Hur man gör cellulosaacetat

Cellulosaacetat är ett ämne som, i likhet med ett antal andra material som används inom den mänskliga industrin, tackar sin existens till cellulosa, en naturligt förekommande polysackarid som finns i växter. (En polysackarid är en kolhydratmolekyl som består av många upprepande sockerenheter; glykogen, en förvaringsform av glukos hos människor och andra djur, är en annan polysackarid.) Första gången utvecklades på 1860-talet förändrade cellulosaacetat så småningom filmindustrin genom att gör det möjligt att lagra bilder på ett ämne som inte hade en tendens att brista i lågor, liksom de celluloidbaserade kusinerna av det material som föregick cellulosaacetat i filmen värld.

Medan cellulosaacetat så småningom ersattes med polyester vid filmtillverkningen, visade det sig vara en mycket mångsidig substans. Det är starkt förknippat med modifieringen av bomull och med rätta, men det har också hittat ett hem i ett antal andra applikationer.

Cellulosa är en polymer av glukosmolekyler. I sin tur glukos - som är den primära energikällan för levande celler oavsett om det intas (som hos djur) eller syntetiserat (som i växter) - är en sexkolmolekyl som innehåller en sexkantig ringa. En av de sex kolerna ligger ovanför ringen och är bunden till en -OH- eller hydroxylgrupp; två av kolerna i själva ringen är också bundna till en hydroxylgrupp. Dessa tre-OH-grupper kan lätt reagera med andra molekyler för att bilda vätebindningar.

Andra glukopolymerer finns, men i cellulosa, som framställs av en mängd olika växter, är de enskilda glukosmonomererna de mest utsträckta eller sträckta ut. Dessutom raderar enskilda cellulosakedjor parallellt bredvid varandra, vilket uppmuntrar vätebindningar mellan intilliggande kedjor och stärker hela cellulosastrukturen. I bomullstypen cellulosa är kedjorna så tätt bundna och inriktade att det är svårt att lösa upp dem med konventionella icke-aggressiva metoder, såsom att bara blöta dem.

I början av filmbilder, i början av 1900-talet, bestod filmen genom projektorer av nitrocellulosa, som gick under handelsnamnet Celluloid. Liksom många kväverika föreningar är nitrocellulosa mycket brännbart och kan faktiskt antändas spontant under rätt förhållanden. På grund av värmen som genereras av projektorer och det uppenbara behovet av att hålla filmen torr, satte det så att säga scenen för eldiga olyckor vid exakt de minst lämpliga tiderna.

Tillbaka 1865 upptäckte en fransk kemist, Paul Schützenberger, att om han blandade vedmassa, som är rik på cellulosa, med en förening som kallas ättiksyra anhydrid kunde den senare substansen snurra sig mellan de vätebundna cellulosakedjorna och fästa sig vid de många tillgängliga hydroxylgrupperna där. Ursprungligen användes inte denna nyfunna substans, cellulosaacetat. Men 15 år senare upptäckte de schweiziska bröderna Camille och Henri Dreyfus att cellulosaacetat kan lösas i det starka lösningsmedlet aceton och sedan omformas till en mängd olika föreningar. Till exempel, när den är sammansatt i tunna massiva ark, kan den användas som film.

Kom ihåg att glukosmolekyler innehåller tre hydroxylgrupper, en av dem fäst vid kolets utsida till de sexkantiga ringarna och två andra som skjuter ut från själva ringen. Väteatomen i hydroxylgruppen, som är fäst till syret som också är fäst till kol på den andra sidan, kan lätt förskjutas av vissa molekyler som sedan tar det vätefläcken i moderglukosen konstruera. En av dessa molekyler är acetat.

Acetat, den form av ättiksyra som har förlorat sitt sura väte, är en tvåkolförening som ofta skrivs CH₃KUTTRA^-. Detta innebär att acetat har en metyl (CH₃-) grupp i ena änden och en karboxylgrupp i andra änden. En karboxylgrupp har en dubbelbindning med ett syre och en enkelbindning med den andra. Eftersom syre kan bilda två bindningar och bär en negativ laddning när det bara har en bindning, är det vid det här syre som acetatet binds till glukosmolekylen där en hydroxylgrupp tidigare satt intakt.

Cellulosaacetat som termen vanligtvis används hänför sig faktiskt till cellulosadiacetat, i vilket två av de tre tillgängliga hydroxylgrupperna i varje glukosmonomer har ersatts med acetat. Om tillräckligt med acetat görs tillgängligt börjar de återstående hydroxylgrupperna också ersättas med acetatgrupper och bildar cellulosatriacetat.

Ättiksyra är förresten den aktiva ingrediensen i ättika. Dessutom är ett ättikssyraderivat kallat acetylkoenzym A, eller acetyl CoA, en nyckelmolekyl i tricarboxylsyra (TCA) -cykeln i aerob cellulär andning.

Som nämnts har cellulosaacetat i stor utsträckning ersatts av en form av polyester vid framställning av film, men båda är till stor del passa nu när digital fotografering och filmografi snabbt har blivit tidens standard. Cellulosaacetat är också en viktig komponent i cigarettfilter.

När flygplan kom på plats i början av 1900-talet, fann kemister snart att cellulosaacetat kunde lagras i material som används för att bilda flygplanens kroppar och vingar och därigenom göra dem robusta utan att lägga till mycket extra vikt.

Acetattyger, som de kallas, finns överallt i klädvärlden. Bomullströjor är en populär produkt som innehåller acetatmaterial. (När du ser "acetat" på ett klädmärke är det som faktiskt listas cellulosaacetat.) Men i de tidigaste användningarna av cellulosaacetat i plaggindustrin användes den faktiskt tillsammans med siden, en dyrare godis än som grund för massproducerad, billig klädsel. Här användes det för att bibehålla de invecklade mönster som ofta ses i sidenmaterial.

På 1940-talet, när det var möjligt att göra genomskinliga former av materialet, hittade cellulosaacetat ett hem i det amerikanska försvarsdepartementet, som använde det för att tillverka flygplansfönster och de ögontäckande partierna av gas masker. Idag används den i olika plaster och är fortfarande ett vanligt alternativ till glasfönster, även om det till stor del har ersatts av akryl i detta avseende.

Cellulosaacetatprodukter är per definition gjorda för att motstå nedbrytning av alla slag, och i synnerhet kemisk nedbrytning. Det betyder att när du tänker på en lista över "biologiskt nedbrytbara" produkter, bör allt som görs med cellulosaacetat sitta längst ner på din mentala lista, eftersom dessa produkter kvarstår i miljön under långa perioder då de blir skräp. (Tänk på antalet cigarettstumpar du förmodligen såg förra gången du promenerade längs en typisk väg. Tyvärr är dessa inte tillräckligt stora, a la-flaskor och burkar, för att upptäckas och plockas upp av kullbesättningar, men de är tillräckligt förekommande för att presenteras som en kollektiv ögonskugga.

När cellulosaacetatprodukter sitter tillräckligt länge i solen kan ljusenergin som slår dem börja lösa upp cellulosaacetatet. Detta gör det möjligt för molekyler i miljön, mestadels esteraser, att på allvar attackera bindningarna i cellulosaacetat. Denna kombination "attack" är känd som fotokemisk nedbrytning.