Sisu
- Mis on tselluloos?
- Tselluloosi derivaatide ajalugu
- Tselluloosatsetaadi struktuur
- Tselluloosatsetaadi kasutusalad
- Tselluloosatsetaat ja keskkond
Tselluloosatsetaat on aine, mis, nagu ka paljud teised inimtööstuses kasutatavad materjalid, tuleneb selle olemasolust taimedes leiduvale looduslikult esinevale polüsahhariidile, tselluloosile. (Polüsahhariid on süsivesikute molekul, mis koosneb väga paljudest korduvatest suhkruühikutest; glükogeen, mis on glükoosi säilitusvorm inimestel ja teistel loomadel, on veel üks polüsahhariid.) Algselt 1860ndatel välja töötatud tselluloosatsetaat muutis lõpuks filmide tööstust. võimaldades salvestada pilte ainel, millel ei olnud kalduvust leegi puhkeda, nagu ka filmimaailmas tselluloosatsetaadile eelnenud materjali tselluloidipõhistel nõbudel.
Kui kile valmistamisel asendati tselluloosatsetaat lõpuks polüestriga, osutus see eriti mitmekülgseks aineks. See on tihedalt seotud puuvilla modifitseerimisega ja õigustatult, kuid see on leidnud kodu ka paljudes teistes rakendustes.
Mis on tselluloos?
Tselluloos on glükoosimolekulide polümeer. Glükoos - mis on elusrakkude peamiseks energiaallikaks, olenemata sellest, kas see on allaneelatud (nagu loomadel) või sünteesitud (nagu taimedes) - on kuue süsiniku molekul, mis sisaldab kuusnurkset ringi. Üks kuuest süsinikust asub tsükli kohal ja on kinnitatud -OH või hüdroksüülrühma külge; kaks tuumas sisalduvat süsinikku on samuti kinnitatud hüdroksüülrühma külge. Need kolm -OH rühma võivad kergesti reageerida teiste molekulidega, moodustades vesiniksidemeid.
On olemas ka teisi glükoosi polümeere, kuid mitmesuguste taimede toodetud tselluloosis on üksikud glükoosimonomeerid kõige pikenenud või venitatud. Samuti rivistuvad üksikud tselluloosiahelad üksteise kõrval paralleelselt, mis soodustab vesiniksidemeid külgnevate ahelate vahel ja tugevdab kogu tselluloosi struktuuri. Tselluloosi puuvillase tüübi korral on ahelad nii tihedalt seotud ja joondatud, et neid on keeruline lahustada tavapäraste mitteagressiivsete meetodite abil, näiteks lihtsalt niiskeks muutmisega.
Tselluloosi derivaatide ajalugu
Kinofilmide algusaegadel, 20. sajandi alguses, koosnes projektoritest läbi viidud film nitrotselluloosist, mis kandis kaubamärki Celluloid. Nagu paljud lämmastikurikkad ühendid, on ka nitrotselluloos väga kergestisüttiv ja õiges olukorras võib see iseeneslikult süttida. Projektorite tekitatava soojuse ja ilmse vajaduse tõttu filmi kuiva hoida tõttu pani see niiöelda tulekahjulikeks äpardusteks just kõige vähem sobival ajal.
Prantsuse keemik Paul Schützenberger avastas juba 1865. aastal, et kui segada tselluloosirikast puidumassi ja äädikhappeanhüdriidiga nimetatavat ühendit, suutis viimane aine vesinikuga seotud tselluloosiahelate vahel liikuda ja kinnituda iseenesest paljudele seal pakutavatele hüdroksüülrühmadele. Algselt ei kasutatud seda uut leiduvat ainet, tselluloosatsetaati, mingil viisil. Kuid 15 aastat hiljem avastasid Šveitsi vennad Camille ja Henri Dreyfus, et tselluloosatsetaadi võib lahustada tugevas lahustis atsetoonis ja seejärel moodustada see mitmesugusteks erinevateks ühenditeks. Näiteks kui see on kokku pandud õhukesteks tahketeks lehtedeks, saab seda kasutada kilena.
Tselluloosatsetaadi struktuur
Pidage meeles, et glükoosimolekulid sisaldavad kolme hüdroksüülrühma, üks neist on kinnitatud süsiniku külge kuusnurksete rõngaste küljes ja kaks muud, mis ulatuvad välja rõngast endast. Hüdroksüülrühma vesinikuaatom, mis on kinnitatud hapniku külge, mis on samuti seotud süsiniku külge teisel küljel, on kergesti asendatav teatud molekulidega, mis võtavad seejärel vesiniku koha glükoosi lähtekonstruktis. Üks neist molekulidest on atsetaat.
Atsetaat, äädikhappe vorm, mis on kaotanud happelise vesiniku, on kahe süsiniku ühend, mida sageli kirjutatakse CH3COO-. See tähendab, et atsetaadil on metüül (CH3-) rühm ühes otsas ja karboksüülrühm teises otsas. Karboksüülrühmal on kaksikside ühe hapnikuga ja üksikside teisega. Kuna hapnik võib moodustada kaks sidet ja see kannab negatiivset laengut, kui sel on ainult üks side, siis seob atsetaat just selle hapniku juures glükoosimolekuli, kus hüdroksüülrühm istus varem puutumatuna.
Tavaliselt kasutatakse terminina tselluloosatsetaat tegelikult tselluloosdiatsetaati, milles igas glükoosimonomeeris saadaolevast kolmest hüdroksüülrühmast kaks on asendatud atsetaadiga. Kui eraldatakse piisavalt atsetaati, hakkavad ülejäänud hüdroksüülrühmad asendama ka atsetaatrühmadega, moodustades tselluloostriatsetaadi.
Äädikhape, muide, on äädika toimeaine. Lisaks on äädikhappe derivaat, mida nimetatakse atsetüülkoensüümiks A või atsetüül-CoA, trikooboksüülhappe (TCA) tsükli võtmemolekuliks raku aeroobses hingamises.
Tselluloosatsetaadi kasutusalad
Nagu märgitud, on tselluloosatsetaat filmi tegemisel suuresti asendatud polüestervormiga, kuid mõlemad on suuresti möödas nüüd, kui digitaalfotograafia ja filmograafia on kiiresti muutunud aja standardiks. Tselluloosatsetaat on ka sigaretifiltrite peamine komponent.
Kui lennukid 1900ndate alguses sündmuskohale jõudsid, leidsid keemikud peagi, et tselluloosatsetaati võib kihtidesse panna materjalideks, mida kasutatakse lennukite kerede ja tiibade moodustamiseks, ning muuta need seeläbi vastupidavamaks, lisamata palju lisaraskust.
Atsetaatkangad, nagu neid nimetatakse, on kõikjal rõivamaailmas. Puuvillased särgid on üks populaarne toode, mis sisaldab atsetaatmaterjali. (Kui näete rõivaetiketil sõna "atsetaat", on tegelikult loetelus tselluloosatsetaat.) Kuid tselluloosatsetaadi varaseima kasutamise korral rõivatööstuses kasutati seda tegelikult koos siidiga, mis on kallim maiuspala kui masstoodanguna odavate rõivaste alusena. Siin kasutati seda siidmaterjalides sageli esinevate keerukate mustrite säilitamiseks.
1940-ndatel, kui materjalist oli võimalik valmistada läbipaistvaid vorme, leidis tselluloosatsetaat kodu USA kaitseministeeriumis, kus seda kasutati õhusõidukite akende ja gaasimaskide silma kattevate osade valmistamiseks. Tänapäeval kasutatakse seda erinevates plastides ja see on klaasaknade tavaline alternatiiv, ehkki akrüül on seda suures osas asendanud.
Tselluloosatsetaat ja keskkond
Tselluloosatsetaadi tooted on definitsiooni järgi valmistatud igat tüüpi lagunemisele ja eriti keemilisele lagunemisele. See tähendab, et kui mõelda "biolagunevate" toodete loetelule, peaks tselluloosatsetaadiga tehtud toode asetsema mentaalse nimekirja allosas, kuna need tooted püsivad keskkonnas pikka aega, mille jooksul nad muutuvad allapanuks. (Mõelge nende sigarettide arvule, mida nägite tõenäoliselt viimati tavalisel sõiduteel jalutades. Kahjuks pole need piisavalt suured, a la pudelid ja purgid, et prügi meeskonnad neid märkaksid ja neid korjaksid, kuid need on siiski piisavalt üldlevinud, et esineda kollektiivsena.)
Kui tselluloosatsetaadi tooted istuvad päikese käes piisavalt kaua, võib neid lööv valgusenergia hakata tselluloosatsetaati lahustama. See võimaldab keskkonnamolekulidel, enamasti esteraasidel, tõsiselt rünnata tselluloosatsetaadi sidemeid. Seda kombinatsiooni "rünnak" nimetatakse fotohemodegradatsiooniks.