Natriumcellulose

Natriumcellulose ist ein reaktives Zwischenprodukt der Cellulosechemie. Es ist kein Endprodukt, sondern ein notwendiger Aktivierungszustand der Cellulose. Sie entsteht, wenn Cellulose mit konzentrierter Natronlauge behandelt wird. Dieser Schritt wird als Alkalisierung bezeichnet. Dabei werden die Hydroxylgruppen der Cellulose teilweise deprotoniert. Es entstehen Cellulose-Alkoholate in Natriumform. Das ursprüngliche Polymergerüst der Cellulose bleibt dabei erhalten, wird jedoch deutlich reaktiver.

Industriell wird Natriumcellulose aus Zellstoff hergestellt, der zuvor zu einem feinen Pulver oder Faserstoff aufbereitet wurde. Die eingesetzte Natronlauge weist häufig Konzentrationen von 40 bis 50 Prozent auf. Die Alkalisierung ist eine exotherme Reaktion, die temperaturgeführt erfolgen muss. Das entstehende Produkt ist fest, feucht, alkalisch und chemisch hochreaktiv. Es ist stark hygroskopisch und reagiert empfindlich auf inhomogene Benetzung.

Natriumcellulose besitzt selbst keine eigenständige wirtschaftliche Bedeutung. Ihre Funktion besteht darin, die Cellulose für nachfolgende Substitutionsreaktionen zu aktivieren. Erst durch diesen Zustand wird die Herstellung von Celluloseethern möglich. Bei der Synthese von Carboxymethylcellulose reagiert Natriumcellulose mit Chloressigsäure oder deren Natriumsalz. Dabei werden Carboxymethylgruppen in das Cellulosemolekül eingebaut. Als Nebenprodukt entsteht Natriumchlorid. Die Reaktion kann mit oder ohne organisches Lösungsmittel als Slurry durchgeführt werden.

Andere Celluloseether werden auf ähnliche Weise hergestellt. Hierbei kommen gasförmige Reagenzien wie Methylchlorid, Ethylenoxid oder Propylenoxid zum Einsatz. Diese Prozesse erfordern erhöhte Temperaturen und Drücke. Natriumcellulose fungiert dabei als nukleophiles Reaktionszentrum. Die Gleichmäßigkeit der vorherigen Alkalisierung beeinflusst maßgeblich den Substitutionsgrad und dessen Verteilung entlang der Polymerketten.

Verfahrenstechnisch stellt die Verwendung von Natriumcellulose hohe Anforderungen an die Misch- und Reaktortechnik. Eine homogene Verteilung der Natronlauge im Zellstoff ist entscheidend. Lokale Über- oder Unteralkalisierung führt zu Inhomogenitäten im Endprodukt. Dies beeinflusst die Löslichkeit, Viskosität, das Gelverhalten und die Anwendungseigenschaften der Celluloseether. Großvolumige Mischer und Synthesereaktoren müssen daher eine gleichmäßige Benetzung, eine kontrollierte Temperaturführung und eine schonende Behandlung der Fasern gewährleisten.