8/8/2019 CELULOZA2003

http://slidepdf.com/reader/full/celuloza2003 1/4

CELULOZAI. IstoricCeluloza a fost prezenta pe Terra de cand au aparut copacii si plantele fiind constituentulprincipal al peretilor celulari vegetali. Datorita acestui fapt nu exista o data anume pentrudescoperirea ei; a aparut inainte de nasterea omului. Recunoasterea celulozei ca fiind unconstituent principal al peretelui celular vegetal a fost in

anul 1838 datorita descoperirilor botanistului francez Anselme Payen care a izolat celulozapentru prima data din lemn. Atunci a fost inteleasa structura sa. In prezent celuloza estepolizaharida cea mai raspandita in natura si se afla sub observatia oamenilor de stiintaproducandu-se schimbari in procesul de prelucrare, utilizari si genetica plantelor (multi fermierifiind interesati de mutatiile genetice pentru a produce cantitati mai mari de bumbac).

II. Surse de celulozaApare in stare pura in componenta bumbacului. Din acesta se obtine cea mai pura celuloza prinindepartarea semintelor si spalarea vatei din capsulele de bumbac, iar celuloza rezultata estefolosita in industria textila deoarece are un procent de 91% celuloza. Se gaseste in combinatie culignina in lemn (40-60%). Fibrele de celuloza prezente in lemn sunt sub forma unui polimer

complex: lignina. Acesta tratat cu substante alcaline duce la formarea hartiei. Alte surse suntinul, canepa, stuful (50%). Formarea celulozei in plante este rezultatul unui proces de biosintezfotochimica. Peretele celular vegetal este alcatuit din celuloza cu exceptia catorva tipuri de alge.Celuloza este organizata in microfibre. Structura confera rigiditate plantei si un mediu porosfavorabil circulatiei apei, mineralelor si altor substante nutritive. Celuloza formeaza partile desustinere ale plantelor impreuna cu lignina si alte substante necelulozice, si confera acestoraelasticitate. Multe din speciile de plante care contin un nivel ridicat de celuloza sunt beneficeomului.Numeroasele grupari hidroxil existente de-a lungul lantulului, in resturile glucozice, formeazaintre ele un numar urias de legaturi de hidrgen care impacheteaza foarte strans lanturilemacromoleculare si confera celulozei structua macroscopica de fir. Desi este considerat ca fiindprodus de plante si unele bacterii produc celuloza.

III. Structura celulozei  Timp de multi ani s-a acceptat ca celuloza este un lant lung de polimeri, alcatuit din glucoza. Inanii 1900 celuloza a fost descrisa mai amanuntit de Cross si Bevan. Ei au indepartat partilevegetale prezente in mod normal in celuloza prin dizolvarea lor in solutie concentrata de dioxidde sodiu. Partea care nu s-a dizolvat a fost numita a-celuloza. Materialul solubil (ß-celuloza si γ-celuloza) s-a dovedit mai tarziu a nu fi celuloza ci zaharuri si carbohidrati.

Fig.2: Molecula decelulozaAstfel α-celuloza descoperita de Cross si Bevan este ceea ce numim noi astazi celuloza. Formulachimica este (C6H10O5)n unde n variaza intre 700 - 800 si 2500 - 3000. Celuloza este formata dinmolecule de glucoza unite in pozitia 1-4. Este o substanta organica, un polimer sau mai specific opolizaharida care este formata din peste 3 000 de molecule de glucoza. Un polimer este omacromolecula formata din molecule mai mici care se repeta (glucoza in acest caz). Acest lucruexplica faptul ca structura celulozei este formata din molecule de glucoza sau C6H12O6.

8/8/2019 CELULOZA2003

http://slidepdf.com/reader/full/celuloza2003 2/4

Glucoza este o substanta care are rol foarte important in respiratia celulara si in fotosinteza:CO2 (g) + H2O (l) + lumina = C6H12O6 (s) + O2 (g) (ecuatia fotosintezei).Atomii de hidroxil sunt grupati ordonat precum structura cristalului in lantul de celuloza.Legaturile de hidrogen in regiunile cristaline sunt puternice ducand la insolubilitate inmajoritatea solventilor. Ei impiedica celuloza sa se topeasca. In regiunile mai putin ordonatelanturile sunt mult mai departate si mai dispuse la combinarea hidrogenului cu alte molecule

precum apa. Deoarece elemntele componente ale celulozei sunt nemetale celuloza prezintalegaturi covalente. Rezulta astfel o structura filiforma a lantului macromolecular celulozic.Datorita structurii (celuloza este formata dintr-un singur monomer) este numita polizaharida sinu poate fi digerata de oameni. Din punct de vedere chimic este un carbohidrat, adica opolizaharida. Hidroxilii celulozei reactioneaza cu aldehidele si formeaza acetatii. Aceasta reactieduce la stabilitate. Animalele precum vacile, oile, caii si alte ierbivore au enzimele necesaredigerarii acestui material marind viteza hidrolizei celulozei si transformand-o in glucoza. Omul nuare aceste enzime.

IV. Producerea celulozei Polizaharidele, precum celuloza sunt produse eliminand apa continuta in moleculelemonozaharoase. In acest caz glucoza este monozaharida. Companiile de bumbac si alte fabrici

de materiale textile impreuna cu alte metode folosesc acest proces pentru a rafina celuloza.Cea mai pura varietate de celuloza se obtine din bumbac prin egrenarea (indepartareasemintelor) si apoi spalarea vatei din capsulele plantei de bumbac. Aceasta varietate estefolosita aproape exclusiv in scopuri textile.O celuloza mai putin pura se obtine din lemn, stuf sau paie. In acestea celuloza este amestecatacu diferiti componenti necelulozici, numiti irecruste (lignina, oligozaharide, ceruri, rasini.), caretrebuie indepartati. Separarea se poate face cu ajutorul unor reactivi acizi sau bazici care dizolvaincrustele, eliberand cea mai mare parte a materialului celulozic util. Printre reactivii folositi, celmai intrebuintat este bisulfitul de calciu, Ca(HSO3)2 (in procedeul bisulfitic) sau amestecul desulfat de sodiu si hidroxid de sodiu (in procedeul sulfat). Celuloza rezultata este supusa albirii siserveste la fabricarea hartiei sau la chimizare.

V. Proprietati fiziceCeluloza este o substanta amorfa, de culoare alba, insolubila in apa sau in solventi organici. Desise 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 formeazacelobioza (dizaharida) care, hidrolizata enzimatic, conduce la glucoza. Organismul uman nu areenzimele necesare hidrolizarii celulozei. De aceea celuloza nu este o substanta nutritiva pentruom.Structura filiforma a macromoleculelor de celuloza a permis orientarea lor paralela si realizareaunui 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 celulozaeste rezistent.

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

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

 Tratata cu amestec de acid acetic si anhidrida acetica, celuloza poate forma mono-, di- sau tri-acetatul de celuloza. Prin tratare cu solutii concentrate de hidroxid de sodiu, celuloza formeaza

8/8/2019 CELULOZA2003

http://slidepdf.com/reader/full/celuloza2003 3/4

un produs de tip alcoolat (alcoxid), denumit alcoliceluloza, ce poate avea, de asemenea, diferitegrade de transformare. Asemenea produsi sunt obtinuti si folositi direct la fabricarea fibrelorartificiale. Fibrele de celuloza din bumbac au lungimi de 20-30 mm si de aceea pot fi toarse infire care apoi se tes. Fibrele celulozice din lemn sunt foarte scurte, 3-5 mm si incercarea de a letoarce nu a condus la nici un rezultat. Prin prelucrare fizico-chimica a acestora s-au realizatfibrele artificiale, denumite curent matase artificiala (au luciu asemanator cu cel al matasiinaturale).Se cunosc astazi mai multe procedee de fabricat matase artificiala. Procedeul vascoza sebazeaza pe relatia ce are loc intre alcoliceluloza si sulfura de carbon, CS2 prin care se obtinexantogenatul de celuloza. Acesta este solubil in solutie de hidroxid de sodiu, formand o solutie

coloidala, vascoasa, vascoza (de unde si numele procedeului ). Trecuta prin orificii foarte fineintr-o baie de acid sulfuric diluat (filare umeda) solutia de vascoza se neutralizeaza, iarxantogenatul se descompune in celuloza si sulfura de carbon. Pe aceasta cale celuloza seregenereaza sub forma unui fir continuu, desi provine din fibre foarte scurte din lemn. Dacaceluloza este supusa fierberii cu un acid mineral (acid clorhidric sau sulfuric) concentrat, ea sedescompune intr-un produs care se dovedeste a fi glucoza.

V II. Derivati ai celulozei  Nitratul de celuloza a fost primul material plastic realizat cu succes in 1869 prin transformareacelulozei in nitrat. Este folosita in industrie pentru confectionarea lacurilor (1920 - folosita pentruprima data), pieselor de tualeta. Este folosita si la explozibili.Tratata duce la formarea vascozeisau celuloza acetata folosita pentru lacuri.

OH OCOCH3

  C6H7O2 OH + 3nCH3COOH -3n H2O

C6H7O2 OCOCH3

  OH n OCOCH3

n

Celuloza acetatide celuloza Acetatul de celuloza a fost produsa din reactia celulozei cu acidul acetic, anhidrida acetica sicatalizatori. A fost folosita pentru prima data in 1930. E utilizata in confectia materialelor deimpachetat, 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 trasain fire. Procedeul acetat realizeaza matasea acetat, folosind acetatul de celuloza. Solutiaacestuia in acetona este supusa filarii la cald (uscata). Solventul se evapora si este recuperat, iarfirul de acetat de celuloza coaguleaza si se intareste. Tesaturile de matase acetat sunt mairezistente dar mai putin higroscopice decat cele din matase vascoza. La noi in tara fibreleartificiale 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 incomert, 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 fostscoasa repede de pe piata deoarece era inflamabila. Acum matasea artificiala e folosita camaterie prima pentru haine si este fibra cea mai utila omului.Celuloidul (primul plastic).Esterificarea celulozei este o reactie de substitutie. Se poate esterifica fie cu acizi minerli (ex.HNO3), fie cu acizi organici(ex. CH3COOH).

OH ONO2

  C6H7O2 OH + 3nHONO2 -3n H2O C6H7O2

  ONO2

  OH n ONO2 n

celulozaNitrati de celulozaVIII. Utilizari Celuloza este utilizata la obtinerea substantelor explozibile de tip pulbere fara fum; a matasiiartificiale de tip vascoza (milaneza) si a matasii acetat; a nitrolacurilor si nitroemailurilor (lacuride acoperire cu uscare rapida si luciu puternic); a celofanului. Este o materie prima de marevaloare economica si constituie punctul de plecare in fabricarea unor produse importante, dintre

8/8/2019 CELULOZA2003

http://slidepdf.com/reader/full/celuloza2003 4/4

care cea de hartie ocupa un loc principal (a fost folosita pentru obtinerea hartiei inca din secolul2).Se intalneste in cantitati mari in aproape toate plantele si este o principala sursa de hrana. Areproprietati de reducere a valorii calorice a unor alimente daca in acestea se adauga celulozacristalizata. Matasea vascoza este intrebuintata la fabricarea diferitelor tesaturi precum si acordului pentru anvelope. Daca solutia de vascoza este filata, printr-o fonta fina in baie de acidsulfuric diluat si glicerina, se obtin folii dintr-un produs larg folosit-celofanul. Produse care continceluloza: bureti, spray-uri pentru alergie sau pudre, benzi medicale. Celuloza este foarte ieftinapentru ca este foarte abundenta.