Tselluloos
Tselluloos on looduslik kiudaine taimede rakukestades esinev hargnemata struktuuriga polüsahhariid (süsivesik), mis koosneb β-D-glükopüranoosi jääkidest. Mõistet "tselluloos" kasutatakse nii looduses taimede rakukestades esineva tselluloosi kui ka tööstuslikult taimsest materjalist (põhiliselt puidust) eraldatud tselluloosi kohta.
Tselluloosi ehitust kirjeldab valem (C6H10O5)n, kus n (elementaarlülide arv) on 7000-15000. Tselluloos on kristalne, tugev ja raskesti hüdrolüüsitav glükoosi homopolümeer.
Looduses
Taimedele annab põhiliselt tugevuse rakukestade ehitusmaterjaliks olev tselluloos, mille struktuur on suhteliselt jäik. Tselluloos on kõige levinum orgaaniline aine Maal, moodustades keskmiselt 33% taimsest materjalist. Vähemal määral leidub seda kõigi seente ja bakterite rakukestades. Tselluloosi sisaldus puuvillas on 90%, puidus 40–50 %, kanepis 75%, õlgedes ja pilliroovartes umbes 36%. Tselluloos kui tööstuslikult toodetav tehniline kiudaine (85–95% tselluloosi) saadakse taimedest; puit on tselluloosi- ja paberitööstuse lähtematerjal.[1]
Inimesed ja paljud loomad ei ole võimelised tselluloosi seedima, kuna neil puudub vajalik ensüüm. Kuid näiteks termiitide ja mäletsejate seedetraktis olevad bakterid toodavad selleks vajalikku ensüümi.
Tselluloos koos teiste taimsete orgaaniliste ainetega (hemitselluloos, ligniin jt) on oluline taastuv loodusressurss. Üks osa sellest ressursist läheb looduse aineringesse lagundajate osalusel. Süsinikuringe säilimiseks vajalik tselluloosi lagunemine toimub spetsiifiliste seente ja bakterite elutegevuse tulemusena, seda põhjustab ensüüm tsellulaas, mis hüdrolüüsib tselluloosi glükoosini. Teine osa kasutatakse energiaallikana, ehk põletatakse kütusena. Kolmas, väiksem osa kasutatakse keemiatööstuse lähtematerjalina.
Keemilised omadused
Tselluloos on vees lahustumatu hargnemata struktuuriga polüsahhariid. Vesiniksidemete kaudu on tselluloosi molekulid liitunud kimpudeks. Sellel ei ole sulamistemperatuuri, üle 300°C laguneb. Tselluloosi makromolekul hüdrolüüsub kontsentreeritud mineraalhapetes, kuid leeliste suhtes on püsiv.
See on perspektiivne taastuv algmaterjal keemiatööstusele, mida arendatakse kahes põhisuunas:
- tselluloosi polümeersete molekulide destruktsioon glükoosiks. Tselluloos hüdrolüüsub väävelhappe juuresolekul ja moodustab glükoosi. Sellel reaktsioonil põhineb tselluloosi kasutamine lähteainena tööstusliku glükoosi ja piirituse (alkoholi) tootmisel. Lignotselluloos on perspektiivne lähtematerjal bioetanooli või biobutanooli tootmiseks, kuid senised eeltöötlus- ja fermentatsioonitehnoloogiad vajavad täiustamist.
- tselluloosi polümeersete molekulide derivatiseerimine. Tselluloosi ahelates esinevad hüdroksüülrühmad (–OH) saab osaliselt või täielikult (loetakse asendusi ühe elementaarlüli kohta) asendada ja saadakse uute omadustega derivaadid, põhiliselt tselluloosi estrid ja tselluloosi eetrid. Näiteks atsetüültselluloos ja triatsetüültselluloos, nitrotselluloos, metüül- ja etüültselluloos jpt. Erinevalt tärklisest reageerib tselluloos tugevate hapetega (näiteks lämmastikhappega) ja moodustab mono-, di-, trinitrotselluloosi. Neist viimase, mis on tuntud lõhkeaine, valmistamisel kasutatakse puuvilla (90% tselluloos).
Tselluloosi tehnoloogia
Pikemalt artiklis Tselluloosi- ja paberitööstus
Tselluloos kui tehniline kiudaine saadakse tselluloosi- ja paberitööstustes puidust.
- Puidu eeltöötlus: koorimine, laastu valmistamine
- Keet: sulfaatkeet või sulfitkeet või leeliskeet
- Tselluloosi järeltöötlus: pesemine, sorteerimine, pleegitamine, kuivatamine
Olulisemad tselluloosist saadavad produktid:
- paber ja papp
- atsetaattselluloos
- nitrotselluloos
- ksantogenaattselluloos, sellest saadakse viskooskiudu
- karboksümetüültselluloos
Eestis toodetakse pleegitamata sulfaattselluloosi Kehras Tolaram Grupile kuuluvas ettevõttes Horizon Pulp&Paper (asutatud 1938) ja Kundas asuvas haavapuitmassi tehases AS Estonian Cell (alustas 2006).[2]
Atsetüültselluloos ehk tselluloosi etaanhappeestrid saadakse jää-äädikhappe või äädikhappeanhüdriidi toimel tselluloosile katalüsaatori (tugeva mineraalhappe) manulusel, nimetatakse atsetüülimine. Atsetaattselluloos on atsetaatkiu, filmi, elektriisolatsioonimaterjalide jm tootmise lähteaine.
Alates 1970-ndate lõpust on tuntud tselluloosist saadav nanotselluloos. Selle kui spetsiifilise materjali mehhaanilised omadused, kilemoodustumise võime, viskoossus ja biolagunevus on paljulubavad mitmesugusteks rakendusteks elektroonikas, meditsiinis jm.