Як зробити ацетат целюлози

Целюлоза ацетат - речовина, яка, як і низка інших матеріалів, що використовуються в людській промисловості, зобов’язана своїм існуванням целюлозі - природному полісахариду, що міститься в рослинах. (Полісахарид - це молекула вуглеводів, що складається з великої кількості повторюваних одиниць цукру; глікоген, форма зберігання глюкози у людей та інших тварин, є ще одним полісахаридом.) Вперше розроблений у 1860-х роках, ацетат целюлози з часом змінив індустрію кінофільмів, що дозволяє зберігати зображення на речовині, яка не має тенденції до спалаху, так само як і двоюрідні брати на основі целюлоїдів матеріалу, який передував ацетату целюлози у плівці світ.

Хоча ацетат целюлози з часом замінювався поліестером при виготовленні плівки, він виявився надзвичайно універсальною речовиною. Це тісно пов’язано з модифікацією бавовни, і це справедливо, але він знайшов будинок і в ряді інших застосувань.

Целюлоза - це полімер молекул глюкози. У свою чергу, глюкоза - яка є основним джерелом енергії для живих клітин, незалежно від того, потрапляє вона всередину (як у тварин) або синтезований (як у рослин) - це шестивуглецева молекула, що включає гексагональ каблучка. Один із шести вуглеводнів лежить над кільцем і приєднаний до -ОН, або гідроксильної групи; два вуглецю в межах самого кільця також приєднані до гідроксильної групи. Ці три групи -ОН можуть легко реагувати з іншими молекулами, утворюючи водневі зв’язки.

Інші полімери глюкози існують, але в целюлозі, яку виробляють різні рослини, окремі мономери глюкози є найбільш подовженими або розтягнутими. Крім того, окремі целюлозні ланцюги паралельно розташовуються один біля одного, що стимулює водневі зв’язки між сусідніми ланцюгами та зміцнює всю структуру целюлози. У бавовняного типу целюлози ланцюги настільки щільно зв’язані і вирівняні, що важко розчинити їх за допомогою звичайних неагресивних методів, таких як просто змочування.

У перші дні кінофільмів, на початку 20 століття, фільм, що проходив через проектори, складався з нітроцелюлози, яка пішла під торговою назвою Celluloid. Як і багато сполук, багатих на азот, нітроцелюлоза дуже горюча, і насправді може стихійно загорятися в належних умовах. Через тепло, яке генерується проекторами, і очевидну необхідність підтримувати плівку сухою, це створило, так би мовити, підставу для вогняних катаклізмів саме в найменші зручні часи.

Ще в 1865 р. Французький хімік Пол Шютценбергер виявив, що якщо змішати деревну целюлозу, багату целюлозою, із сполукою, яка називається оцтовою ангідриду, остання речовина змогла пройти шлях між целюлозними ланцюгами, зв’язаними з воднем, і приєднатися до багатьох доступних гідроксильних груп там. Спочатку цю новостворену речовину ацетат целюлози не застосовували. Але через 15 років швейцарські брати Камілл та Анрі Дрейфус виявили, що целюлоза ацетат може бути розчинений у сильному розчиннику ацетоні, а потім перетворений у безліч різних сполуки. Наприклад, коли він зібраний у тонкі суцільні листи, його можна використовувати як плівку.

Нагадаємо, що молекули глюкози включають три гідроксильні групи, одна з яких прикріплена до вуглецю зовні до шестикутних кілець, а дві інші виступають із самого кільця. Атом водню гідроксильної групи, який приєднаний до кисню, який також приєднаний до вуглецю з іншого збоку, можуть бути легко витіснені певними молекулами, які потім займають цю пляму водню в батьківській глюкозі побудувати. Однією з цих молекул є ацетат.

Ацетат, форма оцтової кислоти, яка втратила кислий водень, є двовуглецевою сполукою, яку часто пишуть СН₃COO^-. Це означає, що ацетат має метил (СН₃-) група на одному кінці і карбоксильна група на іншому кінці. Карбоксильна група має подвійний зв’язок з одним киснем і одинарний зв’язок з іншим. Оскільки кисень може утворювати два зв’язки і несе негативний заряд, коли у нього є лише один зв’язок, він у цьому кисню, що ацетат зв’язується з молекулою глюкози, де раніше сиділа гідроксильна група цілим.

Целюлозний ацетат, як загальновживаний термін, насправді стосується діацетату целюлози, у якому дві з трьох доступних гідроксильних груп у кожному мономері глюкози замінені ацетатом. Якщо доступна достатня кількість ацетату, інші гідроксильні групи також починають замінюватися ацетатними групами, утворюючи триацетат целюлози.

Оцтова кислота, до речі, є активною речовиною оцту. Крім того, похідне оцтової кислоти, яке називається ацетил коферментом А, або ацетил КоА, є ключовою молекулою в циклі трикарбонової кислоти (ТСА) в аеробному клітинному диханні.

Як зазначалося, ацетат целюлози в основному замінений формою поліестеру при виготовленні плівки, але обидва значною мірою проходять зараз, коли цифрова фотографія та фільмографія швидко стали еталоном часу. Ацетат целюлози також є основним компонентом сигаретних фільтрів.

Коли на початку 1900-х років на сцену вийшли літаки, хіміки незабаром виявили, що ацетат целюлози можна матеріал, який використовується для формування тіл і крил літаків і тим самим робить їх міцнішими, не додаючи багато зайвого вага.

Ацетатні тканини, як їх ще називають, є скрізь у світі одягу. Бавовняні сорочки - один із популярних продуктів, що включає ацетатний матеріал. (Коли на етикетці одягу ви бачите "ацетат", насправді перераховано це ацетат целюлози.) Але в перші часи використання ацетату целюлози в швейної промисловості, насправді він використовувався разом із шовком, більш дорогим ласощами, ніж як основа для масового виробництва, недорогого вбрання. Тут його використовували, щоб допомогти зберегти хитромудрі візерунки, які часто можна побачити у шовкових матеріалах.

У 40-х роках минулого століття, коли вдалося зробити прозорі форми матеріалу, ацетат целюлози знайшов своє житло в Міністерство оборони США, яке використовувало його для виготовлення вікон літаків та окулярів, що охоплюють очі, порцій газу маски. Сьогодні він використовується в різних пластмасах і залишається поширеною альтернативою скляним вікнам, хоча в цьому відношенні його в основному витіснив акрил.

Продукти ацетату целюлози за визначенням створені для протистояння деградації всіх типів, зокрема хімічній деградації. Це означає, що коли ви думаєте про перелік «біологічно розкладаються» продуктів, все, що зроблено з ацетатом целюлози, має сидіти внизу вашого розумового списку, оскільки ці продукти зберігаються в навколишньому середовищі протягом довгих періодів, у які вони стають підстилка. (Враховуйте кількість недопалків, яку ви, мабуть, бачили останній раз, коли гуляли по типовій проїжджій частині. На жаль, вони недостатньо великі - пляшки та консервні банки, щоб їх могли помітити та забрати бригади для сміття, але вони є досить повсюдними, щоб представити їх як колективний набряк для очей.)

Коли продукти ацетату целюлози сидять на сонці досить довго, уражена ними світлова енергія може почати розчиняти ацетат целюлози. Це дозволяє молекулам навколишнього середовища, переважно естеразам, серйозно атакувати зв’язки в ацетаті целюлози. Ця комбінація "атаки" відома як фотохімодеградація.