Cellulose acetate

Meera Senthilingam

W tym tygodniu bohaterem przemysłu filmowego – za kulisami, czyli. Wyjaśnia więcej Brian Clegg.

Brian Clegg

Gdyś film fotograficzny był niebezpiecznym medium. Podstawowym materiałem, który przenosił obrazy, właściwym „filmem”, był celuloid, oparty na azotanie celulozy lub nitrocelulozie, znany również jako bawełna strzelnicza. Jest to bardzo łatwopalny materiał, który może ulec samozapłonowi, jeśli jest przechowywany w nieodpowiednich warunkach – raczej nie jest to odpowiednia rzecz do przepuszczania przez rozgrzany projektor filmowy. Wybawcą przemysłu filmowego był inny wczesny naturalny plastik, octan celulozy.

Celuloza jest polisacharydem, naturalnym polimerem składającym się z cząsteczek glukozy, występującym w ścianach komórkowych roślin zielonych – jest jednym z głównych składników papieru od dobrych 2000 lat. Jednak w 1865 roku francuski chemik Paul Schützenberger odkrył, że bezwodnik octowy może reagować z celulozą pochodzącą z pulpy drzewnej, tworząc nowy związek – octan celulozy. Początkowo było to niewiele więcej niż nacięcie na słupku łóżka odkrywcy związku, ale para braci pracujących w Szwajcarii sprawiła, że octan celulozy stał się o wiele bardziej znaczący.

Mający siedzibę w Bazylei Camille i Henri Dreyfusowie poszukiwali nowego cudownego produktu i około 15 lat po odkryciu Schützenbergera zdecydowali się na octan celulozy. Dzięki odkryciu, że polimer ten można rozpuścić w acetonie i uformować w nowe struktury, do czasu pierwszej wojny światowej udało im się ustalić trzy różne zastosowania tego związku. Znana forma folii została po raz pierwszy użyta jako bezpieczny zamiennik celuloidu przez francuskich filmowców Pathé Frères. Ale związek ten mógł być również wytwarzany z włókien, które mogły być stosowane w odzieży, początkowo mieszane z jedwabiem, oraz jako lakier lub „dope”, który okazał się popularny do dokręcania tkanin na skrzydłach i korpusach samolotów w nowo rozkwitającym przemyśle lotniczym.

Zespół Dreyfusa odniósł sukces w Europie i Ameryce, ale nie byli jedynymi, którzy wskoczyli na rosnący w siłę wózek z octanem celulozy. Już w 1894 roku brytyjska para Charles Cross i Edward Bevan otrzymała patent na wytwarzanie tego związku, podczas gdy inni pracowali nad technikami wymaganymi do wytłaczania go w postaci włókien na długo przed braćmi Dreyfus – ale francuska para wydaje się być pierwszą, która naprawdę pojęła znaczenie tego nowego materiału.

Bycie w stanie wyprodukować przędzę z octanu celulozy zależało od znalezienia dobrego rozpuszczalnika – używano zarówno acetonu, jak i związku znanego jako odczynnik Schweizera. Sztuczne włókno było najpierw stosowane z jedwabiem, aby utrzymać delikatne wzory mory na stałym poziomie, ale później było łączone w mieszankach z bawełną i innymi materiałami w celu wytworzenia taniego, wytrzymałego i mało podatnego na zagniecenia materiału. Octan celulozy jest jednym z wielu tworzyw celulozowych, które są ogólnie znane jako rayon, choć w innych formach octan celulozy był również znany jako cellon, rhodoid i celanese.

Although we tend to think of cellulose acetate as primarily having applications where flexibility is important, including the once-essential overhead projector transparencies often simply known as 'acetates’, in thicker sheets it is quite rigid and was used from the 1940s to make aircraft windows and gas mask eyepieces, remaining a popular lightweight safety alternative to glass until largely replaced by acrylic. Nadal jest wykorzystywany do produkcji oprawek okularów i przycisków, a nawet był używany do produkcji klocków Lego przez pierwsze 15 lat produkcji tych znanych zabawek.

Stała forma octanu celulozy nadal ma rynek, na którym przedmioty z niego wykonane mają być często dotykane – na przykład w uchwytach narzędzi, jak również w oprawkach okularów – ponieważ uważa się, że ma on przyjemniejsze, bardziej naturalne odczucia niż bardziej nowoczesne rodzaje tworzyw termoplastycznych. Octan celulozy był pierwszym tworzywem sztucznym formowanym wtryskowo – opracowano dla niego proces, który stał się standardem w przemyśle tworzyw sztucznych. Znalazł on również zastosowanie we wszystkich materiałach, od filtrów papierosowych po karty do gry.

Wielokrotnie produkowane obecnie elementy z octanu stałego wykorzystują inne warianty, w szczególności maślan octanu celulozy i propionian octanu celulozy. Kolejna wersja, ftalan octanu celulozy (gdzie związek został poddany reakcji z kwasem ftalowym), jest często używany do tworzenia powłok foliowych, które chronią leki w formie tabletek i zapobiegają interakcji z przełykiem, zanim tabletka dotrze do jelit.

Octan celulozy okazał się niezwykle wszechstronny na przestrzeni lat, o wiele bardziej niż bracia Dreyfus mogli sobie wyobrazić, kiedy po raz pierwszy zaczęli szukać zastosowań komercyjnych. Został on zastąpiony jako materiał filmowy przez folię poliestrową (która sama obecnie w dużej mierze zmierza na złom dzięki obrazowaniu cyfrowemu), ponieważ folia z octanu celulozy może ulec zniszczeniu pod wpływem kwasów lub ciepła, wydzielając kwas octowy, co spowodowało, że uszkodzenie materiału filmowego zostało opatrzone etykietą „syndrom octu”. Ale to nie powstrzymało całego pokolenia kamerzystów i projekcjonistów od gorących podziękowań za film, który nie miał tendencji do wybuchania w płomieniach.

Meera Senthilingam

Cóż, dzięki Bogu za to! Pisarz naukowy Brian Clegg gasi tam pożar za pomocą związku octanu celulozy. Teraz w przyszłym tygodniu, nadszedł czas na curry, do celów leczniczych, oczywiście…

Simon Cotton

Normalnie, gdy myślisz o przyprawach w curry myślisz o kapsaicynie, cząsteczce w papryczkach chili, która jest odpowiedzialna za charakterystyczną „gorącość” curry. Ale inne przyprawy używane w curry są ważne, i to nie tylko ze względu na przyjemne aromaty, które tworzą; są one coraz częściej badane pod kątem ich możliwych właściwości leczniczych. Kilka z nich ma właściwości antybakteryjne, jak cynamon i kolendra, które prawdopodobnie zawdzięczają zawartym w nich aldehydom.

Ale przyprawą, która wzbudza największe zainteresowanie, jest kurkuma, ze względu na zawartą w niej cząsteczkę zwaną kurkuminą.

Meera Senthilingam

Odkryj, w jaki sposób ten związek umożliwia uzyskanie takich korzyści, dołączając do Simona Cottona w przyszłotygodniowym wydaniu Chemii w jej żywiole. Do tego czasu, dziękuję za wysłuchanie, jestem Meera Senthilingam.