Celuloza jest typowym wielocząsteczkowym materiałem budulcowym przyrody, jest ona obok innej substancji wielkocząsteczkowej – ligniny , głównym składnikiem drewna. Pod względem chemicznym celuloza jest polisacharydem , zbudowanym z cząsteczek cukru , połączonych mostkami tlenowymi. Geometria cząsteczki przedstawia się następująco:

Ma ona wzór sumaryczny (C₆H₁₀O₅ )_n i stanowi ciąg sześcioczłonowych pierścieni zawierających tlen, związany z wieloma grupami wodorotlenowymi. Atomy węgla w cząsteczce glukozy są przeważnie asymetryczne , a różne cukry różnią się konfiguracją podstawników wokół tych atomów. Celuloza to polisacharyd o cząsteczkach , złożonych z kilkuset do kilkuset tysięcy jednostek glukozy połączonych wiązaniami wiązaniami β-1,4-glikozydowymi . Łańcuchy te mają długość około 7 μm.

Celuloza czyli błonnik jest głównym budulcem ścianek komórek roślinnych. Nadaje ona sztywność i kształt roślinom. Ponieważ celuloza zajmuje około 40% suchej masy roślin, jest wykorzystywana przez roślinożerców jako źródło węgla. Zwierzęta nie wytwarzają jednak enzymów trawiących celulozę, przyswajanie jej jest możliwe dzięki enzymom produkowanym przez bakterie symbiotyczne żyjące w ich przewodzie pokarmowym. U człowieka celuloza praktycznie nie jest przyswajana, ale odgrywa istotną rolę jako substancja wypełniająca i pobudzająca perystaltykę jelit. W niemal czystej postaci celuloza występuje w bawełnie, włóknach lnu, juty i konopi.

Pod mikroskopem włókna przypominają wstążeczki :

Czysta celuloza jest substancją stałą, włóknistą, bez smaku i zapachu. Jest ona nierozpuszczalna w wodzie i rozpuszczalnikach organicznych. Dobrze jednak się rozpuszcza w amoniakalnym roztworze wodorotlenku miedzi (II), tzw. odczynniku Schweitzera. Z roztworu tego kwasy wytrącają celulozę w postaci włókien -celuloza hydratyzowana. Pod wpływem stężonego kwasu siarkowego celuloza ulega hydrolizie , której produktem końcowym jest glukoza. Podobnie jak alkohole celuloza ulega estryfikacji , co wykorzystuje się do wytwarzania azotanu oraz octanu celulozy.

Estry celulozy dzielimy na : estry kwasów nieorganicznych i organicznych. Azotan celulozy, czyli tzw. nitrocelulozę – można otrzymać przez estryfikację celulozy kwasem azotowym lub jego mieszaninami głównie z kwasem siarkowym. Nitroceluloza zachowuje włóknistą budowę celulozy i nie różni się od niej wyglądem zewnętrznym. W wyniku całkowitej estryfikacji wszystkich grup OH obecnych w cząsteczce celulozy otrzymuje się trój azotan celulozy.

(C₆H₇O₂-(OH)₃)_n + 3n HNO₃ ( C₆H₇O₂- (ONO₂)₃)_n + 3n H₂O

W zależności od stopnia polimeryzacji i stopnia estryfikacji nitroceluloza wykorzystywana jest w produkcji materiałów wybuchowych, klei, lakierów oraz tworzyw sztucznych.

W reakcji celulozy z dwusiarczkiem węgla i wodnym roztworem wodorotlenku sodowego powstaje tzw. ksantogenian celulozy, który po rozpuszczeniu się w roztworze zasady tworzy lepką zawiesinę koloidalną zwaną wiskozą. Podczas przetaczania wiskozy przez dysze przędzalniczą do kąpieli o odczynie kwasowym , celuloza regeneruje się w postaci cienkich włókien, które tworzą nitki materiału jedwabiu zwanego jako sztuczny jedwab. Jeżeli wiskozę przetłacza się przez wąską szczelinkę, to celuloza regeneruje się w postaci cienkich arkuszy , które po zmiękczeniu gliceryną– stosuje się jako powłoki ochronne– celofan.

Celulozę alkiluje się na skale przemysłową przez działanie na nią chlorkami alkilów w obecności zasad. W reakcjach tych następuje degradacja celulozy. Metylowe, etylowe i benzynowe etery mają znaczenie w produkcji tkanin, filmów i różnych przedmiotów z tworzyw sztucznych.

Analizując właściwości celulozy i możliwość poddawania jej różnym reakcją wykorzystuje się ją do produkcji:

1. Celuloidu- który jest najstarszym termoplastycznym tworzywem sztucznym. Głównym składnikiem tego tworzywa jest produkt niepełnej estryfikacji celulozy kwasem azotowym. Oprócz tego celuloid zawiera około 40% kamfory (jako zmiękczacza) oraz barwniki i wypełniacze. Celuloid jest łatwopalny, mało odporny na działanie związków chemicznych i na światło, odporny na uderzenia. Stosowany do produkcji zabawek, przyborów kreślarskich, wyrobów codziennego użytku, dawniej także do produkcji błon filmowych.

2. Papieru-który jest produktem przemysłowym w postaci arkuszy lub wstęg, otrzymywany w wyniku spilśnienia i dalszej obróbki rozdrobnionych i zawieszonych w wodzie włókien, głównie pochodzenia roślinnego z ewentualnym dodatkiem wypełniaczy np. siarczanu barowego, kredy, talku, substancji klejących, barwników oraz innych środków nadających specjalne własności.

Celulozowa masa to najważniejszy półprodukt włóknisty przemysłu papierniczego, otrzymywany w wyniku chemicznego roztwarzania drewna , roślin jednorocznych lub odpadów przemysłu włókienniczego. Masa celulozowa składa się z celulozy i pozostałych po roztwarzaniu węglowodanów. W zależności od metody roztwarzania otrzymuje się 2 gł. typy masy celulozowej: siarczynową i siarczanową- masa celulozowa siarczynowa jest w stanie niebielonym jaśniejsza od siarczanowej, z której otrzymuje się wytwory papiernicze o wyższej wytrzymałości. Masę celulozową niebieloną stosuje się głównie do produkcji mocnych papierów pakowych i technicznych. Bieloną do białych wytworów papierniczych lepszych klas. Masy celulozowe z drewna liściastego i słomy, zw. masami krótkowłóknistymi, znajdują zastosowanie wyłącznie w postaci bielonej. Masy celulozowe z drewna liściastego służą coraz szerzej do produkcji papierów drukowych, natomiast masy celulozowe uzyskiwane ze szmat, odpadów lnianych, konopnych lub bawełnianych, zwane masami długowłóknistymi (szmacianymi) stanowią najcenniejszy półprodukt włóknisty przemysłu papierniczego, bywają stosowane do wytwarzania wysokogatunkowych papierów drukowych , najcieńszych bibułek oraz papierów banknotowych, dokumentowych, do poczty lotniczej. Masy celulozowe dodatkowo uszlachetniane służą do przeróbki w przemyśle chemicznym na wiskozę, celuloid, materiały wybuchowe, lakiery.

1. Waty celulozowej, ligninej – produkt przeróbki drewna -świerka, osiki- celuloza sprasowana na cienkie arkusze. Ma dobre własności chłonne i jest używana jako materiał opatrunkowy zastępujący watę bawełnianą.

2. Celofanów – bezbarwne arkusze ochronne lub dekoracyjne otrzymywane w wyniku przetłaczania wiskozy przez wąską szczelinę do kąpieli koagulującej, po czym następuje dalsza obróbka chemiczna i wielokrotne płukanie zakończone kąpielą w glicerynie. Celofan zawiera krótsze łańcuchy jednostek glukozowych niż pierwotna wiskoza, jest łatwopalny, silnie chłonie wodę. produkt polski nosi nazwę tomofanu.

3. Lakierów – roztwory koloidowe nielotnych substancji powłokotwórczych (błonotwórczych) w rozpuszczalnikach i rozcieńczalnikach organicznych, o własnościach ochronnych i dekoracyjnych, które po nałożeniu cienką warstwą na powierzchnię przedmiotu tworzą, wskutek przemian chemicznych i fizykochemicznych, stałe powłoki (błony) przylegające ściśle do powierzchni przedmiotu.

Bibliografia

1. „ Słownik chemiczny” – red. naukowy Jerzy Chodkowski

2. „ Chemia popularna „ – J. Rudolph

3. Internetowa encyklopedia „ Wikipedia”

4. http://echemia.info/1107_zastosowanie-celulozy.html

5. http://andrzej_radomski.users.sggw.pl/chpdr/wyklad-chdrewna4.ppt