Ako vyrobiť acetát celulózy

Acetát celulózy je látka, ktorá rovnako ako celý rad ďalších materiálov používaných v ľudskom priemysle vďačí za svoju existenciu celulóze, prírodne sa vyskytujúcemu polysacharidu nachádzajúcemu sa v rastlinách. (Polysacharid je molekula uhľohydrátu tvorená veľkým počtom opakujúcich sa cukrových jednotiek; glykogén, zásobná forma glukózy u ľudí a iných zvierat, je ďalším polysacharidom.) Acetát celulózy, ktorý bol prvýkrát vyvinutý v 60. rokoch 19. storočia, nakoniec zmenil filmový priemysel tým, že umožňujúce ukladať obrázky na látku, ktorá nemala tendenciu vzplanúť, rovnako ako bratranci materiálu na báze celulózy, ktorý vo filme predchádzal acetátu celulózy svet.

Zatiaľ čo sa pri výrobe filmu nakoniec acetát celulózy nahradil polyesterom, ukázalo sa, že išlo o mimoriadne univerzálnu látku. Je to úzko spojené s úpravou bavlny a je to tak správne, ale našla si domov aj v mnohých ďalších aplikáciách.

Celulóza je polymér molekúl glukózy. Na druhej strane glukóza - ktorá je primárnym zdrojom energie pre živé bunky bez ohľadu na to, či je prijatá (ako u zvierat) alebo syntetizovaný (ako u rastlín) - je šesťuhlíková molekula, ktorá obsahuje šesťuholník krúžok. Jeden zo šiestich uhlíkov leží nad kruhom a je pripojený k -OH alebo hydroxylovej skupine; dva z uhlíkov vo vnútri samotného kruhu sú tiež pripojené k hydroxylovej skupine. Tieto tri -OH skupiny môžu ľahko reagovať s inými molekulami za vzniku vodíkových väzieb.

Existujú aj ďalšie polyméry glukózy, ale v celulóze, ktorú vyrába množstvo rastlín, sú jednotlivé monoméry glukózy najviac predĺžené alebo natiahnuté. Jednotlivé celulózové reťazce sa tiež rovnobežne nachádzajú vedľa seba, čo podporuje vodíkové väzby medzi susednými reťazcami a posilňuje celú štruktúru celulózy. V prípade bavlneného typu celulózy sú reťaze tak pevne spojené a vyrovnané, že je ťažké ich rozpustiť pomocou bežných neagresívnych metód, ako je napríklad iba ich zvlhčenie.

V začiatkoch filmov, na začiatku 20. storočia, sa film premietajúci cez projektory skladal z nitrocelulózy, ktorá sa nazývala obchodný názov Celluloid. Rovnako ako veľa zlúčenín bohatých na dusík je nitrocelulóza vysoko horľavá a v skutočnosti sa môže za správnych podmienok spontánne vznietiť. Kvôli teplu generovanému projektormi a zjavnej potrebe udržiavať film v suchu, to takpovediac pripravilo pôdu pre ohnivé nehody v najmenej vhodných časoch.

Už v roku 1865 francúzsky chemik Paul Schützenberger zistil, že ak zmieša drevnú buničinu bohatú na celulózu so zlúčeninou nazývanou octová anhydrid, bola táto látka schopná pretočiť sa medzi reťazcami celulózy viazanými vodíkom a pripojiť sa k mnohým dostupným hydroxylovým skupinám tam. Spočiatku sa táto novoobjavená látka, acetát celulózy, nepoužila. Ale o 15 rokov neskôr švajčiarski bratia Camille a Henri Dreyfusovci objavili tento acetát celulózy sa môže rozpustiť v silnom rozpúšťadle acetóne a potom znovu vytvoriť z rôznych rôznych zlúčeniny. Napríklad, keď je zostavený do tenkých celistvých listov, môže sa použiť ako film.

Pripomeňme, že molekuly glukózy zahŕňajú tri hydroxylové skupiny, jedna z nich je pripojená k vonkajšej časti uhlíka k šesťuholníkovým kruhom a dve ďalšie vyčnievajú zo samotného kruhu. Atóm vodíka hydroxylovej skupiny, ktorá je pripojená k kyslíku, ktorý je tiež pripojený k uhlíku, na druhej strane, môžu byť ľahko nahradené určitými molekulami, ktoré potom zachytia škvrnu tohto vodíka v pôvodnej glukóze konštrukt. Jednou z týchto molekúl je acetát.

Acetát, forma kyseliny octovej, ktorá stratila kyslý vodík, je dvojuhlíková zlúčenina, ktorá sa často nazýva CH₃COO^-. To znamená, že acetát obsahuje metyl (CH₃-) skupina na jednom konci a karboxylová skupina na druhom konci. Karboxylová skupina má dvojitú väzbu s jedným kyslíkom a jednoduchú väzbu s druhou. Pretože kyslík môže vytvárať dve väzby a nesie negatívny náboj, ak má iba jednu väzbu, je to tak kyslík, ktorý sa acetát naviaže na molekulu glukózy, kde predtým sedela hydroxylová skupina neporušený.

Acetát celulózy, ako sa tento termín bežne používa, v skutočnosti označuje diacetát celulózy, v ktorom boli dve z troch dostupných hydroxylových skupín v každom monoméri glukózy nahradené acetátom. Ak je k dispozícii dostatok acetátu, zvyšné hydroxylové skupiny sa tiež začnú nahradzovať acetátovými skupinami, čím sa vytvorí triacetát celulózy.

Kyselina octová, mimochodom, je účinnou látkou v octe. Okrem toho je derivát kyseliny octovej nazývaný acetyl koenzým A alebo acetyl CoA kľúčovou molekulou v cykle trikarboxylovej kyseliny (TCA) v aeróbnom bunkovom dýchaní.

Ako bolo uvedené, octan celulózy bol pri výrobe filmu do značnej miery nahradený formou polyesteru, ale oboje digitálna fotografia a filmografia sa rýchlo stali štandardom doby. Acetát celulózy je tiež hlavnou súčasťou cigaretových filtrov.

Keď na začiatku 20. storočia prišli na scénu lietadlá, chemici čoskoro zistili, že sa do nich dá vrstviť octan celulózy materiál použitý na tvarovanie tiel a krídel lietadiel, a tým ich robí pevnejšími bez toho, aby pridával veľa ďalších vecí váha.

Acetátové tkaniny, ako sa im hovorí, sú všade vo svete oblečenia. Bavlnené košele sú jedným obľúbeným produktom, ktorý obsahuje acetátový materiál. (Keď vidíte na etikete na oblečení text „acetát“, v skutočnosti je to acetát celulózy.) Ale pri prvých použitiach acetátu celulózy v odevný priemysel, v skutočnosti sa používal v spojení s hodvábom, čo je nákladnejšia pochúťka, ako ako základ pre hromadne vyrábané, lacné oblečenie. Tu sa používal na udržanie zložitých vzorov, ktoré sa často vyskytujú v hodvábnych materiáloch.

V 40. rokoch 20. storočia, keď bolo možné vyrobiť transparentné formy materiálu, si našiel domov acetát celulózy americké ministerstvo obrany, ktoré ho použilo na výrobu okien lietadiel a častí plynu, ktoré zakrývajú oči masky. Dnes sa používa v rôznych plastoch a zostáva bežnou alternatívou k skleneným oknám, aj keď v tomto ohľade bol z veľkej časti nahradený akrylom.

Výrobky z acetátu celulózy sa podľa definície vyrábajú tak, aby odolávali degradácii všetkých typov, najmä chemickej degradácii. To znamená, že keď si spomeniete na zoznam „biologicky odbúrateľných“ výrobkov, malo by sedieť všetko, čo je vyrobené z acetátu celulózy dolná časť vášho mentálneho zoznamu, pretože tieto produkty pretrvávajú v prostredí po dlhú dobu, v ktorej sa stanú vrh. (Zvážte počet ohorkov z cigariet, ktoré ste pravdepodobne videli naposledy, keď ste sa prechádzali po typickej vozovke. Bohužiaľ, tieto nie sú dosť veľké, a la fľaše a plechovky, ktoré si môžu všimnúť a vyzdvihnúť posádky vrhov, ale sú všadeprítomné na to, aby sa prezentovali ako kolektívne oči.)

Keď výrobky z acetátu celulózy sedia na slnku dostatočne dlho, svetelná energia, ktorá ich zasiahne, môže začať acetát celulózy rozpúšťať. To umožňuje molekulám v prostredí, väčšinou esterázam, vážne útočiť na väzby v acetáte celulózy. Tento kombinovaný „útok“ je známy ako fotochemodegradácia.