Cellulose
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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 Lebensmittelzusatzstoff trägt sie die Bezeichnungen E 460 - E 466/ E-Nummern:
Mikrokristalline Cellulose
E 460 i Mikrokristalline Zellulose
E 460 ii Zellulosepulver
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
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
http://www.bs-wiki.de/mediawiki/index.php/Bild:Trockenspinnverfahren.jpg
- Eigenschaften der Acetalfasern:
- pflegeleicht (leichter, weicher und weniger knitternd als Baumwollfasern)
Papierherstellung
- 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
Versuche
Versuch 1: Hydrolyse von Cellulose
Power Point Präsentation Cellulose
Power Point Präsentation Cellulose
Quellen
1. Chemie heute - Sekundarbereich II, Schroedel Verlag, Kapitel 19.5 , S. 368, 380
2. Chemie - Basiswissen für die Schule, Corvus Verlag, S. 307-309
3. www.verbraucher.de/nachwachsende_rohstoffe/PICS/baumwolle.jpg
4. www.wikipedia.org/wiki/Cellulose
5. www.public.tu-bs.de:8080/~y0027271/OB01/images/cellulose.jpg
6. www.deutsches-strumpfmuseum.de/images/09_AcetatKunstseide.jpg
