CELULOZACELULOZA

ISTORIC

Celuloza a fost prezenta pe Terra de cand au aparut copacii si plantele fiind constituentul principal al peretilor celulari vegetali. Datorita acestui fapt nu exista

o data anume pentru descoperirea ei; a aparut inainte de nasterea omului. Recunoasterea celulozei ca fiind un constituent principal al peretelui celular

vegetal a fost in anul 1838 datorita descoperirilor botanistului francez Anselme Payen care a izolat celuloza pentru prima data din lemn. Atunci a fost inteleasa structura sa. In prezent celuloza este polizaharida cea mai raspandita in natura si

se afla sub observatia oamenilor de stiinta producandu-se schimbari in procesul de prelucrare, utilizari si genetica plantelor (multi fermieri fiind interesati de

mutatiile genetice pentru a produce cantitati mai mari de bumbac). Ea corespunde formulei (C6 H10 O5)n, în care n are valori cuprinse între 700-800 şi 2500-3000.

Metode de obtinere

Formarea celulozei în plante este rezultatul unui proces de biosinteză fotochimică. Procentual celuloza din plante variază în limite foarte largi: 7-10% pentru unele plante leguminoase, 40-50% în paiele de cereale sau stuf, 40-60% în masa lemnoasă a diferitelor specii de arbori, pîna la 85-99% în plante textile.

Celuloza se obţine in general din bumbac, lemn, stuf şi paie.Cea mai pură varietate de celuloză se obtine din bumbac prin egrenarea (îndepartarea seminţelor) şi apoi spălarea vatei din capsulele plantei de bumbac.Această varietate este folosită aproape exclusiv în scopuri textile.

O celuloză mai putin pura se obţine din lemn, stuf sau paie. În acesteă celuloză este amestecată cu diferiţi componenţi necelulozici, numiţi irecruste(lignina, poligozaharide, răşini etc.), care trebuie indepartati. Separarea se poate face cu ajutorul unor reactivi acizi sau bazici care dzolvă incrustele, eliberînd cea mai mare parte a materialului celulozic util. Printre reactivii folosiţi, cel mai intrebuinţat este bisulfitul de calciu, Ca (HSO3)2 (în procedeul bisulfitic) sau amestecul de sulfat de sodiu şi hidroxid de sodiu (in procedeul sulfat). Celuloza rezultată este supusa albirii şi serveşte la fabricarea hîrtiei sau la chimizare.

Structura celulozei

 

α-celuloza descoperita de Cross si Bevan este ceea ce numim noi astazi celuloza. Formula chimica este (C6H10O5)n unde n variaza intre 700 - 800 si 2500 - 3000. Celuloza este formata din molecule de glucoza unite in pozitia 1-4. Este o substanta organica, un polimer sau mai specific o polizaharida care este formata din peste 3 000 de molecule de glucoza. Un polimer este o macromolecula formata din molecule mai mici care se repeta (glucoza in acest caz). Acest lucru explica faptul ca structura celulozei este formata din molecule de glucoza sau C6H12O6.

Atomii de hidroxil sunt grupati ordonat precum structura cristalului in lantul de celuloza. Legaturile de hidrogen in regiunile cristaline sunt puternice ducand la insolubilitate in majoritatea solventilor. Ei impiedica celuloza sa se topeasca. In regiunile mai putin ordonate lanturile sunt mult mai departate si mai dispuse la combinarea hidrogenului cu alte molecule precum apa. Deoarece elemntele componente ale celulozei sunt nemetale celuloza prezinta legaturi covalente. Rezulta astfel o structura filiforma a lantului macromolecular celulozic. Datorita structurii (celuloza este formata dintr-un singur monomer) este numita polizaharida si nu poate fi digerata de oameni. Din punct de vedere chimic este un carbohidrat, adica o polizaharida. Hidroxilii celulozei reactioneaza cu aldehidele si formeaza acetatii.

Proprietati fizice

Celuloza este o substanta amorfa, de culoare alba, insolubila in apa sau in solventi organici. Desi se umfla nu se dizolva in apa. Este solubila in hidroxid de tetraaminocupru [Cu(NH3)4](OH)2, numit si reactiv Schweizer.

Nu are gustul dulce caracteristic zaharidelor. Prin hidroliza enzimatica celuloza formeaza celobioza (dizaharida) care, hidrolizata enzimatic, conduce la glucoza. Organismul uman nu are enzimele necesare hidrolizarii celulozei. De aceea celuloza nu este o substanta nutritiva pentru om.

Structura filiforma a macromoleculelor de celuloza a permis orientarea lor paralela si realizarea unui numar mare de legaturi de hidrogen intre gruparile hidroxil din macromoleculele invecinate. In felul acesta macromoleculele de celuloza sunt foarte strans impachetate iar firul de celuloza este rezistent.

Celuloza este hidroscopica, retine apa prin legaturi de hidrogen si de aceea se recomnda purtarea lenjeriei de corp confectionata din bumbac.

Proprietati chimice

Deoarece contine un numar mare de grupari de hidroxil reactioneaza cu acizi si formeaza esteri sau cu alcool si formeaza eteri. Din modul in care celuloza reactioneaza cu diferiti reactivi s-a dedus ca in macromolecula sa fiecare rest de glucoza prezinta trei grupari hidroxil capabila sa reactioneze chimic. Gruparile hidroxil din celuloza au reactivite normala si participa la reactiile specifice lor: formarea de eteri, de esteri, de alcooli. Dupa numarul gruparilor hidroxil dintr-un rest glucozic, care participa la asemenea reactii se obtin produsi cu diferite grade de transfer.

Tratată cu amestec de acid acetic şi anhidridă acetică, celuloza poate forma mono-,di-sau tri-acetatul de celuloza.

-OH -OH -O-NO2

- (C6 H7 O2 -O.CO.CH3 )n- - (C6 H7 O2 -O.OC.CH3 )n- -(C6 H7 O2 -O-NO2 )

-OH -O-CO-CH3 -O-NO2

mononitrat de celuloza dinitrat de celuloza trinitrat de celuloza

Procedeul acetat realizeaza mătasea acetat, folosind acetatul de celuloză. Solutia acestuia în acetonă este supusă filării la cald (uscată). Solventul se evaporă şi este recuperat, iar firul de acetat de celuloză coagulează şi se întareşte. Ţesuturile de mătase acetat sunt mai rezistente dar mai puţin higroscopice decât cele din mătase viscoza.

Prin tratare cu solutii concentrate de hidroxid de sodiu, celuloza formează un produs de tip alcoolat (alcoxid), denumit alcoliceluloză, ce poate avea, de asemenea, diferite grade de transformare.

-OH -OH

- (C6 H7 O2 -OH )n- + nNa OH ---?(C6 H7 O2 -Oa+ )n- + n H2O

-OH -OH

alcoliceluloza primara

Procedeul viscoză se bazează pe relaţia ce are loc între alcoliceluloza şi sulfură de carbon, CS2 prin care se obtine xantogenatul de celuloză:

-OH -OH -OH

-(C6 H7 O2 -OH)n-+ CS2 -- -(C6 H7 O2 -OH)n- -H2 SO4 -(C6 H7 O2 -OH )n-

-ONa -O-C=S -CS2 -OH

-NaHSO4 SNa

Acesta este solubil în soluţie de hidroxid de sodiu, formînd o soluţie coloidală, vâscoasă, viscoza (de unde şi numele procedeului ). Trecută prin orificii foarte fine într-o baie de acid sulfuric diluat (filare umedă) soluţia de viscoză se neutralizează, iar xantogenatul se descompune în celuloză şi sulfură de carbon. Pe această cale celuloza se regenerează sub forma unui fir continuu, deşi provine din fibre foarte scurte din lemn.

Derivati ai celulozei

Nitratul de celuloza a fost primul material plastic realizat cu succes in 1869 prin transformarea celulozei  in nitrat. Este folosita in industrie pentru confectionarea lacurilor (1920 - folosita pentru prima data), pieselor de tualeta. Este folosita si la explozibili.Tratata duce la formarea vascozei sau celuloza acetata folosita pentru lacuri.Acetatul de celuloza a fost produsa din reactia celulozei cu acidul acetic, anhidrida acetica si catalizatori. A fost folosita pentru prima data in 1930. E utilizata in confectia materialelor de impachetat,  a jucariilor, uneltelor, izolatorilor si ochelarilor. Este cel mai ieftin material produs. Este solubila in solventi organici precum acetona si poate fi modelata in forme diferite sau trasa in fire. Procedeul acetat realizeaza matasea acetat, folosind acetatul de celuloza. Solutia acestuia in acetona este supusa filarii la cald (uscata). Solventul se evapora si este recuperat, iar firul de acetat de celuloza coaguleaza si se intareste. Tesaturile de matase acetat sunt mai rezistente dar mai putin higroscopice decat cele din matase vascoza. La noi in tara fibrele artificiale se fabrica prin procedeul vascoza la Braila, Lupeni si Popesti-Leordeni.Celuloza etilica rezulta atunci cand celuloza este tratata cu sulf sau clor etilic. Este folosita in comert, pentru extinctoare si in industria electronicelor. Este cea mai scumpa celuloza.Matasea artificiala a fost produsa in 1884 pentru a fi folosita in industria confectiilor dar a fost scoasa repede de pe piata deoarece era inflamabila. Acum matasea artificiala  e folosita ca materie prima pentru haine si este fibra cea mai utila omului.Celuloidul (primul plastic).

Utilizari

Celuloza este utilizata la obtinerea substantelor explozibile de tip pulbere fara fum; a matasii artificiale de tip vascoza (milaneza) si a matasii acetat; a nitrolacurilor si nitroemailurilor (lacuri de acoperire cu uscare rapida si luciu puternic); a celofanului. Este o materie prima de mare valoare economica si constituie punctul de plecare in fabricarea unor produse importante, dintre care cea de hartie ocupa un loc principal (a fost folosita pentru obtinerea hartiei inca din secolul 2).

Se intalneste in cantitati mari in aproape toate plantele si este o principala sursa de hrana. Are proprietati de reducere a valorii calorice a unor alimente daca in acestea se adauga celuloza cristalizata. Matasea vascoza este intrebuintata la fabricarea diferitelor tesaturi precum si a cordului pentru anvelope. Daca solutia de vascoza este filata, printr-o fonta fina in baie de acid sulfuric diluat si glicerina, se obtin folii dintr-un produs larg folosit-celofanul. Produse care contin celuloza: bureti, spray-uri pentru alergie sau pudre, benzi medicale. Celuloza este foarte ieftina pentru ca este foarte abundenta.