Vsebina
- Kaj je celuloza?
- Zgodovina celuloznih derivatov
- Celulozna acetatna struktura
- Uporaba celuloznega acetata
- Celulozni acetat in okolje
Celulozni acetat je snov, ki kot številne druge materiale, ki se uporabljajo v človeški industriji, svoj obstoj dolguje celulozi, naravnemu polisaharidu, ki ga najdemo v rastlinah. (Polisaharid je molekula ogljikovih hidratov, ki jo sestavlja veliko ponavljajočih se enot sladkorja; glikogen, shranjevalna oblika glukoze pri ljudeh in drugih živalih, je še en polisaharid.) Prvič razvit v 1860-ih, celulozni acetat je sčasoma spremenil industrijo filmov s tem, da je bilo mogoče shraniti slike na snovi, ki ni imela nagnjenosti k plamenu, kot so to storili celuloidni bratranci materiala, ki je pred celulozo acetatom v svetu filma.
Medtem ko je bil celulozni acetat na koncu nadomeščen s poliestrom pri ustvarjanju filma, se je izkazalo, da je izjemno vsestranska snov. Močno je povezana z modifikacijo bombaža in prav je tako, vendar je našla dom tudi v številnih drugih aplikacijah.
Kaj je celuloza?
Celuloza je polimer molekul glukoze. Po drugi strani je glukoza - ki je glavni vir energije za žive celice, ne glede na to, ali jih zaužijemo (kot pri živalih) ali sintetiziramo (kot v rastlinah) - šest-ogljikovo molekulo, ki vključuje šestkotni obroč. Eden od šestih ogljikov 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 -OH skupine lahko hitro reagirajo z drugimi molekulami in tvorijo vodikove vezi.
Drugi polimeri glukoze obstajajo, toda v celulozi, ki jo izdelujejo različne rastline, so posamezni monomeri glukoze najbolj razširjeni ali raztegnjeni. Posamezne celulozne verige se vzporedno vrstijo ena ob drugi, kar spodbuja vodikove vezi med sosednjimi verigami in krepi celotno celulozno strukturo. Pri bombažni vrsti celuloze so verige tako tesno vezane in poravnane, da jih je težko raztopiti z običajnimi neagresivnimi metodami, kot je zgolj navlaženje.
Zgodovina celuloznih derivatov
V zgodnjih dneh filmov, v začetku 20. stoletja, je bil film, ki ga je vodil skozi projektorje, sestavljen iz nitroceluloze, ki je šla pod trgovskim imenom Celluloid. Kot veliko spojin, bogatih z dušikom, je tudi nitroceluloza zelo vnetljiva in se v pravih pogojih lahko spontano vname. Zaradi vročine, ki jo ustvarjajo projektorji, in očitne potrebe po ohranjanju suhega filma je to postavilo, tako rekoč, ognjene napakice v ravno najmanj primernih časih.
Leta 1865 je francoski kemik Paul Schützenberger odkril, da če zmeša lesno celulozo, ki je bogata s celulozo, s spojino, imenovano anhidrid ocetnega očesa, se ta snov lahko prebije med verige celuloze, vezane na vodik, in se pritrdi številnim hidroksilnim skupinam, ki so na voljo tam. Na začetku te novonavedene snovi, celuloznega acetata, nismo uporabili. Toda 15 let pozneje sta švicarska brata Camille in Henri Dreyfus odkrila, da se celulozni acetat lahko raztopi v močnem topilnem acetonu in nato ponovno oblikuje v številne različne spojine. Na primer, ko je sestavljen v tanke čvrste plošče, ga lahko uporabimo kot film.
Celulozna acetatna struktura
Spomnimo, da molekule glukoze vključujejo tri hidroksilne skupine, od katerih je ena pritrjena na ogljikovo zunanjost v šestkotnih obročih in dve drugi, ki štrlijo iz obroča. Vodikov atom hidroksilne skupine, ki je vezan na kisik, ki je na drugi strani tudi vezan na ogljik, se lahko zlahka premakne z nekaterimi molekulami, ki nato vodikove žarke zasedejo v matični konstrukciji glukoze. Ena od teh molekul je acetat.
Acetat, oblika ocetne kisline, ki je izgubila kisli vodik, je dvoogljična spojina, pogosto napisana CH3COO-. To pomeni, da ima acetat metil (CH)3-) skupina na enem koncu in karboksilna skupina na drugem koncu. Karboksilna skupina ima dvojno vez z enim kisikom in eno vez z drugim. Ker lahko kisik tvori dve vezi in ima negativen naboj, kadar ima samo eno vez, se pri tem kisik acetat veže na molekulo glukoze, kjer je hidroksilna skupina prej sedela nedotaknjena.
Celulozni acetat kot izraz, ki se običajno uporablja, se dejansko nanaša na celulozni diacetat, v katerem sta bili dve od treh razpoložljivih hidroksilnih skupin v vsakem glukoznem monomeru zamenjani z acetatom. Če je na voljo dovolj acetata, se tudi preostale hidroksilne skupine začnejo nadomeščati z acetatnimi skupinami in 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.
Uporaba celuloznega acetata
Kot je bilo omenjeno, je celulozni acetat pri ustvarjanju filma v veliki meri nadomeščen z obliko poliestra, vendar sta oba v veliki meri mimo zdaj, ko sta digitalna fotografija in filmografija hitro postala standard takrat. Celulozni acetat je tudi glavna sestavina cigaretnih filtrov.
Ko so letala na prizorišče zgodnjih 1900 prišla na sceno, so kemiki kmalu ugotovili, da je celulozni acetat mogoče vstaviti v material, ki se uporablja za oblikovanje teles in kril letala ter jih tako utrdi, ne da bi dodali veliko dodatne teže.
Tkanine iz acetata, kot jih imenujejo, so povsod v svetu oblačil. Bombažne majice so priljubljen izdelek, ki vključuje acetatni material. (Ko na oznaki za oblačila vidite "acetat", je dejansko celuloza acetat.) Toda v najzgodnejši uporabi celuloznega acetata v oblačilni industriji je bil dejansko uporabljen v povezavi s svilo, dražje poslastice, kot kot osnova za množično izdelano in poceni oblačilo. Tu so jo uporabili za ohranjanje zapletenih vzorcev, ki jih pogosto vidimo pri svilenih materialih.
V štiridesetih letih prejšnjega stoletja, ko je bilo mogoče narediti prozorne oblike materiala, je celulozni acetat našel domovanje ameriškega ministrstva za obrambo, ki so ga uporabili za izdelavo oken letal in očesnih delov plinskih mask. Danes se uporablja v različnih plastikah in ostaja pogosta alternativa steklenim oknom, čeprav jih je v tem pogledu akril v veliki meri izpodrinil.
Celulozni acetat in okolje
Proizvodi iz celuloznega acetata so po definiciji izdelani tako, da se upirajo razgradnji vseh vrst in zlasti kemični razgradnji. To pomeni, da ko pomislite na seznam "biološko razgradljivih" izdelkov, bi moralo karkoli narejeno iz celuloznega acetata sesti na dnu vašega seznama duševnosti, saj ti izdelki dolgo časa obstajajo v okolju, v katerem postanejo leglo. (Razmislite o številu cigaretnih ogorkov, ki ste jih verjetno videli zadnjič, ko ste se sprehodili po značilnem vozišču. Na žalost te niso dovolj velike, steklenice in pločevinke, ki bi jih opazili in pobrali posadke odpadkov, vendar so dovolj vseprisotna, da se predstavlja kot kolektivno zrcalo.)
Ko izdelki iz celuloznega acetata sedijo na soncu dovolj dolgo, lahko svetlobna energija, ki jih udari, 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.