La cellulosa è uno dei biomateriali più abbondanti sulla terra. Questo polimero naturale è il principale componente strutturale delle pareti cellulari dei vegetali, che rappresentano la più grande fonte di biomassa del pianeta. Metà della biomassa prodotta dagli organismi fotosintetici come piante, alghe e alcuni batteri è costituita da cellulosa e svolge un ruolo fondamentale nel loro sostegno. La cellulosa è la materia prima rinnovabile per eccellenza. È un materiale resistente, riciclabile, bio-compatibile e atossico. Si tratta di una risorsa presente su tutto il globo, disponibile in grandi quantità ed in continua rigenerazione.
STRUTTURA CHIMICA
La cellulosa è un omopolimero lineare esistente in natura sotto forma di lunghe catene ad alto peso molecolare, costituite dalla ripetizione di anelli di D-glucopiranosio (molecole di glucosio), legati tra loro mediante legame β(1→4) glicosidico. Questo tipo di legame impone la formazione di una catena lineare in cui ogni residuo di glucosio è ruotato di 180° rispetto al suo vicino. Si considera come unità costitutiva del polimero il cellobiosio, ovvero due anelli glucopiranosici. Il numero di unità ripetitive che compongono la catena può arrivare fino a 20000.
Ogni unità di glucosio presenta sei atomi di carbonio con tre gruppi -OH. Questo conferisce alla molecola proprietà idrofile nonché un’ampia possibilità di modificazione chimica. Un complesso network di legami idrogeno intra- e inter- molecolari stabilizza la singola catena e fa sì che più catene affiancate si aggreghino a costituire delle fibre: l’impilamento delle diverse catene di cellulosa dà origine a regioni con struttura geometrica definita (zone cristalline) intervallate da regioni in cui le macromolecole sono disposte in modo disordinato (zone amorfe). La zona cristallina conferisce resistenza alla struttura, mentre quella amorfa rappresenta la parte più fragile e facilmente aggredibile. A causa dei legami idrogeno che si instaurano tra le catene, la penetrazione dell’acqua è ostacolata, motivo per cui la cellulosa è quasi completamente insolubile in acqua ed è necessario ricorrere ad acidi minerali per la sua dissoluzione. Sebbene sia un carboidrato, la cellulosa non è digeribile dall'organismo umano, in quanto privo di enzimi capaci di scindere il legame β-glicosidico per trasformarla in sostanze più semplici ed assimilabili.
Queste caratteristiche strutturali fanno sì che la cellulosa sia uno dei materiali naturali più resistenti e durevoli: essa svolge un ruolo fondamentale nel mantenere stabile la struttura delle pareti cellulari delle piante ed è in grado di fornire la struttura scheletrica della maggior parte della biomassa terrestre. La percentuale in peso di cellulosa contenuta nelle fibre vegetali varia a seconda della specie e degli anni della pianta e in funzione delle condizioni climatiche e del suolo in cui la pianta cresce. Ad esempio, fibre di cotone contengono in media una quantità di cellulosa pari a 87%, la canapa 72%, il bambù 35%. Si stima che la produzione di cellulosa nel regno vegetale ammonti a circa 100 miliardi di tonnellate all'anno.
APPLICAZIONI
La cellulosa estratta dalle fibre vegetali spicca tra i materiali naturali per le sue eccezionali proprietà meccaniche, offrendo una materia prima a basso costo, ad elevata reperibilità, biodegradabile e non tossica. Lo studio della sua struttura e delle sue caratteristiche chimico-fisiche, unito alle proprietà meccaniche, alla rinnovabilità e sostenibilità del materiale, ha aperto la strada al suo utilizzo in un sempre più ampio spettro di applicazioni: dal settore alimentare a quello farmaceutico (produzione di garze e rivestimenti capaci di modulare il rilascio di principi attivi) e cosmetico (preparazione di gel, stabilizzanti, pellicolanti, dentifrici); dalla ben nota produzione di carta, al settore tessile (rayon, lyocel); dall’impiego nella fabbricazione di esplosivi, al campo dei biomateriali, in continua crescita ed espansione.
