[Fr.], v./m. (-n), celstof, een organische stof (polysaccharide), het hoofdbestanddeel van de wanden van de plantecellen; als technische grondstof bereid uit hout en plantevezels en vooral voor papier en kunstzijde gebruikt.
CHEMIE
Cellulose is een lineair polysaccharide, (C6H10O5)n, opgebouwd uit een groot aantal α-glucose eenheden. In de plantaardige celwand komt cellulose voor in nauw verband met hemicellulose en lignine. Cellulose verschilt van zetmeel in de ruimtelijke structuur van de binding tussen glucosemoleculen. Dit veroorzaakt verschillen in oplosbaarheid, verteerbaarheid enz. Men onderscheidt de hoge moleculaire alfacellulose, onoplosbaar in 17,5% natronloog, de lager moleculaire betacellulose (de bestanddelen die met methanol neerslaan) en gammacellulose (niet meer precipiteerbaar met methanol). Deze zgn. hemicellulose, die gemakkelijker met zuren is af te breken, is behalve uit hexosen, ook opgebouwd uit pentosen zoals alfa-xylose en arabinose.
Katoen en katoenlinters bevatten de zuiverste cellulose (voor ca. 90%; volumieke massa 1567 kg/m3). De polymerisatiegraad van cellulose is zeer verschillend en wordt bepaald door de herkomst: katoen 6400-7700; ramie 6400; hout hoger dan 3000; een celluloseketen is uit minimaal 1000 glucose-eenheden opgebouwd. Het minimum moleculaire gewicht is 200000. De meeste cellulose heeft een moleculair gewicht tussen 600000 en 1500000.
De cellulosevezel heeft een micellaire structuur (zie micel), met staafvormige kristallieten, evenwijdig aan de lengte-as van de vezel en met afmetingen van enige honderden Angström. Een deel van het ruimtelijk mozaïek is amorf en gemakkelijker aantastbaar. In katoen is de cellulose voor ca. 97% in kristallijne vorm aanwezig. Door inwerking van sterke zuren (72% H2SO4; 40% HCL) en van verdunde zuren bij verhoogde temperatuur, wordt cellulose gehydrolyseerd en oplosbaar, onder vorming van in hoofdzaak enkelvoudige suikers, dit in tegenstelling tot zetmeel, dat gemakkelijk in verdunde zuren hydrolyseert. Hierop is de versuikering van hout gebaseerd. Er zijn bepaalde schimmels (bruin en witrot in hout) en enzymen die cellulose aantasten en afbreken.
Plantaardige spinvezels bestaan voor een belangrijk deel uit cellulose, b.v. katoen 90%, vlas 71-83%, hennep 78%, jute 62-64%. Voor de papierindustrie is naast soepelheid en fijnheid van structuur vooral de vezellengte van belang. Cellulose kan nagenoeg zonder ontleding worden opgelost in een oplossing van koperhydroxide in ammonia van 25%. Oxidatiemiddelen veranderen cellulose in oxycellulosen, bestaande uit monocarbonzuren, polycarbonzuren, polyaldehyden. Oxidatie met NO2 geeft cellulose met een hoog gehalte aan carboxylgroepen (toegepast als resorberend verband). Kokend water en stoom, toegepast bij verfprocédés, doen de cellulosevezels zwellen, waardoor de affiniteit voor substantieve kleurstoffen wordt verhoogd.
Koude en warme verdunde alkaliën hebben weinig invloed op cellulose. Bij inwerking van meer geconcentreerde alkaliën, 16-24% (die de vezel doen krimpen) ontstaan cellulose-alkaliverbindingen. Indien bij een dergelijke behandeling de katoenvezel gestrekt wordt krijgt deze een glans (merceriseren).
Op basis van cellulose heeft zich een hele tak van de chemische industrie ontwikkeld. Het eerste produkt was cellulosenitraat (nitrocellulose, celluloid, ca. 1900); het werd toegepast in rookloos kruit. Celluloseacetaat is een van de meest toegepaste kunststoffen. Het wordt bereid door cellulose te behandelen met azijnzuur en zwavelzuur. Het wordt versponnen gebruikt als kunstzijde of rayon. Verder is cellulose de belangrijkste grondstof voor de papierfabricage.
Bereiding. De houtcellulose is primair geworden, ook als grondstof voor de papierindustrie. Strocellulose heeft weinig betekenis meer; cellulose uit ampas (uitgeperst suikerriet) is enigszins in ontwikkeling. Bij de fabricage van houtcellulose worden de zgn. niet-cellulosebestanddelen, lignine en andere incrusterende bestanddelen (harsen e.d.) verwijderd. De aard van het toegepaste procédé en ten dele de houtsoort (loofhout, naaldhout), bepalen in sterke mate de kwaliteit van de cellulose. Men onderscheidt in hoofdzaak alkalische procédés (sulfaat- en natronprocédé), zure procédés (calciumbisulfiet-, magnesiumbisulfiet-, ammoniumbisulfietprocédé) en neutrale procédés (zgn. monosulfietprocédé).
M.n. in de VS streeft men naar continue ontsluitingsprocédés met steeds grotere capaciteiten, waarbij ook houtafval, o.m. houtzaagsel, als grondstof wordt gebruikt. De cellulose blijft in meer of minder zuivere toestand achter, terwijl de lignine chemisch afgebroken wordt en in oplossing gaat. Indien de cellulose voor chemische doeleinden wordt gebruikt dient ze van hoge zuiverheid te zijn (hoog alfa-cellulosegehalte). Door de papierindustrie worden doorgaans minder hoge eisen gesteld dan door de industrieën die cellulose chemisch verwerken (rayon, nitrocellulose, acetylcellulose enz.). Het ligninegehalte, oorzaak van de vergeling van papier, dient voor witte papiersoorten laag te zijn. Verder is de vezellengte van groot belang.
De vezellengte van loofhoutsoorten is doorgaans korter dan die van naaldhout. Vezels, korter dan 0,5 mm komen in normale gevallen voor papierfabricage niet meer in aanmerking. Bij deze verschillende chemische ontsluitingsprocédés verdwijnt de lignine, die ca. 30% uitmaakt van het hout, te zamen met een deel van de hemicellulose, als afvalloog. Slechts op beperkte schaal zijn voor deze afvalloog rendabele verwerkingsmogelijkheden gevonden. Tot de bijprodukten van sulfaatcellulose behoren tallolie (en haar vet- en harszuren), terpentijnolie, dimethylsulfide en het hiervan afgeleide dimethylsulfoxide, tot die van sulfietcellulose, lignosulfaten, geconcentreerd sulfiet-afvalloog, ethylalcohol, vanilline, gist.
Toepassingen
De papierindustrie vormt het belangrijkste afzetgebied voor cellulose. Gebleekte sulfietcellulose wordt vooral gebruikt voor de fijnere en betere papiersoorten. Sulfaatcellulose (kraft) wordt voor sterke technische papiersoorten (o.m. verpakkingspapier) gebruikt. Van de chemische toepassingen van de cellulose, die gebaseerd zijn op haar eigenschappen van polyalcohol, is de fabricage van viscose-rayon de belangrijkste. Technisch belangrijke cellulosederivaten zijn: cellulose-esters en cellulose-ethers. Van de esters vindt nitrocellulose toepassing bij de fabricage van celluloid (stikstofgehalte 10,5-11,5%), als lakgrondstof (stikstofgehalte 10,5-12,3%) en als springstof (zgn. schietkatoen, stikstofgehalte >12%).
Cellulose-acetaat wordt afhankelijk van de substitutiegraad (de mate van verestering) gebruikt voor verpakkingsfoliën en voor onbrandbare films (substitutiegraad 2,49-2,64), voor kunstzijde (substitutiegraad 2,31-2,41) en voor spuitgietmassa’s (substitutiegraad 2,17-2,31). Van technische betekenis voor de plasticindustrie is cellulose-aceto-butyraat. De volledige acetylering levert een produkt op met 3 acetylgroepen per glucose-eenheid [C6H7O2(OCO CH3)3]n. Van technisch belang zijn de cellulose-ethers, te onderscheiden in de in water oplosbare en in de in water onoplosbare; in water oplosbaar zijn methylcellulose, carboxymethylcellulose, de lager gesubstitueerde methylcellulose-soorten, en alkylcellulose-verbindingen die in de alkylrest hydrofiele groepen zoals oxy-, carboxyl-, of sulfonzure groepen hebben. Tevens zijn van belang oxi-ethylcellulose en gemengde ethers. Tot de in water onoplosbare cellulose-ethers behoren ethylcellulose met een substitutiegraad >1,5 en cellulose-ethers met grote alkylresten, benzylcellulose enz.
In water oplosbare ethers worden in plaats van zetmeel, dextrine, plantengommen toegepast in de kleefstoffenindustie, in de textielindustrie, in de zeepindustrie, in de papierindustrie, enz. In water onoplosbare ethylcellulose vindt toepassing als lakgrondstof, als spuitgietmassa en in plastic dompelmassa’s. [ir. AJ. de Kok].
LITT. W. Sandermann, Chemische Holzverwertung (1963); M. Oshima, Wood chemistry (1965), S.A. Rydholm, Pulping processes (1965); O. Wurz, Zellstoffherstellung nach neuzeitlichen Erkenntnissen (1966); R.F.
Could, Lignin, structure and reactions (1966); K. Freudenberg en A.C. Neish, Constitution and biosynthesis of lignin (1968); N.M. Bikales en L. Segal (red.), Cellulose and cellulose derivatives (1971).
DIERENHOUDERIJ
Cellulose kan door plantenetende zoogdieren in hun maagdarmkanaal, door middel van de daar aanwezige microflora en -fauna, afgebroken worden. Bij herkauwers vindt dit plaats in het voormagencomplex, en bij de eenhoevigen (zie oneventenigen) in de blinde darm en het voorste deel van de dikke darm. Grassen en andere voor menselijke consumptie waardeloze planten kunnen op deze wijze worden omgezet in hoogwaardig voedsel.
