Selulosa, polimer alami paling melimpah di Bumi, membentuk dasar struktural dinding sel tumbuhan. Sifatnya yang unik membuatnya berharga untuk tekstil, kertas, biomaterial, dan aplikasi energi. Namun, kristalinitas selulosa yang tinggi dan jaringan ikatan hidrogen yang kuat membuatnya tidak larut dalam pelarut konvensional, membatasi potensi industrinya.

Penelitian terbaru telah mengidentifikasi larutan garam litium—khususnya litium bromida (LiBr)—sebagai sistem pelarut yang menjanjikan untuk pelarutan selulosa. Artikel ini menganalisis mekanisme, dinamika, faktor yang memengaruhi, aplikasi, dan tantangan pelarutan selulosa berbasis LiBr dari perspektif berbasis data.

Ion litium (Li+) memiliki kepadatan muatan yang sangat tinggi ( 52 C·mm ^-3 ), jauh lebih besar daripada natrium ( 12 C·mm ^-3 ) atau ion kalium ( 7 C·mm ^-3 ). Hal ini memungkinkan koordinasi yang kuat dengan gugus hidroksil selulosa, mengganggu ikatan hidrogen antarmolekul.

Ikatan hidrogen selulosa ( 20-40 kJ/mol per ikatan) menciptakan struktur kristal yang kuat. Koordinasi Li+ melemahkan interaksi ini, dengan gangguan jaringan lengkap terjadi pada konsentrasi Li+ yang cukup.

Pelarut aprotik polar seperti DMSO dan DMAc meningkatkan pelarutan dengan menstabilkan Li+ dan rantai selulosa yang terlarut. Sistem pelarut yang optimal menggabungkan konstanta dielektrik tinggi dengan parameter kelarutan yang sesuai.

Kapasitas pelarutan bervariasi secara signifikan di antara garam litium:

• Pelarut efektif: LiI, LiBr, LiSCN, LiClO ₄
• Agen pembengkakan saja: LiCl, LiNO ₃

Anion yang lebih besar dan kurang padat muatan dalam pelarut efektif meminimalkan persaingan untuk situs koordinasi Li+.

Suspensi selulosa mikrokristalin (MCC) bertransisi dari buram menjadi transparan selama pelarutan. Pengukuran turbiditas menunjukkan proses ini biasanya membutuhkan waktu 2-4 jam pada suhu 80-100°C.

Mikroskopi cahaya terpolarisasi mengungkapkan pengurangan progresif dalam ukuran domain kristal, dengan hilangnya lengkap yang berkorelasi dengan pelarutan penuh.

Tiga fase viskositas yang berbeda muncul:

1. Fase dispersi: Peningkatan viskositas minimal (0-30 menit)
2. Pelarutan cepat: Peningkatan viskositas (30-120 menit)
3. Degradasi: Penurunan viskositas bertahap (>120 menit)

Analisis Arrhenius mengungkapkan energi aktivasi pelarutan sebesar 40-60 kJ/mol , yang menunjukkan sensitivitas suhu yang signifikan. Suhu optimal menyeimbangkan laju pelarutan terhadap degradasi selulosa.

Selulosa DP yang lebih tinggi ( >500 unit glukosa ) menunjukkan kinetika pelarutan yang jauh lebih lambat karena peningkatan keterjeratan rantai dan ikatan hidrogen.

Partikel yang lebih kecil ( <50 μm ) larut hingga 3× lebih cepat daripada rekan-rekan yang lebih besar karena peningkatan rasio luas permukaan terhadap volume.

Penambahan asam terkontrol ( 0.1-1.0 M ) dapat mengurangi waktu pelarutan sebesar 50-70% melalui:

• Hidrolisis ikatan glikosidik (mengurangi DP)
• Protonasi gugus hidroksil (melemahkan ikatan hidrogen)

Larutan LiBr memungkinkan modifikasi serat untuk meningkatkan penyerapan pewarna dan sifat fungsional.

Selulosa yang dilarutkan berfungsi sebagai prekursor untuk membran, hidrogel, dan nanofiber dalam aplikasi medis.