Av Kevin Beck Uppdaterad 24 mars 2022
Besiki Kavtaradze/iStock/GettyImages
Cellulosaacetat är ett ämne som, liksom en rad andra material som används i mänsklig industri, har sin existens att tacka för cellulosa, en naturligt förekommande polysackarid som finns i växter. (En polysackarid är en kolhydratmolekyl som består av många återkommande sockerenheter; glykogen, en lagringsform av glukos hos människor och andra djur, är en annan polysackarid.) Cellulosaacetat, som först utvecklades på 1860-talet, förändrade så småningom filmindustrin genom att göra det möjligt att lagra bilder på ett ämne som spricker upp i en tendens som spricker upp i en tendens. celluloidbaserade kusiner till materialet som föregick cellulosaacetat i filmvärlden.
Medan cellulosaacetat så småningom ersattes av polyester vid tillverkning av film, visade det sig vara ett mycket mångsidigt ämne. Det är starkt förknippat med modifiering av bomull och med rätta, men det har hittat ett hem i ett antal andra tillämpningar också.
Cellulosa är en polymer av glukosmolekyler. I sin tur är glukos – som är den primära energikällan för levande celler oavsett om den intas (som hos djur) eller syntetiseras (som i växter) – en sexkolsmolekyl som inkluderar en hexagonal ring. Ett av de sex kolen ligger ovanför ringen och är fäst till en -OH- eller hydroxylgrupp; två av kolen i själva ringen är också bundna till en hydroxylgrupp. Dessa tre -OH-grupper kan lätt reagera med andra molekyler för att bilda vätebindningar.
Andra polymerer av glukos finns, men i cellulosa, som tillverkas av en mängd olika växter, är de individuella glukosmonomererna mest utsträckta, eller utsträckta. Individuella cellulosakedjor radas upp bredvid varandra parallellt, vilket uppmuntrar vätebindningar mellan intilliggande kedjor och stärker hela cellulosastrukturen. I bomullstypen cellulosa är kedjorna så hårt bundna och inriktade att det är svårt att lösa upp dem med konventionella icke-aggressiva metoder, som att bara blöta dem.
I början av rörliga bilder, i början av 1900-talet, bestod filmen genom projektorer av nitrocellulosa, som gick under handelsnamnet Celluloid. Liksom många kväverika föreningar är nitrocellulosa mycket brännbart och kan faktiskt fatta eld spontant under rätt förhållanden. På grund av värmen som genereras av projektorer och det uppenbara behovet av att hålla filmen torr, satte detta så att säga scenen för brinnande missöden vid just de minst lägliga tidpunkterna.
Redan 1865 upptäckte en fransk kemist, Paul Schützenberger, att om han blandade trämassa, som är rik på cellulosa, med en förening som kallas ättiksyraanhydrid, kunde det senare ämnet maska sig fram mellan de vätebundna cellulosakedjorna och fästa sig vid de många hydroxylgrupper som finns där. Till en början användes inte detta nyfunna ämne, cellulosaacetat. Men 15 år senare upptäckte de schweiziska bröderna Camille och Henri Dreyfus att cellulosaacetat kunde lösas i det starka lösningsmedlet aceton och sedan omformas till en mängd olika föreningar. Till exempel, när den sätts ihop till tunna solida ark, kan den användas som film.
Kom ihåg att glukosmolekyler inkluderar tre hydroxylgrupper, en av dem fäst vid kolet utanför de hexagonala ringarna och två andra som skjuter ut från själva ringen. Hydroxylgruppens väteatom, som är fäst vid syret som också är fäst vid kolet på andra sidan, kan lätt ersättas av vissa molekyler som sedan tar det vätets fläck i moderglukoskonstruktionen. En av dessa molekyler är acetat.
Acetat, formen av ättiksyra som har förlorat sitt sura väte, är en tvåkolsförening som ofta skrivs CH3COO-. Detta innebär att acetat har en metylgrupp (CH3-) i ena änden och en karboxylgrupp i andra änden. En karboxylgrupp har en dubbelbindning med ett syre och en enkelbindning med det andra. Eftersom syre kan bilda två bindningar och har en negativ laddning när det bara har en bindning, är det vid detta syre som acetatet binds till glukosmolekylen där en hydroxylgrupp tidigare satt intakt.
Cellulosaacetat som termen vanligtvis används avser faktiskt cellulosadiacetat, där två av de tre tillgängliga hydroxylgrupperna i varje glukosmonomer har ersatts av acetat. Om tillräckligt med acetat görs tillgängligt börjar även de återstående hydroxylgrupperna 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 cellandning.
Som nämnts har cellulosaacetat till stor del ersatts av en form av polyester vid tillverkning av film, men båda är till stor del passerade nu när digital fotografering och filmografi snabbt har blivit tidens standard. Cellulosaacetat är också en viktig komponent i cigarettfilter.
När flygplan kom till platsen i början av 1900-talet fann kemister snart att cellulosaacetat kunde läggas in i materialet som används för att forma flygplans kroppar och vingar och därigenom göra dem mer robusta utan att lägga en hel del extra vikt.
Acetattyger, som de kallas, finns överallt i klädvärlden. Bomullsskjortor är en populär produkt som innehåller acetatmaterial. (När du ser "acetat" på en klädetikett, är det som faktiskt listas cellulosaacetat.) Men i de tidigaste användningsområdena för cellulosaacetat i klädindustrin användes det faktiskt tillsammans med siden, en dyrare goding, än som grund för massproducerad, billig klädsel. Här användes det för att bibehålla de intrikata mönster som ofta ses i silkesmaterial.
På 1940-talet, när det var möjligt att göra transparenta former av materialet, hittade cellulosaacetat ett hem i det amerikanska försvarsdepartementet, som använde det för att tillverka flygplansfönster och ögontäckande delar av gasmasker. Idag används den i olika plaster och förblir ett vanligt alternativ till glasfönster, även om det i detta avseende till stor del har ersatts av akryl.
Cellulosaacetatprodukter är per definition gjorda för att motstå nedbrytning av alla typer, och i synnerhet kemisk nedbrytning. Det betyder att när du tänker på en lista med "biologiskt nedbrytbara" produkter, så bör allt som är gjort med cellulosaacetat ligga längst ner på din mentala lista, eftersom dessa produkter kvarstår i miljön under långa perioder då de blir skräp. (Tänk på antalet cigarettfimpar du antagligen såg förra gången du tog en promenad längs en typisk vägbana. Tyvärr är dessa inte riktigt stora nog, a la flaskor och burkar, för att ses och plockas upp av skräpbesättningar, men de är tillräckligt förekommande för att presenteras som ett samlat ögonsår.)
När cellulosaacetatprodukter sitter i solen tillräckligt länge kan ljusenergin som träffar dem börja lösa upp cellulosaacetatet. Detta gör att molekyler i miljön, mestadels esteraser, kan attackera bindningarna i cellulosaacetat på allvar. Denna kombination av "attack" är känd som photochemodegradation.
