Kako narediti celulozni acetat

Celulozni acetat je snov, ki tako kot številni drugi materiali, ki se uporabljajo v človeški industriji, svoj obstoj dolguje celulozi, naravnemu polisaharidu, ki ga najdemo v rastlinah. (Polisaharid je molekula ogljikovih hidratov, sestavljena iz velikega števila ponavljajočih se enot sladkorja; glikogen, shranjevalna oblika glukoze pri ljudeh in drugih živalih, je še en polisaharid.) Celulozni acetat, ki je bil prvič razvit v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, je sčasoma spremenil filmsko industrijo omogočanje shranjevanja slik na snovi, ki niso imele nagnjenosti k plamenu, prav tako tudi bratranci na osnovi celuloidov materiala, ki je pred filmom pred celuloznim acetatom svetu.

Medtem ko je pri nastajanju filma celulozni acetat sčasoma nadomestil poliester, se je izkazalo za izjemno vsestransko snov. Močno je povezan s spreminjanjem bombaža in upravičeno, vendar je našel dom tudi v številnih drugih aplikacijah.

Celuloza je polimer molekul glukoze. Po drugi strani pa glukoza - ki je glavni vir energije za žive celice, ne glede na to, ali jo zaužijemo (kot pri živalih) ali sintetiziran (kot pri rastlinah) - je molekula s šestimi ogljiki, ki vključuje heksagonal prstan. Eden od šestih ogljikovih atomov leži nad obročem in je vezan na skupino -OH ali hidroksil; dva ogljika v samem obroču sta prav tako vezana na hidroksilno skupino. Te tri skupine -OH lahko zlahka reagirajo z drugimi molekulami in tvorijo vodikove vezi.

Obstajajo tudi drugi polimeri glukoze, toda v celulozi, ki jo izdelujejo različne rastline, so posamezni monomeri glukoze najbolj razširjeni ali raztegnjeni. Prav tako se posamezne celulozne verige vzporedno vrstijo ena ob drugo, kar spodbuja vodikove vezi med sosednjimi verigami in krepi celotno strukturo celuloze. Pri bombažni vrsti celuloze so verige tako tesno povezane in poravnane, da jih je težko raztopiti z običajnimi neagresivnimi metodami, na primer zgolj z mokrem.

V zgodnjih dneh filmov, v začetku 20. stoletja, je film skozi projektorje sestavljal nitroceluloza, ki je nosila trgovsko ime Celluloid. Kot večina z dušikom bogatih spojin je tudi nitroceluloza zelo vnetljiva in se v pravih pogojih lahko spontano vname. Zaradi toplote, ki jo ustvarjajo projektorji, in očitne potrebe po ohranjanju filma na suhem, je to postavilo tako rekoč prizorišče za ognjene nezgode ravno v najmanj primernih časih.

Leta 1865 je francoski kemik Paul Schützenberger odkril, da če meša lesno celulozo, bogato s celulozo, s spojino, imenovano ocetno anhidridom, se je slednja snov lahko prepletala med vodikovimi celuloznimi verigami in se pritrdila na številne razpoložljive hidroksilne skupine tam. Sprva ta novoodkrita snov, celulozni acetat, ni bila uporabljena. Toda 15 let kasneje sta švicarska brata Camille in Henri Dreyfus odkrila, da je celulozni acetat se lahko raztopi v močnem topilu acetonu in nato ponovno oblikuje v različne spojine. Na primer, ko je sestavljen v tanke trdne plošče, ga lahko uporabimo kot film.

Spomnimo se, da molekule glukoze vključujejo tri hidroksilne skupine, od katerih je ena pritrjena na ogljik zunaj šesterokotnih obročev, drugi dve pa štrlijo iz samega obroča. Vodikov atom hidroksilne skupine, ki je vezan na kisik, ki je na drugi strani vezan tudi na ogljik nekatere molekule, ki nato zavzamejo to vodikovo mesto v matični glukozi konstruirati. Ena od teh molekul je acetat.

Acetat, oblika ocetne kisline, ki je izgubila kisli vodik, je dvoogljična spojina, ki se pogosto piše CH₃COO^-. To pomeni, da ima acetat metil (CH₃-) skupina na enem koncu in karboksilna skupina na drugem koncu. Karboksilna skupina ima dvojno vez z enim kisikom in enojno vez z drugo. Ker lahko kisik tvori dve vezi in ima negativni naboj, če ima samo eno vez, je to pri tem kisika, da se acetat veže na molekulo glukoze, kjer je prej sedela hidroksilna skupina nedotaknjena.

Celulozni acetat, kot se pogosto uporablja izraz, se dejansko nanaša na celulozni diacetat, v katerem sta dve od treh razpoložljivih hidroksilnih skupin v vsakem glukom monomeru nadomeščeni z acetatom. Če je na voljo dovolj acetata, začnejo tudi preostale hidroksilne skupine nadomeščati acetatne skupine, ki tvorijo celulozni triacetat.

Mimogrede, ocetna kislina je aktivna sestavina kisa. Poleg tega je derivat ocetne kisline, imenovan acetil koencim A ali acetil CoA, ključna molekula v ciklu trikarboksilne kisline (TCA) pri aerobnem celičnem dihanju.

Kot smo že omenili, je celulozni acetat pri izdelavi filma v glavnem nadomestil oblika poliestra, vendar oboje so v veliki meri že zdaj, ko sta digitalna fotografija in filmografija hitro postala standard časa. Celulozni acetat je tudi glavna sestavina cigaretnih filtrov.

Ko so letala na začetku 19. stoletja prišla na prizorišče, so kemiki kmalu ugotovili, da je celulozni acetat mogoče material, ki se uporablja za oblikovanje trupov in kril letal ter jih s tem naredi trpežnejša, ne da bi pri tem dodala veliko dodatka utež.

Acetatne tkanine, kot jim rečejo, so povsod v svetu oblačil. Bombažne srajce so priljubljen izdelek, ki vključuje acetatni material. (Ko na nalepki za oblačila vidite "acetat", je dejansko naveden celulozni acetat.) Toda pri najzgodnejših uporabah celuloznega acetata v oblačilna industrija, je bila dejansko uporabljena skupaj s svilo, dražjo poslastico, kot pa kot osnova za množično, poceni Obleka. Tu je bil uporabljen za ohranjanje zapletenih vzorcev, ki jih pogosto vidimo v svilenih materialih.

V 40. letih 20. stoletja, ko je bilo mogoče izdelati prozorne oblike materiala, je celulozni acetat našel dom v ministrstvo za obrambo ZDA, ki ga je uporabljalo za izdelavo oken letal in porcije plina, ki pokrivajo oči maske. Danes se uporablja v različnih plastikah in ostaja običajna alternativa steklenim oknom, čeprav ga je v zvezi s tem v veliki meri nadomestil akril.

Izdelki iz celuloznega acetata so po definiciji izdelani tako, da se upirajo razgradnji vseh vrst, zlasti kemični razgradnji. To pomeni, da ko pomislite na seznam "biološko razgradljivih" izdelkov, bi morali sedeti vse, kar je narejeno s celuloznim acetatom na koncu vašega mentalnega seznama, ker ti izdelki vztrajajo v okolju dlje časa, v katerem postanejo leglo. (Upoštevajte število cigaretnih ogorkov, ki ste jih verjetno videli zadnjič, ko ste se sprehajali po tipični cesti. Na žalost te niso dovolj velike, plastenke in pločevinke, da bi jih posadke opazile in pobrale, vendar so dovolj vseprisotne, da jih lahko predstavljamo kot kolektivno bolečino.)

Ko celulozni acetatni izdelki sedijo na soncu dovolj dolgo, lahko svetloba, ki jih zadene, začne raztapljati celulozni acetat. To omogoča, da molekule v okolju, večinoma esteraze, resno napadajo vezi v celuloznem acetatu. Ta kombinacija "napad" je znana kot fotokemodegradacija.