Dünyadaki en bol doğal polimer olan selüloz, bitki hücre duvarlarının yapısal temelini oluşturur. Eşsiz özellikleri onu tekstil, kağıt, biyomalzemeler ve enerji uygulamaları için değerli kılar. Ancak, selülozun yüksek kristalliği ve güçlü hidrojen bağı ağı, onu geleneksel çözücülerde çözünmez hale getirerek endüstriyel potansiyelini sınırlar.

Son araştırmalar, özellikle lityum bromür (LiBr) olmak üzere, lityum tuz çözeltilerini selüloz çözünmesi için umut verici çözücü sistemler olarak belirlemiştir. Bu makale, veri odaklı bir bakış açısıyla LiBr bazlı selüloz çözünmesinin mekanizmalarını, dinamiklerini, etkileyen faktörlerini, uygulamalarını ve zorluklarını analiz etmektedir.

Lityum iyonları (Li+), sodyumdan ( 12 C·mm ^-3 ) veya potasyum iyonlarından ( 7 C·mm ^-3 ) önemli ölçüde daha yüksek, olağanüstü yüksek yük yoğunluğuna ( 52 C·mm ^-3 ) sahiptir. Bu, selüloz hidroksil gruplarıyla güçlü koordinasyonu sağlayarak moleküller arası hidrojen bağlarını bozar.

Selülozun hidrojen bağları ( bağ başına 20-40 kJ/mol ), sağlam bir kristal yapı oluşturur. Li+ koordinasyonu bu etkileşimleri zayıflatır ve yeterli Li+ konsantrasyonlarında tam ağ bozulması meydana gelir.

DMSO ve DMAc gibi polar aprotik çözücüler, Li+ ve çözünmüş selüloz zincirlerini stabilize ederek çözünmeyi artırır. Optimal çözücü sistemleri, yüksek dielektrik sabitlerini uygun çözünürlük parametreleriyle birleştirir.

Çözünme kapasitesi, lityum tuzları arasında önemli ölçüde farklılık gösterir:

• Etkili çözücüler: LiI, LiBr, LiSCN, LiClO ₄
• Sadece şişirme ajanları: LiCl, LiNO ₃

Etkili çözücülerdeki daha büyük, daha az yük yoğunluğuna sahip anyonlar, Li+ koordinasyon bölgeleri için rekabeti en aza indirir.

Mikrokristalin selüloz (MCC) süspansiyonları, çözünme sırasında opaklıktan şeffaflığa geçer. Türbidite ölçümleri, bu işlemin tipik olarak 80-100°C'de 2-4 saat gerektirdiğini gösterir.

Polarize ışık mikroskobisi, kristal alan boyutunda ilerleyici bir azalmayı ortaya çıkarır ve tam çözünmeyle tam bir kaybolma korelasyonu vardır.

Üç farklı viskozite fazı ortaya çıkar:

1. Dağılım fazı: Minimum viskozite artışı (0-30 dakika)
2. Hızlı çözünme: Viskozite artışları (30-120 dakika)
3. Bozulma: Kademeli viskozite düşüşü (>120 dakika)

Arrhenius analizi, 40-60 kJ/mol çözünme aktivasyon enerjilerini ortaya koyar ve önemli sıcaklık duyarlılığını gösterir. Optimal sıcaklıklar, çözünme oranını selüloz bozulmasına karşı dengeler.

Daha yüksek DP selüloz ( >500 glikoz birimi ), artan zincir dolaşıklığı ve hidrojen bağı nedeniyle belirgin şekilde daha yavaş çözünme kinetiği gösterir.

Daha küçük parçacıklar ( <50 μm ), daha büyük muadillerine göre 3 kat daha hızlı çözünür ve yüzey alanı/hacim oranları artar.

Kontrollü asit ilavesi ( 0.1-1.0 M ), aşağıdakiler aracılığıyla çözünme süresini %50-70 oranında azaltabilir:

• Glikozidik bağların hidrolizi (DP'yi azaltma)
• Hidroksil grubu protonasyonu (hidrojen bağlarını zayıflatma)

LiBr çözeltileri, daha iyi boya alımı ve fonksiyonel özellikler için elyaf modifikasyonunu sağlar.

Çözünmüş selüloz, tıbbi uygulamalarda membranlar, hidrojeller ve nanolifler için öncü görevi görür.