Celuloza- Ilinca Cristina

CELULOZA

     Celuloza este o substanță macromoleculară naturală din clasa glucidelor, fiind constituentul principal al membranelor celulelor vegetale. Celuloza este polizaharidă și împreună cu lignina (un compus macromolecular aromatic) și alte substanțe, formează pereții celulelor vegetale și conferă plantei rezistență mecanică și elasticitate. Aceasta are aceeași formulă brută ca și amidonul (C₆H₁₀O₅)_n, unde n poate atinge cifra miilor.

Istoric:

     Celuloza a fost prezentă pe Terra de când au apărut copacii și plantele fiind constituentul principal al pereților celulari vegetali. Datorită acestui fapt nu există o dată anume pentru descoperirea ei; a apărut înainte de nașterea omului. Recunoașterea celulozei ca fiind un constituent principal al peretelui celular vegetal a fost în glucoză.

     Hârtia (cea mai utilizată celuloză) a fost creată prima dată în anul 1838 datorită descoperirilor botanistului francez Anselme Payen care a izolat celuloza pentru prima dată din lemn. Atunci a fost înțeleasă structura sa. În prezent celuloza este polizaharida cea mai răspândită în natură și se află sub observația oamenilor de știință producându-se schimbări în procesul de prelucrare, utilizări și genetica plantelor (mulți fermieri fiind interesați de mutațiile genetice pentru a produce cantități mai mari de bumbac).

 Structura celulozei:

     Timp de mulți ani s-a acceptat că celuloza este un lanț lung de polimeri, alcătuit din glucoză. În anii 1900 celuloza a fost descrisă mai amănunțit de Cross și Bevan. Ei au îndepărtat părțile vegetale prezente în mod normal în celuloză prin dizolvarea lor în soluție concentrată de hidroxid de sodiu. Partea care nu s-a dizolvat a fost numită alpha-celuloză. Materialul solubil (ß-celuloza și γ-celuloza) s-a dovedit mai târziu a nu fi celuloză ci zaharuri și carbohidrați.

Surse de celuloza:

     Celuloza apare în stare pură în componența bumbacului. Din acesta se obține cea mai pură celuloză prin îndepărtarea semințelor și spălarea vatei din capsulele de bumbac, iar celuloza rezultată este folosită în industria textilă deoarece are un procent de 91% celuloză. Se găsește în combinație cu lignină în lemn (40-60%). Fibrele de celuloză prezente în lemn sunt sub forma unui polimer complex: lignină. Acesta tratat cu substanțe alcaline duce la formarea hârtiei. Alte surse sunt inul, cânepa, stuful (50%). Formarea celulozei în plante este rezultatul unui proces de biosinteză fotochimică. Peretele celular vegetal este alcătuit din celuloză cu excepția câtorva tipuri de alge. Celuloza este organizată în microfibre. Structura conferă rigiditate plantei și un mediu poros favorabil circulației apei, mineralelor și altor substanțe nutritive. Celuloza formează părțile de susținere ale plantelor împreună cu lignina și alte substanțe necelulozice, și conferă acestora elasticitate. Multe din speciile de plante care conțin un nivel ridicat de celuloză sunt benefice omului.

     Numeroasele grupări hidroxil existente de-a lungul lanțului, în resturile glucozice, formează între ele un număr uriaș de legături de hidrogen care împachetează foarte strâns lanțurile macromoleculare și conferă celulozei structura macroscopică de fir. Deși este considerat ca fiind produs de plante și unele bacterii produc celuloză.

Producerea celulozei:

     Polizaharidele, precum celuloza sunt produse eliminând apa conținută în moleculele monozaharoase. În acest caz glucoza este monozaharidă. Companiile de bumbac și alte fabrici de materiale textile împreună cu alte metode folosesc acest proces pentru a rafina celuloza. Cea mai pură varietate de celuloză se obține din bumbac prin egrenarea (îndepărtarea semințelor) și apoi spălarea vatei din capsulele plantei de bumbac. Această varietate este folosită aproape exclusiv în scopuri textile.

     O celuloză mai puțin pură se obține din lemn, stuf sau paie. În acestea celuloza este amestecată cu diferiți componenți necelulozici, numiți irecruste (lignină, oligozaharide, ceruri, rășini.), care trebuie îndepărtați. Separarea se poate face cu ajutorul unor reactivi acizi sau bazici care dizolvă incrustele, eliberând cea mai mare parte a materialului celulozic util. Printre reactivii folosiți, cel mai întrebuințat este bisulfitul de calciu, Ca(HSO3)2 (în procedeul bisulfitic) sau amestecul de sulfat de sodiu și hidroxid de sodiu (în procedeul sulfat). Celuloza rezultată este supusă albirii și servește la fabricarea hârtiei sau la chimizare.

Proprietăți fizice:

· Formula: (C6H10O5)n

· Culoarea: poate fi opacă sau transparentă; deoarece este foarte stabilă poate rezista la umezeală sau la contactul cu alte grăsimi foarte bine, dar fiind ușor distrusă la contactul cu acizii.

· Punctul de topire: necunoscut

· Punctul de fierbere: necunoscut

· Temperatura de descompunere: 2600°C

· Densitatea (în stare naturală): între 1,27 - 1,60 g/ml

· Masa: 162g

· Compoziția: 44,4% din componența celulozei este carbon; 6,2% hidrogen; 49,4% oxigen.

Proprietăți chimice:

     Deoarece conține un număr mare de grupări de hidroxil, reacționează cu acizi și formează esteri sau cu alcool și formează eteri. Din modul în care celuloza reacționează cu diferiți reactivi s-a dedus că în macromolecula ca fiecare rest de glucoză prezintă trei grupări hidroxil capabilă să reacționeze chimic. Grupările hidroxil din celuloză au reactivitate normală și participă la reacțiile specifice lor: formarea de eteri, de esteri, de alcooli. După numărul grupărilor hidroxil dintr-un rest glucozic, care participă la asemenea reacții se obțin produși cu diferite grade de transfer.

     Tratată cu amestec de acid acetic și anhidridă acetică, celuloza poate forma mono-, di- sau tri-acetatul de celuloză. Prin tratare cu soluții concentrate de hidroxid de sodiu, celuloza formează un produs de tip alcoolat (alcoxid), denumit alcaliceluloză, ce poate avea, de asemenea, diferite grade de transformare. Asemenea produși sunt obținuți și folosiți direct la fabricarea fibrelor artificiale. Fibrele de celuloză din bumbac au lungimi de 20-30 mm și de aceea pot fi toarse în fire care apoi se țes. Fibrele celulozice din lemn sunt foarte scurte, 3-5 mm și încercarea de a le toarce nu a condus la nici un rezultat. Prin prelucrare fizico-chimică a acestora s-au realizat fibrele artificiale, denumite curent mătase artificială (au luciu asemănător cu cel al mătăsii naturale).

Utilizare:

     Celuloza este utilizată la obținerea substanțelor explozibile de tip pulbere fără fum; a mătăsii artificiale de tip vâscoză (milaneză) și a mătăsii acetat; a nitrolacurilor și nitroemailurilor (lacuri de acoperire cu uscare rapidă și luciu puternic); a celofanului. Este o materie primă de mare valoare economică și constituie punctul de plecare în fabricarea unor produse importante, dintre care cea de hârtie ocupă un loc principal (a fost folosită pentru obținerea hârtiei încă din secolul al II-lea).