cellulose

Cellulosemolekylets struktur.

Cellulose av /Store norske leksikon ※. Gjengitt med tillatelse

Cellulose er en organisk forbindelse som utgjør hovedbestanddelen av plantenes cellevegg og er den vanligste organiske forbindelsen i naturen. Ordet cellulose har to betydninger på norsk: 1) den kjemiske forbindelsen cellulose, og 2) fiberråstoffet cellulose, som er fremstilt av trevirke eller planter ved kjemisk behandling, og som brukes som råstoff i produksjon av papir og kunstige tekstiler.

Faktaboks

Uttale
cellulˈose
Etymologi
latin nydannet cellulosa, egentlig hunkjønn til cellulosus, ‘full av celler’

Tegningen viser i forenklet form den prosessen som brukes til produksjon av cellulose ved Södra Cell Tofte. 1) Barking og hugging av ved til flis. 2) Flis lagret i stakk. 3) Koking av flis under trykk til cellulose. 4) Produksjon av damp ved brenning av bark. 5) Vasking av cellulosen i en diffusør. 6) Fjerning av urenheter i forsileriet. 7) Bleking av cellulosen foregår i flere trinn – først et dobbelt oksygen-delignifiseringstrinn, deretter et 5-trinns blekeri med blekesekvensen: D0, E1, D1, E2, D2 (D = klordioksid, E = oksygen, hydrogenperoksid og natronlut). 8) Siste rensing i ettersileriet. 9) Tørking av cellulosen i tre tørkemaskiner. 10) Kutting av cellulosen i ark. Den presses deretter i baller à 250 kg, som bindes sammen til enheter på 2000 kg. 11) Transport av ferdig cellulose til lager og utskipning. 12) Klordioksidproduksjon ved reaksjon mellom natriumklorat og svovelsyre. 13) Damp fra lut- og barkforbrenningen gjør at fabrikken er egendekket med energi. Elektrisk energi produseres ved hjelp av to dampturbiner. El-overskudd selges. 14) Produksjon av tykklut ved at tynnlut (svartlut) fra kokeren konsentreres i et inndampningsanlegg. 15) Forbrenning av tykkluten i en sodakjele. Dette gir en dampproduksjon på 240 tonn høytrykksdamp i timen. Kokekjemikaliene (natrium og svovel) gjenvinnes i bunnen av kjelen og går til produksjon av grønnlut. 16) Kaustiseringsanlegg der grønnluten tilsettes brent kalk som gir kokelut (som går tilbake til kokeren) og avfallsproduktet mesa. 17) Roterende kalkovn der mesa brennes til brent kalk som går tilbake til kaustiseringsanlegget.Biprodukter fra sulfatmasseproduksjonen er tallolje og terpentin som selges for videreforedling.

Cellulose av /Store norske leksikon ※. Gjengitt med tillatelse

Den kjemiske forbindelsen cellulose

Forekomst

Cellulose finnes i planter sammen med andre bestanddeler som virker som bindemiddel mellom cellulosefibrene og bidrar til å avstive planten, særlig lignin. Bomull er nesten ren cellulose (90 prosent), men også lin, hamp og jute er rike på cellulose. Disse råstoffene brukes til fremstilling av tekstiler, mens trevirke, halm, bambus og visse gressarter, som sjelden inneholder mer enn 50 prosent cellulose, brukes som råstoff for papir. Cellulose inngår også i spiselige planter, frukt og grønnsaker og er en form for kostfiber.

Gjennom fotosyntesen dannes det årlig ca. 150 milliarder tonn cellulose av karbondioksid, CO2, i atmosfæren. Den samme mengden frigjøres gjennom naturlige prosesser som forbrenning og forråtnelse.

Kjemisk sammensetning, egenskaper

Cellulose, (C6H10O5)n, er et polysakkarid der molekylene består av 3000–5000 enheter av D-glukose, som er bundet β-glykosidisk sammen via 4-hydroksylgruppen. Det første skrittet mot polysakkaridet cellulose er disakkaridet cellobiose. Cellobioseenheten er igjen bundet sammen til lange, rette molekyler. De kan pakkes tett og kraftig sammen parallelt, fordi det dannes hydrogenbindinger mellom molekylene. Disse bindingene er med på å gi cellulosemolekylene stor mekanisk styrke og å gjøre dem uløselige i vann. Dette forklarer også fiber-til-fiberbindingene som gir papirbanen styrke.

Cellulose brytes ikke ned av enzymene i mage-tarmkanalen hos mennesket, og regnes derfor til de ufordøyelige karbohydratene. Noen dyrearter kan nyttiggjøre seg cellulose fordi de har mikroorganismer i tarmene som kan bryte ned forbindelsen til fordøyelige sukkerarter.

Anvendelse

OH-gruppen i cellulosemolekylet kan oppfattes på samme måte som OH-gruppen i alkoholer. Slik som alkoholer danner estere og etere dannes også celluloseestere og celluloseetere. Av disse kan det lages mange viktige tekniske produkter, blant annet celluloseacetat, cellulosenitrat, karboksymetylcellulose og etylcellulose. Cellulosexantat er et viktig mellomprodukt ved fremstilling av viskosefibrer (rayon) og cellulosefilm. Ved en egen behandling med alkali, mercerisering, kan mikrostrukturen i cellulosemolekylet forandres slik at fibrene får en egen glans og øket evne til å ta opp fargestoffer.

Fiberråstoffet cellulose

Fiberråstoffet cellulose er det tekniske produktet man får når man ved kjemisk behandling fjerner de stoffene som binder fibrene i den faste vedsubstansen sammen. Det må ikke forveksles med tremasse, som er fremstilt ved mekanisk behandling. På engelsk blir ordet cellulose bare brukt om den kjemiske forbindelsen, mens fiberråstoffet blir kalt Chemical Wood Pulp og tremasse tilsvarende Mechanical Wood Pulp. I dag brukes på norsk fortrinnsvis begrepene kjemisk masse og mekanisk masse om fiberråstoffet. Hovedsakelig brukes to metoder i fremstillingen: sulfatmetoden og sulfittmetoden.

Sulfatmetoden

Treflis behandles ved et trykk på 8–10 atmosfærer i 2–5 timer i en lut som inneholder natriumhydroksid og natriumsulfid. Under kokingen løses lignin og andre stoffer mer eller mindre fullstendig, mens cellulose forblir uløst. Etter koking og vasking kan enkeltfibrene skilles fra hverandre ved mekanisk behandling. Massen fremstilles enten satsvis i store trykkbeholdere eller i kontinuerlige kokere.

Sulfatmassen er brun og ble tidligere mest brukt til emballasje fordi man ikke kunne bleke den. Massen passer godt til dette formålet på grunn av sin store styrke (kraftpapir). I dag har man egnede blekemetoder for sulfatmassen, og den har derfor fått stadig større anvendelse. For at metoden skal lønne seg må kjemikaliene kunne gjenvinnes; den brukte luten (svartluten) dampes inn og de organiske stoffene i luten forbrennes. Ved forbrenningen går natriumhydroksidet over til natriumkarbonat (soda), og for å erstatte tapte kjemikalier tilsettes natriumsulfat, noe som har ført til prosessens navn.

Under brenningen reduseres natriumsulfat til natriumsulfid, og soda og sulfid renner som en smelte ut av forbrenningsovnen og løses i vann. Etter denne kautiseringen er luten ferdig for et nytt kok. Sulfidinnholdet i kokeluten er bra for fibermaterialet fordi prosessen (oppslutningen) blir mer skånsom enn om den hadde skjedd med natriumhydroksid alene.

En ulempe med sulfatmetoden er at sulfidet sammen med visse organiske bestanddeler fra veden danner organiske svovelforbindelser, merkaptaner, som er illeluktende, og som alltid har vært forbundet med sulfatcellulosen («Mosselukt» og «Ranheimlukt»). Sulfatmetoden er, bortsett fra lukten, den mest miljøvennlige metoden for fremstilling av cellulose, fordi hovedmengden av løst organisk substans forbrennes og kjemikaliene resirkuleres. Ved å lede de merkaptanholdige avgassene inn i en brenner og vaske røkgassen fra denne med natronlut, har man kunnet redusere luktplagen betydelig.

Sulfittmetoden

Treflis kokes i 5–14 timer under trykk i stålkjeler som innvendig er kledd med syrefast materiale, men i likhet med sulfatmasse kan massen også fremstilles i kontinuerlige kokere. Kokevæsken består av svoveldioksid som er løst i en base, enten ammoniakk, natriumhydroksid, magnesiumhydroksid eller kalsiumhydroksid. Tidligere var kalsiumhydroksid det vanligste, med den ulempen at kjemikaliene ikke lot seg gjenvinne. I dag er magnesiumhydroksid mest brukt. Massens egenskaper kan reguleres ved å variere temperatur og mengde base mot mengde svovelsyrling.

Sulfittprosessen er mer fleksibel enn sulfatprosessen, men en ulempe er at prosessen ikke kan brukes for alle vedslag. Kokevæsken som inneholder betydelige mengder sukker, har etter gjæring vært brukt til fremstilling av etanol, C2H5OH, ikke metanol, CH3OH eller «tresprit», som mange feilaktig har trodd. Kokevæsken har også vært brukt til fremstilling av forgjær. Ved inndamping og videre foredling av avluten har man også fått produkter som har fått anvendelse som garvestoffer, og til sement- og oljeindustrien. Ligninet, som er lutens hovedbestanddel, er i slekt med vanillin, og avluten brukes derfor som råstoff til fremstilling av dette produktet. Borregaard er (per 2004) verdens eneste produsent av vanillin fra lignin og verdens største produsent av ligninprodukter.

Sulfittcellulosen er selv i ubleket tilstand forholdsvis lys, og kan derfor brukes til mange papirsorter uten å blekes først. Som bleket masse brukes den til finere skrive- og trykkpapir, og i særlig ren form er den egnet til fremstilling av rayon og cellulosederivater.

Utviklingen av sulfatcellulosen har ført til at denne massetypen nå kan brukes til de aller fleste formål hvor sulfittcellulosen tidligere var enerådende. Da sulfatprosessen stiller mindre krav til trevirket enn sulfittprosessen, er det denne prosessen som har økt mest globalt de siste tiårene. Dette skyldes spesielt anvendelsen av tropiske løvtrær som eukalyptus og akasie. Sulfittmassen er imidlertid enklere å bleke, og motstanden mot klorholdige blekemidler har derfor vært til sulfittmassens fordel (se bleking og treforedling).

Eksterne lenker

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg