Zelulosa β-1,4-glukosidiko loturak lotuta dauden glukosa-unitate askoz osatutako polisakarido konplexua da. Landare-zelulen hormen osagai nagusia da eta landare-zelulen hormei egitura-euskarri eta gogortasun sendoa ematen die. Zelulosa kate molekular luzearen eta kristalinotasun handia dela eta, egonkortasun handia eta disolbaezintasuna du.
(1) Zelulosaren propietateak eta disolbatzeko zailtasuna
Zelulosa disolbatzea zailtzen duten propietate hauek ditu:
Kristaltasun handia: zelulosa-kate molekularrek sare-egitura estua osatzen dute hidrogeno-loturen eta van der Waals-en indarren bidez.
Polimerizazio-maila handia: zelulosaren polimerizazio-maila (hau da, kate molekularraren luzera) handia da, normalean ehunka eta milaka glukosa-unitate bitartekoa, eta horrek molekularen egonkortasuna areagotzen du.
Hidrogeno-lotura-sarea: Hidrogeno-loturak oso zabalduta daude zelulosa-kate molekularren artean eta barruan, eta zaila da disolbatzaile orokorren bidez suntsitzea eta disolbatzea.
(2) Zelulosa disolbatzen duten erreaktiboak
Gaur egun, zelulosa eraginkortasunez disolba dezaketen erreaktibo ezagunek kategoria hauek dituzte nagusiki:
1. Likido ionikoak
Likido ionikoak katioi organikoz eta anioi organiko edo ez-organikoz osatutako likidoak dira, normalean hegazkortasun baxua, egonkortasun termiko handikoa eta doikuntza handikoa. Likido ioniko batzuek zelulosa disolba dezakete, eta mekanismo nagusia zelulosa kate molekularren arteko hidrogeno-loturak haustea da. Zelulosa disolbatzen duten likido ioniko arruntak honako hauek dira:
1-Butil-3-metilimidazolio kloruroa ([BMIM]Cl): Likido ioniko honek zelulosa disolbatzen du zelulosako hidrogeno-loturekin elkarreraginarekin hidrogeno-lotura-hartzaileen bidez.
1-Etil-3-metilimidazolium azetatoa ([EMIM][Ac]): likido ioniko honek zelulosa-kontzentrazio handiak disolba ditzake baldintza nahiko epeletan.
2. Amina oxidatzaile disoluzioa
Dietilamina (DEA) eta kobre kloruroaren disoluzio mistoa bezalako disoluzio amina oxidatzailea [Cu(II)-amonio disoluzioa] deitzen da, hau da, zelulosa disolba dezakeen disolbatzaile-sistema indartsua da. Zelulosaren kristal-egitura suntsitzen du oxidazioaren eta hidrogeno-loturaren bidez, zelulosa-kate molekularra leunagoa eta disolbagarriagoa bihurtuz.
3. Litio kloruro-dimetilacetamida (LiCl-DMAc) sistema
LiCl-DMAc (litio kloruro-dimetilacetamida) sistema zelulosa disolbatzeko metodo klasikoetako bat da. LiCl-k hidrogeno-loturen lehia sor dezake, eta, horrela, zelulosa molekulen arteko hidrogeno-lotura sarea suntsitzen du, eta DMAc disolbatzaile gisa zelulosa-kate molekularrarekin ondo interakzionatu dezake.
4. Azido klorhidrikoa/zink kloruro disoluzioa
Azido klorhidrikoa/zink kloruroaren disoluzioa zelulosa disolba dezakeen lehen aurkitutako erreaktibo bat da. Zelulosa disolba dezake zink kloruroaren eta zelulosa kate molekularren artean koordinazio-efektua sortuz eta azido klorhidrikoa zelulosa molekulen arteko hidrogeno-loturak suntsituz. Hala ere, soluzio hau oso korrosiboa da ekipoentzat eta mugatuta dago aplikazio praktikoetan.
5. Entzima fibrinolitikoak
Entzima fibrinolitikoek (adibidez, zelulasak) zelulosa disolbatzen dute zelulosaren deskonposizioa oligosakarido eta monosakarido txikiagoetan katalizatuz. Metodo honek aplikazio ugari ditu biodegradazioaren eta biomasa bihurtzearen alorretan, nahiz eta bere disoluzio-prozesua guztiz disoluzio kimikoa ez den, biokatalisiaren bidez lortzen den arren.
(3) Zelulosa disolbatzeko mekanismoa
Erreaktibo ezberdinek zelulosa disolbatzeko mekanismo desberdinak dituzte, baina, oro har, bi mekanismo nagusiri egotzi daitezke:
Hidrogeno-loturen suntsipena: zelulosa-kate molekularren arteko hidrogeno-lotura suntsitzea, hidrogeno-lotura lehiakorren eraketa edo elkarrekintza ionikoaren bidez, disolbagarri bihurtuz.
Kate molekularraren erlaxazioa: zelulosa kate molekularren leuntasuna areagotzea eta kate molekularren kristalinotasuna murriztea baliabide fisiko edo kimikoen bidez, disolbatzaileetan disolba daitezen.
(4) Zelulosa disoluzioaren aplikazio praktikoak
Zelulosa disoluzioak aplikazio garrantzitsuak ditu arlo askotan:
Zelulosa deribatuak prestatzea: zelulosa disolbatu ondoren, kimikoki gehiago alda daiteke zelulosa-eter, zelulosa-esterrak eta beste deribatu batzuk prestatzeko, elikagaietan, medikuntzan, estalduretan eta beste esparru batzuetan oso erabiliak direnak.
Zelulosan oinarritutako materialak: disolbatutako zelulosa erabiliz, zelulosa nanozuntzak, zelulosa-mintzak eta beste material batzuk prestatu daitezke. Material hauek propietate mekaniko eta biobateragarritasun onak dituzte.
Biomasa-energia: zelulosa disolbatuz eta degradatuz, azukre hartzigarrietan bihur daiteke bioerregaiak ekoizteko, hala nola bioetanola, eta horrek energia berriztagarrien garapena eta aprobetxamendua lortzen laguntzen du.
Zelulosa disoluzioa prozesu konplexu bat da, hainbat mekanismo kimiko eta fisiko inplikatzen dituena. Likido ionikoak, amino oxidante disoluzioak, LiCl-DMAc sistemak, azido klorhidrikoa/zink kloruro disoluzioak eta entzima zelolitikoak gaur egun zelulosa disolbatzeko agente eraginkorrak direla ezagutzen da. Agente bakoitzak bere disoluzio mekanismo eta aplikazio eremu berezia ditu. Zelulosa disoluzio-mekanismoaren azterketa sakonarekin, disoluzio-metodo eraginkorragoak eta ingurumena errespetatzen dutenak garatuko direla uste da, zelulosa erabiltzeko eta garatzeko aukera gehiago eskainiz.
Argitalpenaren ordua: 2024-09-07