Acetatul de celuloză este o substanță care, ca și o serie de alte materiale utilizate în industria umană, își datorează existența celulozei, o polizaharidă naturală găsită în plante. (O polizaharidă este o moleculă de carbohidrați formată dintr-o mulțime de unități repetate de zahăr; glicogenul, o formă de stocare a glucozei la oameni și la alte animale, este o altă polizaharidă.) Dezvoltat pentru prima dată în anii 1860, acetat de celuloză a schimbat în cele din urmă industria cinematografică prin făcând posibilă stocarea imaginilor pe o substanță care nu a avut tendința de a izbucni în flăcări, la fel ca verii pe bază de celuloid ai materialului care a precedat acetatul de celuloză din film lume.
În timp ce acetatul de celuloză a fost în cele din urmă înlocuit cu poliester la fabricarea filmului, sa dovedit a fi o substanță extrem de versatilă. Este puternic asociat cu modificarea bumbacului și pe bună dreptate, dar și-a găsit o casă și într-o serie de alte aplicații.
Ce este celuloza?
Celuloza este un polimer al moleculelor de glucoză. La rândul său, glucoza - care este sursa primară de energie pentru celulele vii, indiferent dacă este ingerată (ca la animale) sau sintetizat (ca la plante) - este o moleculă de șase carbon care include un hexagonal inel. Unul dintre cei șase atomi de carbon se află deasupra inelului și este atașat la o grupare -OH sau hidroxil; doi dintre carbonii din inelul în sine sunt, de asemenea, atașați la o grupare hidroxil. Aceste trei grupări -OH pot reacționa cu ușurință cu alte molecule pentru a forma legături de hidrogen.
Există și alți polimeri de glucoză, dar în celuloză, care este produsă de o varietate de plante, monomerii individuali ai glucozei sunt cei mai extinși sau întinși. De asemenea, lanțurile individuale de celuloză se aliniază una lângă alta în paralel, ceea ce încurajează legăturile de hidrogen între lanțurile adiacente și întărește întreaga structură de celuloză. În tipul de celuloză din bumbac, lanțurile sunt atât de strâns legate și aliniate încât este dificil să le dizolvi folosind metode convenționale neagresive, cum ar fi doar umezirea lor.
Istoria derivaților de celuloză
În primele zile ale filmelor, la începutul secolului al XX-lea, filmul rulat prin proiectoare consta din nitroceluloză, care se numea Celluloid. La fel ca o mulțime de compuși bogați în azot, nitroceluloză este extrem de combustibilă și, de fapt, poate lua foc spontan în condițiile potrivite. Din cauza căldurii generate de proiectoare și a nevoii evidente de a menține filmul uscat, acest lucru a pregătit scena, ca să spunem așa, pentru nenorociri aprinse în momentele cel mai puțin potrivite.
În 1865, un chimist francez, Paul Schützenberger, a descoperit că, dacă amesteca pastă de lemn, care este bogată în celuloză, cu un compus numit acetic anhidridă, această din urmă substanță a reușit să se răsucească între lanțurile de celuloză legate de hidrogen și să se atașeze la numeroasele grupări hidroxil disponibile Acolo. Inițial, această substanță nou găsită, acetat de celuloză, nu a fost folosită. Dar 15 ani mai târziu, frații elvețieni Camille și Henri Dreyfus au descoperit acel acetat de celuloză ar putea fi dizolvat în solvent puternic acetonă și apoi re-format într-o varietate de diferite compuși. De exemplu, atunci când este asamblat în foi solide subțiri, poate fi folosit ca film.
Structura acetatului de celuloză
Amintiți-vă că moleculele de glucoză includ trei grupări hidroxil, una dintre ele atașată la exteriorul carbonului de inelele hexagonale și alte două proiecție din inelul în sine. Atomul de hidrogen al grupării hidroxil, care este atașat la oxigenul care este, de asemenea, atașat la carbon, pe de altă parte parte, poate fi ușor deplasată de anumite molecule care apoi iau pata de hidrogen din glucoza mamă construi. Una dintre aceste molecule este acetat.
Acetatul, forma acidului acetic care și-a pierdut hidrogenul acid, este un compus cu doi carbon, adesea scris CH3GÂNGURI-. Aceasta implică faptul că acetatul are un metil (CH3-) grup la un capăt și un grup carboxil la celălalt capăt. O grupare carboxil are o legătură dublă cu un oxigen și o legătură simplă cu cealaltă. Deoarece oxigenul poate forma două legături și poartă o sarcină negativă atunci când are o singură legătură, se află la aceasta oxigen pe care acetatul se leagă de molecula de glucoză unde se afla anterior o grupare hidroxil intact.
Acetat de celuloză, așa cum este utilizat în mod obișnuit, se referă de fapt la diacetat de celuloză, în care două din cele trei grupări hidroxil disponibile din fiecare monomer de glucoză au fost înlocuite cu acetat. Dacă este disponibil suficient acetat, grupările hidroxil rămase încep să fie înlocuite și cu grupări acetat, formând triacetat de celuloză.
Apropo, acidul acetic este ingredientul activ din oțet. În plus, un derivat al acidului acetic numit acetil coenzima A sau acetil CoA este o moleculă cheie în ciclul acidului tricarboxilic (TCA) în respirația celulară aerobă.
Utilizări ale acetatului de celuloză
După cum sa menționat, acetatul de celuloză a fost în mare parte înlocuit cu o formă de poliester la fabricarea filmului, dar ambele sunt în mare măsură pasă acum că fotografia digitală și filmografia au devenit rapid standardul vremurilor. Acetatul de celuloză este, de asemenea, o componentă majoră a filtrelor pentru țigări.
Când avioanele au intrat pe scena la începutul anilor 1900, chimiștii au descoperit curând că acetat de celuloză ar putea fi stratificat în material folosit pentru a forma corpurile și aripile avioanelor și astfel le face mai rezistente fără a adăuga o cantitate mare de extra greutate.
Țesăturile din acetat, așa cum se numesc, sunt peste tot în lumea îmbrăcămintei. Cămășile din bumbac sunt un produs popular care include material acetat. (Când vedeți „acetat” pe eticheta hainelor, ceea ce este de fapt listat este acetat de celuloză.) Dar în primele utilizări ale acetatului de celuloză în industria confecțiilor, a fost de fapt folosită împreună cu mătasea, un tratament mai scump decât ca bază pentru producția în serie, ieftină ținută. Aici, a fost folosit pentru a ajuta la menținerea modelelor complicate adesea observate în materialele de mătase.
În anii 1940, când a fost posibil să se facă forme transparente ale materialului, acetat de celuloză a găsit o casă în Departamentul Apărării al SUA, care l-a folosit pentru realizarea ferestrelor avioanelor și a porțiunilor de gaz care acoperă ochii măști. Astăzi este utilizat în diverse materiale plastice și rămâne o alternativă obișnuită față de ferestrele de sticlă, deși a fost în mare parte înlocuită de acril în acest sens.
Acetat de celuloză și mediu
Produsele din acetat de celuloză sunt, prin definiție, făcute pentru a rezista degradării de toate tipurile și, în special, degradării chimice. Aceasta înseamnă că, atunci când vă gândiți la o listă de produse „biodegradabile”, orice produs cu acetat de celuloză ar trebui să stea la partea de jos a listei dvs. mentale, deoarece aceste produse persistă în mediu pentru perioade lungi în care devin gunoi. (Luați în considerare numărul de mucuri de țigări pe care probabil le-ați văzut ultima dată când ați făcut o plimbare de-a lungul unui drum tipic. Din păcate, acestea nu sunt destul de mari, așa cum ar fi sticle și cutii, pentru a fi văzute și ridicate de echipajele de gunoi, dar sunt suficient de omniprezente pentru a fi prezentate ca un ochi colectiv.)
Când produsele din acetat de celuloză stau la soare suficient de mult timp, energia luminii care le lovește poate începe să dizolve acetatul de celuloză. Acest lucru permite moleculelor din mediu, în principal esterazelor, să atace serios legăturile din acetat de celuloză. Această combinație „atac” este cunoscută sub numele de fotochiodegradare.