Cellulose

Cellulose
vernetzte Artikel
Zellstoff		Stärke

Was ist Cellulose?

Hauptbestandteil von pflanzlichen Zellwänden (Massenanteil 50%) und damit die häufigste organische Verbindung der Erde
deshalb auch das häufigste Polysaccharid
unverzweigtes Polysaccharid, das aus mehreren Hundert bis zehntausend β-Glucose-Molekülen ((1-4)β-glykosidische Bindung) besteht sehr lange Kettenbildung
wird in der Plasmamembran gebildet und vernetzt sich durch 60-70 parallele Anordnung untereinander zu fibrillären Strukturen
durch Quervernetzung der einzelnen Stränge über Wasserstoffbrücken zwischen freien Elektronenpaaren und Sauerstoffatomen wird eine hohe Zugfestigkeit erreicht
faserigen, feste, wasserunlöslich Substanz
geringes Quellvermögen

Bedeutung der Cellulose für die Ernährung

da im menschlichen Organismus keine ß-Amylase vorliegt, ist Cellulose unverdaulich
gehört zu den Ballaststoffen (tragen zur besseren Verdauung bei)
nur wenige Mikroorganismen (z.B. symbiontischen Bakterien des Wiederkäuermagens und Holz zerstörende Pilze) besitzen Enzyme, die den Abbau der Cellulose katalysieren
wird auch in der Nahrungsmittel- und Pharmaindustrie verwendet, z.B. in Tabletten als Aufbaustoff. Als Lebensmittel-Zusatzstoff trägt sie die Bezeichnungen E 460 E-Nummern:

Mikrokristalline Cellulose

E 460 i Mikrokristalline Cellulose

E 460 ii Cellulosepulver

Modifizierte Cellulose

E 461 Methylzellulose

E 463 Hydroxypropylzellulose

E 464 Hydroxypropylmethylzellulose

E 465 Ethylmethylzellulose

E 466 Carboxymethylzellulose

Cellulose chemisch

ein Cellulosemolekül besteht aus mehreren tausend Glucose – Einheiten (siehe Monosaccharide)

in den Zellwänden liegt Glucose in Form von so genannten Molekülaggregaten bzw. Mikrofibrillen vor

Worin ist Cellulose enthalten?

Pflanzen

z.B. Holz, Baumwolle

Cellulose & Kleidung

Kleidung ist ein Grundbedürfnis des Menschen

die wichtigste Textilfaser ist Baumwolle, welche zu ca. 90 % aus Cellulose besteht

Naturfasern alleine können jedoch weder den Bedarf der Textilindustrie, noch die Ansprüche ebendieser an das Material decken

deswegen werden moderne Stoffe oft aus Chemiefasern gefertigt, zu denen auch die halbsynthetischen Cellulosefasern gehören, zu deren Herstellung Zellstoff genutzt wird

Die wichtigsten Verfahren zur Herstellung von halbsynthetischen Cellulosafasern sind das Viskose- und das Acetat- Verfahren.

Das Viskose- bzw. Nassspinnverfahren

20 %ige Natronlauge wirkt auf den Zellstoff ein

die Cellulose quillt auf und wird in kürzere Ketten zerlegt

durch die Zugabe von Schwefelkohlenstoff entsteht Cellulose-Xantogenat, welches in verdünnter Natronlauge zu zähflüssiger Viskose wird

diese zähflüssige Viskose wird durch Spinndrüsen in ein Säurebad gepresst und fällt dann als regenerierte Cellulose fadenförmig aus

Eigenschaften von Viskosefasern:

seidenartiger Glanz

ansonsten ähnliche Eigenschaften wie Baumwolle

Trockenspinnverfahren

Das Acetat- bzw. Trockenspinnverfahren

die drei Hydroxylgruppen der einzelnen Glucose–Einheiten von Cellulose werden mit Essigsäureanhydrid und unter Anwesenheit von Schwefelsäure zu Cellulosetriacetat

durch die Zugabe einer berechneten Menge Wasser geschieht eine hydrolytische Abspaltung eines geringen Teils der Acetat–Gruppen

so entstehen kürzere Celluloseester (auch Acetylcellulose genannt)

die Acetylcellulose wird durch Düsen in Heißluft gedrückt, wobei die Lösungsmittel verdunsten

es entstehen Acetalfasern

Eigenschaften der Acetalfasern:

- pflegeleicht (leichter, weicher und weniger knitternd als Baumwollfasern)

Papierherstellung

der größter Teil der Cellulose wird zur Papierherstellung benutzt

entrindetes Holz wird zuerst mechanisch zerkleinert (Holzschliff) Zeitungspapier besteht zu 80 % aus diesem Holzschliff, der neben der Cellulose noch Cellulosebegleitstoffe wie Lignin ( führt zum Vergilben) enthält

hochwertiges, ligninfreies Papier wird durch mehrstündiges Kochen des Holzschliffs mit Calciumhydrogensulfit Ca(HSO₃) hergestellt

Cellulosebegleitstoffe werden in wasserlösliche Formen überführt und abgeleitet

verfilzter Faserbrei entsteht, dem Leim- und Füllstoffe zugesetzt werden Papier bekommt glatte Oberfläche, Ausschlagen und Durchlaufen der Tinte wird verhindert

der Brei wird zu dünnen Bahnen ausgepresst, getrocknet und geglättet

Sicherheitshinweise

Bei der Verwendung von Cellulose beim Experimentieren gilt:

Auf Chemikalien-Gefäßen finden sich codierte Hinweise auf Gefährdungen und entsprechende Vorsorgemaßnahmen beim Umgang mit dieser Chemikalie. Diese sogenannten H- & P-Sätze hängen gemeinsam mit den Arbeitsregeln für Schülerexperimente als Betriebsanweisung im Chemieraum aus und müssen in jedem Fall beachtet werden!