Zawartość
- Co to jest celuloza?
- Historia pochodnych celulozy
- Struktura octanu celulozy
- Zastosowania octanu celulozy
- Octan celulozy a środowisko
Octan celulozy jest substancją, która podobnie jak wiele innych materiałów stosowanych w przemyśle ludzkim, zawdzięcza swoje istnienie celulozie, naturalnie występującemu polisacharydowi występującemu w roślinach. (Polisacharyd to cząsteczka węglowodanów złożona z wielu powtarzających się jednostek cukru; glikogen, forma przechowywania glukozy u ludzi i innych zwierząt, jest kolejnym polisacharydem.) Po raz pierwszy opracowany w latach 60. XIX wieku, octan celulozy ostatecznie zmienił przemysł filmowy umożliwiając przechowywanie obrazów na substancji, która nie miała tendencji do wybuchu płomienia, podobnie jak kuzyni na bazie celuloidu z materiału, który wyprzedził octan celulozy w świecie filmu.
Podczas gdy octan celulozy został ostatecznie zastąpiony przez poliester podczas tworzenia filmu, okazał się niezwykle wszechstronną substancją. Jest to silnie związane z modyfikacją bawełny i słusznie, ale znalazło także dom w wielu innych zastosowaniach.
Co to jest celuloza?
Celuloza jest polimerem cząsteczek glukozy. Z kolei glukoza - która jest podstawowym źródłem energii dla żywych komórek, niezależnie od tego, czy jest przyjmowana (jak u zwierząt), czy syntetyzowana (jak u roślin) - jest cząsteczką sześciowęglową, która zawiera pierścień heksagonalny. Jeden z sześciu atomów węgla leży nad pierścieniem i jest przyłączony do grupy -OH lub grupy hydroksylowej; dwa węgle w samym pierścieniu są również przyłączone do grupy hydroksylowej. Te trzy grupy OH mogą łatwo reagować z innymi cząsteczkami, tworząc wiązania wodorowe.
Istnieją inne polimery glukozy, ale w celulozie, która jest wytwarzana przez różne rośliny, poszczególne monomery glukozy są najbardziej rozciągnięte lub rozciągnięte. Poszczególne łańcuchy celulozowe ustawiają się równolegle obok siebie, co sprzyja wiązaniom wodorowym między sąsiednimi łańcuchami i wzmacnia całą strukturę celulozy. W bawełnianej celulozie łańcuchy są tak ściśle związane i wyrównane, że trudno jest je rozpuścić konwencjonalnymi nieagresywnymi metodami, takimi jak zwykłe zmoczenie.
Historia pochodnych celulozy
Na początku filmów, na początku XX wieku, film był projektowany z nitrocelulozy, która nosiła nazwę handlową Celluloid. Podobnie jak wiele związków bogatych w azot, nitroceluloza jest wysoce łatwopalna, aw rzeczywistości może spontanicznie zapalić się w odpowiednich warunkach. Ze względu na ciepło generowane przez projektory i oczywistą potrzebę utrzymywania filmu w stanie suchym, to, że tak powiem, przygotowało scenę dla ognistych nieszczęść dokładnie w najmniej odpowiednim momencie.
W 1865 r. Francuski chemik Paul Schützenberger odkrył, że jeśli zmieszał masę drzewną bogatą w celulozę ze związkiem zwanym bezwodnikiem octowym, ta ostatnia substancja była w stanie przedzierać się między związanymi z wodorem łańcuchami celulozy i przyczepić się się do wielu dostępnych tam grup hydroksylowych. Początkowo ta nowo odkryta substancja, octan celulozy, nie była wykorzystywana. Ale 15 lat później szwajcarscy bracia Camille i Henri Dreyfus odkryli, że octan celulozy można rozpuścić w silnym rozpuszczalniku aceton, a następnie przekształcić w różne związki. Na przykład po złożeniu w cienkie lite arkusze można go użyć jako folii.
Struktura octanu celulozy
Przypomnijmy, że cząsteczki glukozy zawierają trzy grupy hydroksylowe, jedną z nich przyłączoną do węgla na zewnątrz do pierścieni heksagonalnych, a dwie inne wystające z samego pierścienia. Atom wodoru grupy hydroksylowej, który jest przyłączony do tlenu, który jest również przyłączony do węgla po drugiej stronie, może być łatwo przemieszczony przez niektóre cząsteczki, które następnie pobierają plamę wodoru w macierzystym konstrukcie glukozy. Jedną z tych cząsteczek jest octan.
Octan, forma kwasu octowego, która straciła kwasowy wodór, jest związkiem dwuwęglowym, często zapisanym CH3GRUCHAĆ-. Oznacza to, że octan ma metyl (CH3-) grupa na jednym końcu i grupa karboksylowa na drugim końcu. Grupa karboksylowa ma podwójne wiązanie z jednym tlenem i pojedyncze wiązanie z drugim. Ponieważ tlen może tworzyć dwa wiązania i przenosi ładunek ujemny, gdy ma tylko jedno wiązanie, w tym tlenu octan wiąże się z cząsteczką glukozy, w której grupa hydroksylowa poprzednio pozostawała nietknięta.
Octan celulozy, jak się powszechnie stosuje, w rzeczywistości odnosi się do dioctanu celulozy, w którym dwie z trzech dostępnych grup hydroksylowych w każdym monomerze glukozy zostały zastąpione octanem. Jeśli dostępna jest wystarczająca ilość octanu, pozostałe grupy hydroksylowe również zaczynają być zastępowane grupami octanowymi, tworząc trioctan celulozy.
Nawiasem mówiąc, kwas octowy jest aktywnym składnikiem octu. Ponadto pochodna kwasu octowego zwana acetylokoenzymem A lub acetylo-CoA jest kluczową cząsteczką w cyklu kwasu trikarboksylowego (TCA) w tlenowym oddychaniu komórkowym.
Zastosowania octanu celulozy
Jak wspomniano, octan celulozy został w dużej mierze zastąpiony formą poliestru podczas tworzenia filmu, ale oba są w dużej mierze przemijane, ponieważ fotografia cyfrowa i filmografia szybko stały się standardem czasów. Octan celulozy jest również głównym składnikiem filtrów papierosowych.
Kiedy na początku XX wieku pojawiły się samoloty, chemicy wkrótce odkryli, że octan celulozy można nałożyć na materiał użyty do uformowania korpusów i skrzydeł samolotów, a tym samym uczynić je bardziej wytrzymałymi bez zwiększania dodatkowej masy.
Tkaniny octanowe, jak się je nazywa, są wszędzie w świecie odzieży. Koszule bawełniane to jeden z popularnych produktów, które zawierają materiał octanowy. (Gdy na etykiecie ubrania widnieje „octan”, na liście faktycznie znajduje się octan celulozy). Ale w najwcześniejszych zastosowaniach octanu celulozy w przemyśle odzieżowym był on używany w połączeniu z jedwabiem, droższym smakołykiem niż jako podstawa masowo produkowanego, niedrogiego stroju. Tutaj został wykorzystany, aby pomóc zachować skomplikowane wzory często spotykane w materiałach jedwabnych.
W latach 40. XX wieku, kiedy możliwe było tworzenie przezroczystych form materiału, octan celulozy znalazł dom w Departamencie Obrony USA, który wykorzystywał go do produkcji okien samolotów i zakrywających oczy części masek przeciwgazowych. Dziś jest stosowany w różnych tworzywach sztucznych i pozostaje popularną alternatywą dla szklanych okien, choć w tym zakresie został w dużej mierze zastąpiony przez akryl.
Octan celulozy a środowisko
Produkty z octanu celulozy są z definicji wykonane tak, aby były odporne na degradację wszystkich typów, w szczególności na degradację chemiczną. Oznacza to, że jeśli pomyślisz o liście „biodegradowalnych” produktów, wszystko wykonane z octanu celulozy powinno znajdować się na dole listy mentalnej, ponieważ produkty te pozostają w środowisku przez długi czas, w którym stają się śmieci. (Weź pod uwagę liczbę niedopałków papierosów, które prawdopodobnie widziałeś podczas ostatniego spaceru po typowej jezdni. Niestety, nie są one wystarczająco duże, a la butelki i puszki, aby mogły je zauważyć i zebrane przez załogi śmieci, ale są dość wszechobecny, by prezentować się jako zbiorowe odleżyny).
Gdy produkty z octanu celulozy pozostają wystarczająco długo na słońcu, energia świetlna, która je uderza, może zacząć rozpuszczać octan celulozy. Dzięki temu cząsteczki w środowisku, głównie esterazy, mogą poważnie zaatakować wiązania w octanie celulozy. Ta kombinacja „ataku” jest znana jako fotochemodegradacja.