Hur man gör cellulosaacetat

Innehåll

• Vad är cellulosa?
• Historia om cellulosaderivat
• Cellulosacetatstruktur
• Användningar av cellulosaacetat
• Cellulosaacetat och miljön

Cellulosaacetat är ett ämne som, liksom ett antal andra material som används i mänsklig industri, är skyldigt att det finns cellulosa, en naturligt förekommande polysackarid som finns i växter. (En polysackarid är en kolhydratmolekyl som består av många repeterande sockerenheter; glykogen, en lagringsform av glukos hos människor och andra djur, är en annan polysackarid.) Utvecklades först på 1860-talet och cellulosaacetat förändrade så småningom rörelsebildsindustrin genom att göra det möjligt att lagra bilder på ett ämne som inte hade en tendens att brista i lågor, liksom de celluloidbaserade kusinerna av materialet som predaterade cellulosaacetat i filmvärlden.

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

Vad är cellulosa?

Cellulosa är en polymer av glukosmolekyler. I sin tur är glukos - som är den primära energikällan för levande celler oavsett om det intas (som hos djur) eller syntetiserat (som i växter) - en sexkolfmolekyl som innehåller en hexagonal ring. Ett av de sex kolatomen ligger ovanför ringen och är fäst vid 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 glukospolymerer finns, men i cellulosa, som tillverkas av en mängd olika växter, är de enskilda glukosmonomererna de mest utsträckta eller utsträckta. Dessutom anordnas enskilda cellulosakedjor parallellt bredvid varandra, vilket uppmuntrar vätebindningar mellan angränsande kedjor och stärker hela cellulosakonstruktionen. I bomullstypen cellulosa är kedjorna så tätt bundna och inriktade att det är svårt att lösa upp dem med hjälp av konventionella icke-aggressiva metoder, såsom att bara bli våta.

Historia om cellulosaderivat

I de tidiga dagarna av rörliga bilder, i början av 1900-talet, bestod filmen genom projektorer av nitrocellulosa, som gick under handelsnamnet Celluloid. Liksom många kväve-rika föreningar är nitrocellulosa mycket brännbart och kan faktiskt ta eld spontant under de rätta förhållandena. På grund av värmen som genereras av projektorer och det uppenbara behovet av att hålla filmen torr, ställde detta scenen, så att säga, för brännande missöden på exakt de minst gynnsamma tiderna.

Redan 1865 upptäckte en fransk kemist, Paul Schützenberger, att om han blandade trämassa, som är rik på cellulosa, med en förening som kallas ättiksyraanhydrid, det senare ämnet kunde orma sig mellan de vätebundna cellulosakedjorna och fästa själv för de många hydroxylgrupper som finns tillgängliga där. Ursprungligen användes inte detta nygrundade ämne, cellulosaacetat. Men 15 år senare upptäckte de schweiziska bröderna Camille och Henri Dreyfus att cellulosaacetat kunde upplösas i det starka lösningsmedlet aceton och sedan återbildas till en mängd olika föreningar. Till exempel, när den monteras i tunna fasta ark, kan den användas som film.

Cellulosacetatstruktur

Kom ihåg att glukosmolekyler inkluderar tre hydroxylgrupper, en av dem fäst vid kolens yttre på de sexkantiga ringarna och två andra som skjuter ut från själva ringen. Väteatomen i hydroxylgruppen, som är bunden till syret som också är fäst vid kol på andra sidan, kan lätt förskjutas av vissa molekyler som sedan tar den vätgasplatsen i moderglukoskonstruktionen. En av dessa molekyler är acetat.

Acetat, formen 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 en syre och en enkelbindning med den andra. Eftersom syre kan bilda två bindningar och har en negativ laddning när den bara har en bindning, är det vid detta syre som acetatet blir bundet till glukosmolekylen där en hydroxylgrupp tidigare satt intakt.

Cellulosaacetat eftersom termen vanligtvis används avser faktiskt 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 vinäger. Dessutom är ett ättiksyraderivat som kallas acetylkoenzym A, eller acetyl CoA, en nyckelmolekyl i trikarboxylsyracykeln (TCA) i aerob cellulär andning.

Användningar av cellulosaacetat

Som noterats har cellulosaacetat till stor del ersatts av en form av polyester vid framställning av film, men båda är till stor del passande nu när digital fotografering och filmografi snabbt har blivit standard för tiden. Cellulosaacetat är också en viktig del av cigarettfilter.

När flygplan kom på scenen i början av 1900-talet fann kemister snart att cellulosaacetat kunde skiktas i materialet som användes för att bilda kropparna och vingarna i flygplan och därmed göra dem hårdare 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 en klädetikett är vad som faktiskt listas cellulosaacetat.) Men i de tidigaste användningarna av cellulosaacetat i plaggindustrin användes det faktiskt i samband med siden, en dyrare behandling än som bas för massproducerad, billig klädsel. Här användes det för att upprätthålla de komplicerade mönster som ofta ses i silkesmaterial.

På 1940-talet, när det var möjligt att skapa transparenta former av materialet, hittade cellulosaacetat ett hem i det amerikanska försvarsdepartementet, som använde det för att skapa flygplanfönster och de ögatäckande delarna av gasmasker. Idag används det i olika plaster och är fortfarande ett vanligt alternativ till glasfönster, även om det till stor del har ersatts av akryl i detta avseende.

Cellulosaacetat och miljön

Cellulosaacetatprodukter är per definition tillverkade för att motstå nedbrytning av alla typer, och i synnerhet kemisk nedbrytning. Detta betyder att när du tänker på en lista med "biologiskt nedbrytbara" produkter, allt som är gjort med cellulosaacetat bör sitta längst ner på din mentala lista, eftersom dessa produkter kvarstår i miljön under långa perioder där de blir kull. (Tänk på antalet cigarettstumpar som du antagligen såg förra gången du promenerade längs en typisk väg. Tyvärr är dessa inte riktigt stora, a la flaskor och burkar, för att bli upptäckta och plockade av kullbesättningar, men de är allestädes närvarande att presentera som en kollektiv ögonblick.)

När cellulosaacetatprodukter sitter i solen tillräckligt länge kan ljusenergin som slår dem börja lösa upp cellulosaacetatet. Detta tillåter molekyler i miljön, mestadels estaser, att attackera bindningarna i cellulosaacetat på allvar. Denna kombination "attack" kallas fotokemodegradering.