Capitolul 1. ArgumentCe este celuloza și cum se produce?

Celuloza este o substanță macromoleculară naturală din clasa glucidelor, fiind constituentul principal al membranelor celulelor vegetale. Celuloza este o polizaharidă care 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.

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.

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).

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.

Hârtia este un material plan și subțire, având ca element esențial suprafața sa pe care se poate scrie, ale cărei dimensiuni sunt mult mai mari decât grosimea sa. Hârtia este obținută din fibre de celuloză amestecate, care se mențin împreună fără un alt material fluid cu excepția legăturilor de hidrogen și a împletirii fibrelor. Deși cele mai căutate materiale celulozice pentru fabricarea hârtiei sunt pulpa lemnoasă a unor specii de arbori de esență moale, în special cea a coniferelor, datorită existenței fibrelor de celuloză în structura multor plante, de la ierburi până la arbori, se pot folosi și multe alte fibre, așa cum ar fi cele ale plantelor de bumbac, in, cânepă sau orez.

Consumul din ce în ce mai mare de hârtie, în special în țările dezvoltate, depinde de disponibilitatea lemnului sau de prețul mic pentru lemnul de celuloză, care alimentează fabricile de hârtie. Pădurile din Indonezia și cele din zone diferite de pe Glob sunt defrișate pentru a face loc plantațiilor de arbori. Unele dintre aceste plantații furnizează companiilor producătoare de hârtie cantități masive de lemn de celuloză ieftin, iar altele furnizează chiar ulei de palmier ieftin,folosit într-o gamă variată de produse alimentare comerciale și, din ce în ce mai mult, și ca biocombustibil.

Celuloza este utilizată la obținerea substanțelor explozibile de tip pulbere fără fum; a mătăsii artificiale de tip vâscoză și a mătăsii acetat; 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 2).

Se întâlnește în cantități mari în aproape toate plantele și este o principală sursă de hrană. Are proprietăți de reducere a valorii calorice a unor alimente dacă în acestea se adaugă celuloză cristalizată. Mătasea vâscoză este întrebuințată la fabricarea diferitelor țesături precum și a cordului pentru anvelope. Dacă soluția de vâscoză este filată, printr-o fontă fină în baie de acid sulfuric diluat și glicerină, se obțin folii dintr-un produs larg folosit-celofanul. Produse care conțin celuloza: bureți, sprayuri pentru alergie sau pudre, benzi medicale. Celuloza este foarte ieftină pentru că este foarte abundentă.

Capitolul 2. Polizaharide

2.1 Celuloza. Materii primeCeluloza este materialul din care sunt construiţi pereţii celulelor vegetale. Se găseşte adesea în plante în formă de fibre.

Ea este intim amestecată cu cantităţi variabile de materii străine (incruste), anume cu alte polizaharide, cu lignină, grăsimi, răşini şi cu substanţe minerale. Îndepărtarea acestor materii străine nu este posibilă fără o modificare, mai mult sau mai puţin înaintată, a celulozei. Cea mai pură celuloză este aceea din fibrele vegetale textile, cum sunt perii seminţelor de bumbac,fibrele din tulpina de ramie (crescând în Asia Orientală) şi fibrele de in.

● Pentru prepararea celulozei pure se porneşte de la bumbac, al cărui conţinut în celuloză trece de 90 %. Bumbacul se spală în condiţii blânde cu săpun, apoi cu hidroxid de sodiu şi se albeşte cu hipoclorit de sodiu. Dacă se urmăreşte izolarea celulozei într-o stare cât mai apropiată de cea naturală. Se evită în operaţiile de purificare întrebuinţarea agenţilor oxidanţi, şi chiar tratarea cu hidroxid de sodiu se execută în absenţa oxigenului din aer, care în aceste condiţii vatămă molecula celulozei. Celuloza ‘’pură’’

conţine 99,8% celuloză insolubilă în hidroxid de sodium de 17,5% ( numită α−celuloză). Puterea reducătoare faţă de soluţia Fehling este minimă (cantitatea de cupru, in grame, redusă de 100g celuloză, ˝indicele de cupru˝este de 0,17. Această celuloză conţine totuşi încă 0,26% cenuşă.

Celuloza este materia primă a numeroase și importante industrii. Unele dintre ele, cum sunt industriile textile, folosesc fibre naturale(bumbac, in, cânepă, etc.), supunându-le unor transformări mai mult mecanice. Altele, cum sunt fabricațiile fibrelor artificiale și ale esterilor celulozei, transformă celuloza pe cale chimică.

Ca materie primă, în industriile de prelucrare chimică ale celulozei, se utilizează mai ales celuloza din lemn, si mult mai rar bumbacul. Se folosește și celuloza din paie, din diferite ierburi și din stuf.

Lemnul este un agregat compact de celule și de canale sau vase prin care circulă seva plantei. Aceste vase sunt construite din mai multe celule suprapuse, între care dispar pereții despărțitori (trahee). La conifere, vasele se compun din celule unice, alungite(traheide).

După celuloză, cea mai importantă componentă a lemnului este lignina,o combinație aromatică, macromoleculară, amorfă, care umple toate spațiile din jurul fibrelor de celuloză, unindu-le într-un agregat rigid. Lignina joacă deci un rol comparabil cu al cimentului, iar celuloza cu al fierului, in betonul armat.

Celuloza nu poate fi separată ușor de lignină. În laborator, celuloza de lemn se izolează cel mai bine cu o soluție apoasă de bioxid de clor, care nu oxidează decât puțin celuloza. Celulozele obținute pe această cale au grade de polimerizare (vâscozimetrice) variind între 1200(molid) , 1300(fag) și 1400(plop). 2.2 Structura celulozei

1. Prin hidroliză cu acid clorhidric suprasaturat, celuloza se desface aproape cantitativ (96,5), în D-glucoză. Se poate admite, deci, că această polizaharidă este compusă numai din resturi de D-glucoză.

2. Prin hidroliză în condiţii diferite, tot cu acid clorhidric, se formează alături de glucoză o dizaharidă, celobioza, o trizaharidă, celotrioza, o tetrazaharidă, celotetraoza, precum şi o oligozaharidă mai înaltă, probabil o hexazaharidă. Aceste combinaţii cristalizate(celodextrine) sunt fragmente ale macromoleculei primitive de celuloză. Puterea rotatorie mică a acestor compuşi este o indicaţie că resturile de glucoză care le compun sunt legate de β−glicozidic.

;

alţi esteri şi eteri. Şi aceşti compuşi au structură macromoleculară, căci nu se topesc la încălzire, ci se carbonizează când sunt încălziţi peste 300°. Prin hidroliza trimetilcelulozei, cu acizi, se obţine 2,3,6−trimetilglucoza, la fel ca din octametilmaltoză şi din octametilcelobioză.

La stabilirea structurii celulozei a fost de mare ajutor spectrul de raze X(Sponsler şi Dore, 1926). Cu tot aspectul ei amorf, celuloza se comportă faţă de razele X ca o substanţă cristalină. Celula elementară a reţelei cristaline este străbătută de cinci macromolecule.

Prin metoda razelor X nu se poate determina lungimea macromoleculelor celulozei. Acestea au lungimi inegale şi sunt repartizate în fibre, încât marginile lor nu sunt situate într−un plan şi deci nu dau naştere unor pete de interferenţă în spectrul de raze X.

7. Determinarea gradului de polimerizare => Pentru cunoaşterea strucuturii celulozei este necesar să se determine numărul de resturi de glucoză, ce fac parte din macromoleculă, adică gradul de polimerizare, celuloza rezultând dintr−o reacţie de policondensare şi utilizându−se în cazul acesta termenul de grad de polimerizare.

Un fapt important => este marea variaţie a greutăţii moleculare la diferitele celuloze. Termenul ˝celuloză˝ nu desemnează un compus unitar, ci o categorie de substanţe cu molecule construite după acelaşi principiu, dar variind considerabil prin mărimea lor.

Celuloza din lemn are grade de polimerizare mai mici decât celuloza din bumbac şi in, din cauza tratamentului energic la care este supusă în cursul fabricării. Celulozele cu grade de polimerizare diferite se deosebesc prin anumite proprietăţi fizice ale lor, de exemplu prin rezistenţa mecanică, îmbibarea cu dizolvanţi şi solubilitate. Proprietăţile chimice nu sunt influenţate decât puţin de mărimea macromoleculei.