celluloseacetat er et stoff som, i likhet med en rekke andre materialer som brukes i menneskelig industri, skylder sin eksistens til cellulose, et naturlig forekommende polysakkarid som finnes i planter. (Et polysakkarid er et karbohydratmolekyl som består av mange gjentatte sukkerenheter; glykogen, en lagringsform for glukose hos mennesker og andre dyr, er et annet polysakkarid.) Først utviklet på 1860-tallet, endret celluloseacetat til slutt filmindustrien ved gjør det mulig å lagre bilder på et stoff som ikke hadde en tendens til å briste i flammer, i likhet med celluloidebaserte fettere av materialet som foregikk celluloseacetat i filmen verden.

Mens celluloseacetat til slutt ble erstattet av polyester i filmfremstillingen, viste det seg å være et ekstremt allsidig stoff. Det er sterkt forbundet med modifisering av bomull og med rette, men det har også funnet et hjem i en rekke andre applikasjoner.

Cellulose er en polymer av glukosemolekyler. I sin tur glukose - som er den primære energikilden for levende celler, enten den inntas (som hos dyr) eller syntetisert (som i planter) - er et seks-karbonmolekyl som inkluderer et sekskantet ringe. Ett av de seks karbonene ligger over ringen og er festet til en -OH-, eller hydroksylgruppe; to av karbonene i selve ringen er også festet til en hydroksylgruppe. Disse tre -OH-gruppene kan lett reagere med andre molekyler for å danne hydrogenbindinger.

Andre polymerer av glukose eksisterer, men i cellulose, som er laget av en rekke planter, er de individuelle glukosemonomerene de mest utvidede, eller strukket ut. Også individuelle cellulosekjeder stiller seg parallelt opp ved siden av hverandre, noe som oppfordrer hydrogenbindinger mellom tilstøtende kjeder og styrker hele cellulosestrukturen. I bomullstypen cellulose er kjedene så tett bundet og justert at det er vanskelig å oppløse dem ved bruk av konvensjonelle ikke-aggressive metoder, for eksempel bare å bli våte.

I begynnelsen av filmene, i begynnelsen av 1900-tallet, besto filmen gjennom projektorer av nitrocellulose, som gikk under handelsnavnet Celluloid. I likhet med mange nitrogenrike forbindelser er nitrocellulose svært brennbar, og kan faktisk ta fyr på seg spontant under de rette forholdene. På grunn av varmen som genereres av projektorer og det åpenbare behovet for å holde filmen tørr, satte dette scenen, for å si det sånn, for brennende uhell på akkurat de minst passende tidspunktene.

Tilbake i 1865 oppdaget en fransk kjemiker, Paul Schützenberger, at hvis han blandet tremasse, som er rik på cellulose, med en forbindelse kalt eddik anhydrid, var sistnevnte stoff i stand til å snekke seg mellom de hydrogenbundne cellulosekjedene og feste seg til de mange tilgjengelige hydroksylgruppene der. Opprinnelig ble ikke dette nyfunnede stoffet, celluloseacetat, brukt. Men 15 år senere oppdaget de sveitsiske brødrene Camille og Henri Dreyfus at celluloseacetat kan oppløses i det sterke løsningsmiddelet aceton og deretter formes til en rekke forskjellige forbindelser. For eksempel, når den er satt sammen i tynne faste ark, kan den brukes som film.

Husk at glukosemolekyler inkluderer tre hydroksylgrupper, en av dem festet til karbonet utvendig til de sekskantede ringene og to andre som stikker ut fra selve ringen. Hydrogenatomet i hydroksylgruppen, som er festet til oksygenet som også er festet til karbon på den andre siden, kan lett fortrenges av visse molekyler som deretter tar hydrogenets flekk i moderglukosen konstruere. Ett av disse molekylene er acetat.

Acetat, formen av eddiksyre som har mistet sitt sure hydrogen, er en to-karbonforbindelse som ofte er skrevet CH₃COO^-. Dette innebærer at acetat har en metyl (CH₃-) gruppe i den ene enden og en karboksylgruppe i den andre enden. En karboksylgruppe har en dobbeltbinding med det ene oksygenet og en enkeltbinding med det andre. Siden oksygen kan danne to bindinger og har en negativ ladning når det bare har en binding, er det på dette oksygen at acetatet blir bundet til glukosemolekylet der en hydroksylgruppe tidligere satt intakt.

Celluloseacetat som begrepet er ofte brukt refererer faktisk til cellulosediacetat, hvor to av de tre tilgjengelige hydroksylgruppene i hver glukosemonomer er blitt erstattet av acetat. Hvis nok acetat blir gjort tilgjengelig, begynner også de gjenværende hydroksylgruppene å bli erstattet av acetatgrupper, og danner cellulosetriacetat.

Eddiksyre er for øvrig den aktive ingrediensen i eddik. I tillegg er et eddiksyrerivat kalt acetylkoenzym A, eller acetyl CoA, et nøkkelmolekyl i trikarboksylsyre (TCA) syklus i aerob cellulær respirasjon.

Som nevnt, har celluloseacetat i stor grad blitt erstattet av en form for polyester i filmfremstillingen, men begge deler er stort sett passe nå som digital fotografering og filmografi raskt har blitt tidens standard. Celluloseacetat er også en hovedkomponent i sigarettfiltre.

Da fly kom på banen tidlig på 1900-tallet, fant kjemikere snart at celluloseacetat kunne legges i lag materiale som brukes til å danne kroppene og vingene til fly og dermed gjøre dem robuste uten å legge til mye ekstra vekt.

Acetatstoffer, som de kalles, er overalt i klesverdenen. Bomullsskjorter er et populært produkt som inneholder acetatmateriale. (Når du ser "acetat" på et klesmerke, er det som faktisk er oppført celluloseacetat.) Men i de tidligste bruksområdene av celluloseacetat i klesindustrien, ble den faktisk brukt i forbindelse med silke, en dyrere godbit, enn som grunnlag for masseprodusert, billig antrekk. Her ble den brukt til å opprettholde de intrikate mønstrene som ofte sees i silke materialer.

På 1940-tallet, da det var mulig å lage gjennomsiktige former av materialet, fant celluloseacetat et hjem i det amerikanske forsvarsdepartementet, som brukte den til å lage flyvinduer og øyedekkende deler av gass masker. I dag brukes den i forskjellige plastmaterialer og er fortsatt et vanlig alternativ til glassvinduer, selv om det i stor grad er blitt fortrengt av akryl i denne forbindelse.

Celluloseacetatprodukter er per definisjon laget for å motstå nedbrytning av alle typer, og spesielt kjemisk nedbrytning. Dette betyr at når du tenker på en liste over "biologisk nedbrytbare" produkter, bør alt laget med celluloseacetat sitte på bunnen av din mentale liste, fordi disse produktene vedvarer i miljøet i lange perioder de blir søppel. (Tenk på antall sigarettstumper du sannsynligvis så sist du ruslet langs en typisk veibane. Dessverre er disse ikke helt store nok, a la flasker og bokser, til å bli oppdaget og plukket opp av søppelmannskaper, men de er allestedsnærværende nok til å presentere som en kollektiv øye.)

Når celluloseacetatprodukter sitter i solen lenge nok, kan lysenergien som treffer dem begynne å oppløse celluloseacetatet. Dette gjør at molekyler i miljøet, for det meste esteraser, for alvor kan angripe bindingene i celluloseacetat. Denne kombinasjonen "angrep" er kjent som fotokjemisk nedbrytning.