셀룰로스

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1. 개요

셀룰로스는 식물 세포벽의 주요 구성 성분인 다당류로, 앙셀름 파얜에 의해 발견되었다. 셀룰로이드는 최초의 열가소성 플라스틱으로, 레이온과 셀로판의 생산에도 사용되었으며, 헤르만 슈타우딩거에 의해 중합체 구조가 밝혀졌다. 셀룰로스는 1991년 고바야시 시로 등에 의해 효소 촉매 중합을 통해 인공 합성에 성공했다. 셀룰로스는 맛과 냄새가 없고 친수성이며, 물과 유기 용매에 녹지 않고 생분해성을 띤다. 셀룰로스는 종이, 섬유, 소모품, 바이오 연료, 건축 재료 등 다양한 분야에서 활용된다.

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셀룰로스 - [화학 물질]에 관한 문서
식별자
CAS 등록번호	9004-34-6
ChemBL	2109009
EC 번호	232-674-9
UNII	SMD1X3XO9M
펍켐(PubChem)	14055602
케그(KEGG)	C00760
켐스파이더 ID	해당 없음
속성
화학식	(C6H10O5)n
몰 질량	162.1406 g/mol (포도당 단위당)
외형	흰색 가루
밀도	1.5 g/cm³
용해도	없음
녹는점	500-518 °F (분해)
열화학
표준 생성 엔탈피	-963,000 J/mol
표준 연소 엔탈피	-2,828,000 J/mol
위험성
NFPA 704	"보건: 1" "화재: 1" "반응성: 0"
자동 발화점	해당 없음
허용 노출 기준(PEL)	"총 먼지: 시간 가중 평균(TWA) 15 mg/m³" "호흡성 먼지: 시간 가중 평균(TWA) 5 mg/m³"
권장 노출 기준(REL)	"총 먼지: 시간 가중 평균(TWA) 10 mg/m³" "호흡성 먼지: 시간 가중 평균(TWA) 5 mg/m³"
즉시 유해 농도(IDLH)	해당 없음
관련 화합물
기타 화합물	녹말
구조
β(1→4)-글리코시드 결합으로 연결된 D-글루코스 단위의 선형 중합체인 셀룰로스 (2개 단위 표시)
셀룰로스의 3차원 구조
셀룰로스의 구조식

2. 역사

셀룰로스는 1838년 프랑스의 화학자 앙셀름 파얜이 발견하였으며, 식물 물질로부터 분리하여 그 화학식을 결정하였다.^[103]^[112]^[113] 1870년에는 하야트 제조회사에서 최초로 열가소성 플라스틱인 셀룰로이드를 생산하는데 사용되었다. 이후 1890년대에 레이온(인조 견사) 생산이 시작되었고, 1912년에는 셀로판이 발명되었다. 1920년 헤르만 슈타우딩거는 셀룰로스의 중합체 구조를 밝혔으며, 1992년에는 시로 고바야시와 신이치로 쇼다가 효소를 사용하지 않는 화학적 합성에 성공했다.^[114]

2. 1. 발견과 초기 연구

셀룰로스는 1838년 프랑스의 화학자 앙셀름 파얜이 발견하였으며, 그는 식물 물질로부터 셀룰로스를 분리하고, 셀룰로스의 화학식을 결정했다.^[103]^[112]^[113] 1870년에 하야트 제조회사(Hyatt Manufacturing Company)는 최초의 성공적인 열가소성 플라스틱인 셀룰로이드를 생산하는데 셀룰로스를 사용하였다. 1890년대에는 셀룰로스로부터 레이온(인조 견사)의 생산이 시작되었고, 셀로판은 1912년에 발명되었다. 헤르만 슈타우딩거는 1920년에 셀룰로스의 중합체 구조를 결정했다. 1992년에 시로 고바야시(Shiro Kobayashi)와 신이치로 쇼다(Shin‐ichiro Shoda)는 생물학적 효소를 사용하지 않고 화학적으로 셀룰로스를 합성했다.^[114]

3. 구조와 특성

셀룰로스는 맛과 냄새가 없고, 20~30도의 접촉각을 가진 친수성을 띈다.^[115] 물과 대부분의 유기 용매에 녹지 않으며, 카이랄성이고 생분해성이다. 2016년에 467 °C에서 녹는 것으로 밝혀졌다.^[116] 고온에서 농축된 무기산으로 처리하면 포도당 단위체로 화학적 분해가 가능하다.^[117]

셀룰로스는 β-D-포도당들이 β(1→4) 글리코사이드 결합으로 연결된 선형 구조를 가지며, 포도당 단위체는 번갈아 뒤집힌 모습을 띤다. 이러한 결합 방식은 녹말과 글리코젠의 α(1→4) 글리코사이드 결합과 대조적이다. 셀룰로스는 곧은 사슬 중합체로, 녹말과 달리 꼬임이나 분지가 없고, 포도당 잔기의 배열 때문에 뻣뻣한 막대 모양이다.

녹말은 60~70 °C 이상의 물에서 가열하면 결정질에서 비결정질로 변하는 반면, 셀룰로스는 물에서 비결정질로 만들기 위해 320 °C의 온도와 25 MPa의 압력이 필요하다.^[119]

셀룰로스는 수소 결합 위치에 따라 여러 결정 구조를 가질 수 있다. 천연 셀룰로스는 I_α 구조와 I_β 구조를 갖는 셀룰로스 I이다. 세균과 조류는 I_α 가 풍부한 셀룰로스를 생성하고, 고등 식물은 주로 I_β 로 구성된 셀룰로스를 생성한다. 재생 셀룰로스 섬유는 셀룰로스 II이다. 셀룰로스 I에서 셀룰로스 II로의 전환은 비가역적이며, 셀룰로스 I은 준안정적이고 셀룰로스 II는 안정적이다. 화학적 처리를 통해 셀룰로스 III 및 셀룰로스 IV 구조를 생성할 수 있다.^[120]

셀룰로스의 사슬 길이는 구성하는 포도당 단위체의 수에 따라 달라진다. 목재 펄프의 셀룰로스는 300~1,700개, 면화, 기타 식물 섬유, 세균의 셀룰로스는 800~10,000개의 포도당 단위체로 구성된다.^[106] 셀룰로스 분해로 생성되는 짧은 사슬 길이의 분자는 셀로덱스트린으로 알려져 있으며, 물과 유기 용매에 용해된다.

셀룰로스의 화학식은 (C₆H₁₀O₅)_n 이며, n은 중합도, 즉 포도당 잔기의 수이다.^[121]

식물 유래 셀룰로스는 헤미셀룰로스, 리그닌, 펙틴 등과 혼합되어 있으며, 세균의 셀룰로스는 순수하고 수분 함량이 높으며 인장 강도가 더 크다.^[106] 셀룰로스는 슈바이처 시약, 큐프리에틸렌다이아민(CED), 카드뮴에틸렌다이아민(Cadoxen), N-메틸모르폴린 N-옥사이드, 염화 리튬/다이메틸아세트아마이드에 용해된다.^[122] 또한 많은 종류의 이온성 액체에도 용해된다.^[123]

셀룰로스는 결정성 및 비결정성 부위로 구성되며, 강산 처리로 비결정성 부위를 분해하여 나노셀룰로스를 생성할 수 있다.^[124]

셀룰로스는 β-글루코스가 중합된 고분자이며, 그 분자는 수소 결합에 의해 시트상으로 되어 있다. 이와 달리, α-글루코스 분자가 중합된 전분은 수소 결합에 의해 나선형으로 되어 있다. 셀룰로스는 요오드 전분 반응을 나타내지 않는다. 전분과 마찬가지로 글루코스 분자를 구성 단위로 하면서도 셀룰로스가 요오드 전분 반응을 나타내지 않는 것은 이 반응이 분자의 형태에 기인하기 때문이다.

또한, 셀룰로스는 가수분해에 의해 글루코스로 분해될 수 있지만, 매우 안정적인 분자이며, 산이나 염기에 대해 강한 저항성을 나타낸다. 셀룰로스의 가수분해에는 황산이나 염산이 사용될 뿐만 아니라, 효소인 셀룰라아제가 사용된다. 리그닌과 결합한 셀룰로스는 단독 상태보다 더욱 화학적으로 안정적이기 때문에, 분해가 매우 어렵다.

3. 1. 화학 구조

셀룰로스는 맛과 냄새가 없고, 물과 대부분의 유기 용매에 녹지 않으며, 생분해성 고분자이다. 2016년에 467 °C에서 녹는 것으로 밝혀졌다.^[116] 고온에서 농축된 무기산으로 처리하면 포도당 단위체로 분해될 수 있다.^[117]

셀룰로스는 β-D-포도당들이 β(1→4) 글리코사이드 결합으로 연결된 선형 구조를 가지며, 포도당 단위체는 번갈아 뒤집힌 모습을 띤다. 이러한 결합 방식은 녹말과 글리코젠의 α(1→4) 글리코사이드 결합과 다르다. 이러한 구조 덕분에 평행한 셀룰로스 분자들은 근접한 3번 탄소(C-3)와 6번 탄소(C-6)의 하이드록시기 사이에 수소 결합을 형성하여 선형 사슬로 존재한다. 이러한 셀룰로스 분자의 선형 사슬이 약 80개가 모여 셀룰로스 미세섬유(microfibril)를 형성한다.^[107] 셀룰로스는 곧은 사슬 중합체로, 녹말과 달리 꼬임이나 분지가 없고, 포도당 잔기의 배열 때문에 뻣뻣한 막대 모양이다.

β(1→4) 글리코사이드 결합, 선택된 수소 결합은 파란색 점선으로 표시되어 있다.

면섬유는 다당류의 90%이상이 셀룰로스인 가장 순수한 천연의 셀룰로스이다.

셀룰로스 사슬의 포도당에 있는 여러 하이드록시기는 같은 사슬 내 또는 이웃 사슬의 산소 원자와 수소 결합을 형성하여 사슬을 나란히 고정시켜 높은 인장 강도를 갖는 미세섬유를 만든다. 이는 셀룰로스 미세섬유가 다당류 매트릭스에 맞물리는 세포벽에 인장 강도를 부여한다. 셀룰로스 미세섬유의 길이나 너비는 식물의 종류에 따라 다른데, 육상식물은 2~5nm 정도의 너비를 보이지만, 조류는 폭이 20nm 에 이르며 육상식물보다 더 질서정연한 구조를 갖는다.^[118]

녹말과 비교하면 셀룰로스는 훨씬 더 결정성이다. 녹말은 물에서 60~70 °C 이상으로 가열될 때 결정질에서 비결정질로 바뀌지만, 셀룰로스는 물에서 비결정질로 되기 위해 320 °C의 온도와 25 MPa의 압력이 필요하다.^[119]

셀룰로스는 몇 가지 다른 결정질 구조가 알려져 있으며, 이는 셀룰로스 가닥 사이와 가닥 내의 수소 결합 위치에 따라 달라진다. 천연 셀룰로스는 I_α 구조와 I_β 구조를 갖는 셀룰로스 I이다. 세균과 조류가 생성하는 셀룰로스는 I_α 가 풍부하고, 고등 식물의 셀룰로스는 주로 I_β 로 구성된다. 재생 셀룰로스 섬유의 셀룰로스는 셀룰로스 II이다. 셀룰로스 I에서 셀룰로스 II 로의 전환은 비가역적이며, 이는 셀룰로스 I 이 준안정적이며, 셀룰로스 II 가 안정하다는 것을 나타낸다. 다양한 화학적 처리로 셀룰로스 III 및 셀룰로스 IV 구조를 생성할 수 있다.^[120]

셀룰로스의 많은 특성들은 셀룰로스 사슬의 길이나 중합도, 즉 하나의 중합체 분자를 구성하는 포도당 단위체의 수에 의존한다. 목재 펄프의 셀룰로스는 300~1,700개의 포도당 단위체로 구성된 사슬 길이를 갖는다. 면화, 기타 식물 섬유, 세균의 셀룰로스는 800~10,000개의 포도당 단위체로 구성된 사슬 길이를 갖는다.^[106] 셀룰로스 분해로 매우 짧은 사슬 길이를 갖는 분자는 셀로덱스트린으로 알려져 있으며, 긴 사슬의 셀룰로스와 달리 물과 유기 용매에 용해된다.

셀룰로스는 44.44%의 탄소, 6.17%의 수소, 49.39%의 산소를 함유한다. 셀룰로스의 화학식은 (C₆H₁₀O₅)_n 이고, 여기서 n은 중합도이며, 포도당 잔기의 수를 나타낸다.^[121]

식물 유래 셀룰로스는 헤미셀룰로스, 리그닌, 펙틴 등과 혼합물로 발견되며, 세균의 셀룰로스는 순수하고, 높은 수분 함량과 긴 사슬 길이로 인해 인장 강도가 더 크다.^[106]

셀룰로스는 슈바이처 시약, 큐프리에틸렌다이아민(CED), 카드뮴에틸렌다이아민(Cadoxen), N-메틸모르폴린 N-옥사이드, 염화 리튬/다이메틸아세트아마이드에 용해된다.^[122] 이것은 용해된 펄프로부터 재생 셀룰로스(예: 비스코스 및 셀로판)를 생성하는데 사용된다. 또한 셀룰로스는 많은 종류의 이온성 액체에 용해된다.^[123]

셀룰로스는 결정성 및 비결정성 부위로 구성된다. 강산으로 처리하면 비결정성 부위가 분해되어 나노셀룰로스를 생성할 수 있다.^[124]

3. 2. 물리적 성질

셀룰로스는 맛과 냄새가 없고, 친수성을 띠며 20~30도의 접촉각을 갖는다.^[14] 물과 대부분의 유기 용매에 녹지 않으며, 카이랄성이고 생분해성이다. 2016년에 467 °C에서 녹는 것으로 밝혀졌다.^[15] 고온에서 농축된 무기산으로 처리하면 포도당 단위체로 화학적 분해가 가능하다.^[16]

셀룰로스는 녹말이나 글리코젠과는 달리 β(1→4) 글리코사이드 결합으로 연결된 β-D-포도당 단위체로 구성된 선형 구조를 가진다. 이러한 구조 덕분에 셀룰로스 분자들은 서로 평행하게 배열되고, 인접한 3번 탄소(C-3)와 6번 탄소(C-6)의 하이드록시기 사이에 수소 결합이 형성되어 높은 인장 강도를 갖는 미세섬유를 형성한다.

녹말은 60~70 °C 이상의 물에서 가열하면 결정질에서 비결정질로 변하는 반면, 셀룰로스는 물에서 비결정질로 만들기 위해 320 °C의 온도와 25 MPa의 압력이 필요하다.^[19]

셀룰로스는 수소 결합 위치에 따라 여러 결정 구조를 가질 수 있다. 천연 셀룰로스는 I_α 구조와 I_β 구조를 갖는 셀룰로스 I이다. 세균과 조류는 I_α 가 풍부한 셀룰로스를 생성하고, 고등 식물은 주로 I_β 로 구성된 셀룰로스를 생성한다. 재생 셀룰로스 섬유는 셀룰로스 II이다. 셀룰로스 I에서 셀룰로스 II로의 전환은 비가역적이며, 셀룰로스 I은 준안정적이고 셀룰로스 II는 안정적이다. 화학적 처리를 통해 셀룰로스 III 및 셀룰로스 IV 구조를 생성할 수 있다.^[20]

셀룰로스의 사슬 길이는 구성하는 포도당 단위체의 수에 따라 달라진다. 목재 펄프의 셀룰로스는 300~1,700개, 면화, 기타 식물 섬유, 세균의 셀룰로스는 800~10,000개의 포도당 단위체로 구성된다.^[6] 셀룰로스 분해로 생성되는 짧은 사슬 길이의 분자는 셀로덱스트린으로 알려져 있으며, 물과 유기 용매에 용해된다.

셀룰로스의 화학식은 (C₆H₁₀O₅)_n 이며, n은 중합도, 즉 포도당 잔기의 수이다.^[21]

식물 유래 셀룰로스는 헤미셀룰로스, 리그닌, 펙틴 등과 혼합되어 있으며, 세균의 셀룰로스는 순수하고 수분 함량이 높으며 인장 강도가 더 크다.^[6]

셀룰로스는 결정성 및 비결정성 부위로 구성되며, 강산 처리로 비결정성 부위를 분해하여 나노셀룰로스를 생성할 수 있다.^[24]

3. 3. 생물학적 특성

셀룰로스는 맛과 냄새가 없고, 20~30도의 접촉각을 가진 친수성이며,^[115] 물과 대부분의 유기 용매에 녹지 않으며 카이랄성이고 생분해성이다. 2016년에 467 °C에서 녹는 것으로 밝혀졌다.^[116] 고온에서 농축된 무기산으로 처리하면 포도당 단위체로 화학적으로 분해될 수 있다.^[117]

셀룰로스는 β-D-포도당들의 1번 탄소(C-1)와 4번 탄소(C-4)가 β(1→4) 글리코사이드 결합을 통해 결합된 선형 구조를 가지며 포도당 단위체가 번갈아가며 뒤집힌 모습을 띤다. 이러한 결합은 녹말과 글리코젠에 존재하는 α(1→4) 글리코사이드 결합과 대조된다. 이러한 구조로 인해 평행한 셀룰로스 분자들이 근접한 3번 탄소(C-3)와 6번 탄소(C-6)의 하이드록시기 사이에 수소 결합이 형성되어 선형 사슬로 존재하게 된다. 약 80개의 셀룰로스 분자의 선형 사슬이 모여 셀룰로스 미세섬유(microfibril)를 형성한다.^[107] 셀룰로스는 곧은 사슬 중합체이다. 녹말과는 달리 꼬임이나 분지가 일어나지 않으며, 분자는 포도당 잔기의 적도면의 입체구조에 의해 연장된 다소 뻣뻣한 막대 모양의 입체 구조를 채택한다. 셀룰로스 사슬에서 포도당에 있는 여러 개의 하이드록시기는 같은 사슬 내 또는 이웃 사슬에 있는 산소 원자와 수소 결합을 형성하여, 사슬들을 나란히 고정시켜 높은 인장 강도를 갖는 미세섬유를 형성하도록 한다. 이것은 셀룰로스 미세섬유가 다당류 매트릭스에 맞물리는 세포벽에 인장 강도를 부여한다. 셀룰로스 미세섬유의 길이나 너비는 식물의 종류에 따라 달라지는데, 육상식물의 경우 2~5nm 정도의 너비를 보이는데 비해 조류의 경우 폭이 20nm 에 이르며 육상식물에서보다 훨씬 더 질서정연한 구조를 갖는다.^[118]

녹말과 비교하여 셀룰로스는 훨씬 더 결정성이다. 녹말은 물에서 60~70 °C 이상으로 가열될 때 결정질에서 비결정질로 바뀌는 반면에 셀룰로스는 물에서 비결정질로 되기 위해 320 °C의 온도와 25 MPa의 압력이 필요하다.^[119]

셀룰로스의 몇 가지 다른 결정질 구조가 알려져 있으며, 이는 셀룰로스 가닥 사이와 가닥 내의 수소 결합의 위치에 따라 달라진다. 천연 셀룰로스는 I_α 구조와 I_β 구조를 갖는 셀룰로스 I이다. 세균과 조류가 생성하는 셀룰로스는 I_α 가 풍부하고, 고등 식물의 셀룰로스는 주로 I_β 로 구성된다. 재생 셀룰로스 섬유의 셀룰로스는 셀룰로스 II이다. 셀룰로스 I에서 셀룰로스 II 로의 전환은 비가역적이며, 이는 셀룰로스 I이 준안정적이며, 셀룰로스 II 가 안정하다는 것을 나타낸다. 다양한 화학적 처리로 셀룰로스 III 및 셀룰로스 IV 구조를 생성할 수 있다.^[120]

셀룰로스의 많은 특성들은 셀룰로스 사슬의 길이나 중합도, 하나의 중합체 분자를 구성하는 포도당 단위체의 수에 의존한다. 목재 펄프의 셀룰로스는 300~1,700개의 포도당 단위체로 구성된 사슬 길이를 갖는다. 면화, 기타 식물 섬유, 세균의 셀룰로스는 800~10,000개의 포도당 단위체로 구성된 사슬 길이를 갖는다.^[106] 셀룰로스 분해로 인해 매우 짧은 사슬 길이를 갖는 분자는 셀로덱스트린으로 알려져 있다. 긴 사슬의 셀룰로스와는 달리, 셀로덱스트린은 일반적으로 물과 유기 용매에 용해된다.

셀룰로스는 44.44%의 탄소, 6.17%의 수소, 49.39%의 산소를 함유한다. 셀룰로스의 화학식은 (C₆H₁₀O₅)n 이고, 여기서 n은 중합도이며, 포도당 잔기의 수를 나타낸다.^[121]

식물 유래 셀룰로스는 일반적으로 헤미셀룰로스, 리그닌, 펙틴 및 다른 물질들과의 혼합물로 발견되며, 세균의 셀룰로스는 상당히 순수하고, 더 높은 수분 함량을 갖고 있고, 보다 긴 사슬 길이로 인해 인장 강도가 더 크다.^[106]

셀룰로스는 결정성 및 비결정성 부위로 구성된다. 강산으로 처리함으로서, 비결정성 부위가 분해될 수 있고, 이로 인해 많은 바람직한 특성을 가진 새로운 물질인 나노셀룰로스를 생성할 수 있다.^[124]

셀룰로스는 β-글루코스가 중합된 고분자이며, 그 분자는 수소 결합에 의해 시트상으로 되어 있다. 이와 달리, α-글루코스 분자가 중합된 전분은 수소 결합에 의해 나선형으로 되어 있다. 셀룰로스는 요오드 전분 반응을 나타내지 않는다. 전분과 마찬가지로 글루코스 분자를 구성 단위로 하면서도 셀룰로스가 요오드 전분 반응을 나타내지 않는 것은 이 반응이 분자의 형태에 기인하기 때문이다.

또한, 셀룰로스는 가수분해에 의해 글루코스로 분해될 수 있지만, 매우 안정적인 분자이며, 산이나 염기에 대해 강한 저항성을 나타낸다. 셀룰로스의 가수분해에는 황산이나 염산이 사용될 뿐만 아니라, 효소인 셀룰라아제가 사용된다. 리그닌과 결합한 셀룰로스는 단독 상태보다 더욱 화학적으로 안정적이기 때문에, 분해가 매우 어렵다.

4. 가공

분쇄한 나무 조각을 탈지하여 목분으로 만든 후, 염소와 산(아염소산나트륨과 아세트산)으로 처리하여 리그닌을 분리한다. 얻어진 홀로셀룰로스에 알칼리 처리를 하면, 알칼리에 불용성인 α-셀룰로스가 분리된다. 분리된 가용부에 다시 산을 가하면, β-셀룰로스로 구성된 불용부와 기타 성분(γ-셀룰로스, 헤미셀룰로스 등)으로 분리된다.^[82]

4. 1. 분석

셀룰로스 함유 물질을 고려할 때, 20 °C에서 17.5% 수산화 나트륨 용액에 용해되지 않는 탄수화물 부분은 α-셀룰로스이며, 이는 진정한 셀룰로스이다. 추출물을 산성화하면 β-셀룰로스가 침전된다. 염기에 용해되지만 산으로 침전되지 않는 부분은 γ-셀룰로스이다.

셀룰로스는 1969년 업드그라프(Updegraff)가 기술한 방법을 사용하여 분석할 수 있는데, 이 방법에서는 섬유질을 아세트산 및 질산에 용해하여 리그닌, 헤미셀룰로스, 자일로산을 제거한다. 생성된 셀룰로스는 황산에서 안트론과 반응한다. 생성된 착색 화합물은 약 635 nm 파장에서 분광광도법으로 분석한다.

또한 셀룰로스는 산성 세제 섬유와 산성 세제 리그닌의 차이로도 나타낼 수 있다.

발광 접합된 올리고티오펜(oligothiophene)은 형광 현미경 또는 형광분석법을 사용하여 셀룰로스를 검출하는데 사용될 수도 있다.^[126]

분쇄한 나무 조각을 탈지하여 목분으로 만든 후, 염소와 산(아염소산나트륨과 아세트산)으로 처리하여 리그닌을 분리한다. 얻어진 홀로셀룰로스에 알칼리 처리를 하면, 알칼리에 불용성인 α-셀룰로스가 분리된다. 분리된 가용부에 다시 산을 가하면, β-셀룰로스로 구성된 불용부와 기타 성분(γ-셀룰로스, 헤미셀룰로스 등)으로 분리된다.^[82]

4. 2. 생합성

식물에서 셀룰로스는 세포막에서 로제트 말단 복합체(rosette terminal complexes, RTCs)에 의해 합성된다. 로제트 말단 복합체는 개개의 셀룰로스 사슬을 합성하는 셀룰로스 생성효소(cellulose synthase)를 포함하는 약 25 nm 직경의 헥사머 단백질 구조이다.^[127] 각각의 로제트 말단 복합체는 세포막에 떠 있고, 세포벽으로 미세섬유(microfibril)를 회전시킨다.

로제트 말단 복합체는 미지의 화학양론에서 CesA 유전자에 의해 발현되는 적어도 세 가지 다른 셀룰로스 생성효소를 포함한다.^[128] CesA 유전자의 분리된 세트는 1차 세포벽 및 2차 세포벽의 생합성에 관여한다. CesA 상과(superfamily)에는 약 7개의 아과(subfamily)가 있는 것으로 알려져 있다. 셀룰로스 생성효소는 UDP-포도당을 사용하여 β(1→4) 글리코사이드 결합으로 연결된 셀룰로스를 생성한다.^[129]

셀룰로스 합성은 사슬의 개시와 신장이 필요하며, 두 과정은 별개이다. CesA 글루코실트랜스퍼레이스(CesA glucosyltransferase)는 스테로이드 프라이머, β-시토스테롤-β-글루코사이드(β-sitosterol-β-glucoside), UDP-포도당을 사용하여 셀룰로스 중합을 개시한다.^[130] 셀룰로스 생성효소는 UDP-포도당 전구체를 사용하여 성장하는 셀룰로스 사슬을 신장시킨다. 셀룰레이스는 성숙한 사슬에서 프라이머를 잘라내는 기능을 갖고 있다.

셀룰로스는 미삭동물(tunicate)에 의해 특히 해초강에서 합성된다(셀룰로스는 역사적으로 "tunicine (tunicin)"으로 불렸었다).^[131]

세균 셀룰로스는 동일한 단백질 계열을 사용하여 생성되지만, 유전자는 많은 경우 "세균 셀룰로스 합성효소"를 위해 ''BcsA'' 또는 "셀룰로스"를 위해 ''CelA''라고 불린다.^[33] 식물은 엽록체를 생성한 내공생 사건에서 ''CesA''를 획득했다.^[32] 알려진 모든 셀룰로스 합성효소는 글루코실전달효소 계열 2(GT2)에 속한다.^[33]

식물에서는 보편적으로 셀룰로스 생합성이 관찰되지만, 일부 미생물 외에 동물에서는 해양 생물인 멍게에 생합성 능력이 있는 것으로 알려져 있다. 미생물의 셀룰로스 생합성에서 가장 잘 알려진 예는 초산균(Acetobacter 속 등)에 의한 것이며, 나타드코코는 이 세균에 의해 생성된 셀룰로스이다. 멍게의 생합성 능력은 감염이나 기생 등에 의한 수평적 유전자 이동에 의해 획득된 생합성 능력이라는 것이 시사되고 있다.

4. 3. 분해

셀룰로스의 분해는 셀룰로스를 셀로덱스트린이라 불리는 작은 다당류로 분해하거나 포도당 단위체로 완전하게 분해하는 가수분해 반응이다. 셀룰로스 분자들은 서로 강하게 결합하고 있기 때문에, 다른 다당류의 분해와 비교했을 때 셀룰로스 분해는 상대적으로 힘들다.^[132] 그러나 이 과정은 이온성 액체와 같은 적절한 용매에서 크게 강화될 수 있다.^[133]

대부분의 포유류들은 셀룰로스와 같은 식이 섬유를 소화할 수 있는 능력이 제한되어 있다. 소와 양 같은 일부 반추동물들은 제일위(rumen)에서 공생하는 혐기성 세균(''셀룰로모나스'' 와 같은)을 포함하고 있으며, 이러한 세균은 셀룰로스를 분해할 수 있는 셀룰레이스라고 불리는 효소를 생산한다. 반추동물의 분해 산물들은 세균의 증식을 위해 사용된다. 세균 덩어리는 나중에 반추동물의 소화계(위와 소장)에서 소화된다. 말들은 셀룰로스를 소화시키기 위해 셀룰레이스를 생산하는 공생 세균을 통해 후장(後腸, hindgut)에서 발효시켜 셀룰로스를 먹이로 이용한다. 이와 유사하게 어떤 흰개미들은 후장에 셀룰레이스를 생산하는 특정 편모충류 원생동물을 포함하는 반면 다른 흰개미들은 세균을 포함하거나 셀룰레이스를 생성할 수 있다.^[134]

셀룰로스의 글리코사이드 결합을 분해하는데 사용되는 효소는 내부에 작용하는 셀룰레이스와 외부에 작용하는 글루코시데이스를 포함하는 글리코시데이스이다. 이러한 효소는 일반적으로 도커린과 탄수화물 결합 모듈을 포함할 수 있는 다효소 복합체(multienzyme complex)의 일부로 분비된다.^[135]

350°C 이상의 온도에서 셀룰로스는 열분해되어 고체 탄화물질, 증기, 에어로졸, 이산화 탄소와 같은 가스로 분해된다.^[136] 바이오 오일이라고 불리는 액체로 응축되는 증기의 최대 수율은 500°C에서 얻어진다.^[137]

반결정성 셀룰로스 중합체는 열분해 온도(350~600°C)에서 몇 초 내에 반응한다. 이러한 변환은 단 몇 분의 1초 동안 존재하는 액체(중간 액체 셀룰로스(intermediate liquid cellulose) 또는 용융 셀룰로스(molten cellulose)라고 부름)과 함께 고체-액체-기체- 전이를 통해 일어나는 것으로 나타났다.^[138] 글리코사이드 결합의 분해는 용융물을 포함하는 2~7개의 단위체로 구성된 짧은 셀룰로스 사슬을 생성한다. 중간 액체 셀룰로스의 증기 버블링은 용융물로부터 유도된 짧은 사슬 무수물 올리고머로 이루어진 에어로졸을 생성한다.^[139]

용융된 셀룰로스의 계속적인 분해는 1차 반응을 통해 레보글루코산, 푸란, 피란, 약한 산화제 및 가스와 같은 같은 휘발성 화합물을 생성한다.^[140] 두꺼운 셀룰로스 시료 내에서 레보글루코산과 같은 휘발성 화합물은 피란 및 글리콜알데하이드와 같은 약한 산화제를 포함한 휘발성 산물과 2차 반응을 일으킨다.^[141]

5. 헤미셀룰로스

헤미셀룰로스는 육상식물 바이오매스의 약 20%를 차지하는 다당류로 셀룰로스와 관련이 있다. 셀룰로스와는 대조적으로 헤미셀룰로스는 포도당, 특히 자일로스 뿐만 아니라 만노스, 갈락토스, 람노스 및 아라비노스를 포함한 여러 당류들로부터 유래된다. 헤미셀룰로스는 500~3,000개의 당 단위체의 짧은 사슬로 구성된다.^[142] 게다가 헤미셀룰로스는 분지형인 반면 셀룰로스는 비분지형이다.

6. 유도체

셀룰로스의 하이드록시기(-OH)는 부분적으로 또는 완전하게 다양한 시약과 반응하여 주로 셀룰로스 에스터 및 셀룰로스 에터와 같은 유용한 특성을 갖는 유도체들을 생성할 수 있다. 원칙적으로 현재의 산업 관행에서 항상 그렇지는 않지만, 셀룰로스 중합체는 재생 가능한 자원이다.

셀룰로스는 여러 종류의 매개체에 용해되는데, 이 중 일부는 상업적 기술의 기반이 된다. 이러한 용해 과정은 가역적이며 용해펄프로부터 '''재생 셀룰로스'''(예: 비스코스, 셀로판)를 생산하는 데 사용된다. 가장 중요한 용해제는 알칼리 존재 하에서 이황화탄소이다. 다른 용해제로는 슈바이처 시약, N-메틸모르폴린 N-옥사이드, 그리고 디메틸아세트아미드 중의 염화리튬이 있다. 일반적으로 이러한 용해제는 셀룰로스를 변형시켜 용해 가능하게 만든다. 그런 다음 섬유가 형성됨과 동시에 용해제가 제거된다.^[49] 셀룰로스는 또한 많은 종류의 이온 액체에 용해된다.^[50]

재생 셀룰로스의 역사는 종종 1855년에 최초로 재생 니트로셀룰로스 섬유를 제조한 조르주 오드마르(George Audemars)로부터 시작되었다고 언급된다.^[51] 이 섬유들은 부드럽고 강하며 실크와 비슷했지만, 심하게 가연성이라는 단점이 있었다. 이야르 드 샤르도네(Hilaire de Chardonnet)는 니트로셀룰로스 섬유 생산을 완성했지만, 그의 공정으로 섬유를 제조하는 것은 비교적 비경제적이었다.^[51] 1890년, L.H. 데스페이시스(L.H. Despeissis)는 셀룰로스를 용해시키는 구리암모늄 용액을 사용하는 구리암모늄 공정을 발명했는데, 이 방법은 오늘날에도 인조견 생산에 여전히 사용되고 있다.^[52] 1891년, 알칼리와 이황화탄소로 셀룰로스를 처리하면 비스코스로 알려진 가용성 셀룰로스 유도체가 생성된다는 사실이 발견되었다.^[51] 비스코스 개발 회사의 창립자들이 특허를 받은 이 공정은 재생 셀룰로스 제품을 제조하는 데 가장 널리 사용되는 방법이다. 코르토즈(Courtaulds)는 1904년에 이 공정에 대한 특허를 매입하여 비스코스 섬유 생산의 상당한 성장을 이끌었다.^[53] 1931년, 비스코스 공정에 대한 특허 만료로 전 세계적으로 채택되었다. 재생 셀룰로스 섬유의 세계 생산량은 1973년에 3,856,000톤으로 최고점에 달했다.^[51] 재생 셀룰로스는 의류 섬유 외에도 일회용 의료 기기 생산과 인공 막 제작에도 사용된다.^[53]

6. 1. 셀룰로스 에스터

셀룰로스의 히드록시기(-OH)는 다양한 시약과 부분적 또는 완전히 반응하여 유용한 특성을 지닌 유도체, 주로 셀룰로스 에스터를 생성할 수 있다.

에스터 유도체는 다음을 포함한다.

셀룰로스 에스터	시약	예시	시약	기 R
유기 에스터	유기산	셀룰로스 아세테이트	아세트산과 무수 아세트산	H 또는 -(C=O)CH₃
		셀룰로스 트리아세테이트	아세트산과 무수 아세트산	-(C=O)CH₃
		셀룰로스 프로피오네이트	프로피온산	H 또는 -(C=O)CH₂CH₃
		셀룰로스 아세테이트 프로피오네이트(CAP)	아세트산과 프로피온산	H 또는 -(C=O)CH₃ 또는 -(C=O)CH₂CH₃
		셀룰로스 아세테이트 부티레이트(CAB)	아세트산과 부티르산	H 또는 -(C=O)CH₃ 또는 -(C=O)CH₂CH₂CH₃
무기 에스터	무기산	니트로셀룰로스 (셀룰로스 질산염)	질산 또는 다른 강력한 니트로화제	H 또는 -NO₂
무기 에스터	무기산	셀룰로스 설페이트	황산 또는 다른 강력한 설페이트화제	H 또는 -SO₃H

셀룰로스 아세테이트와 셀룰로스 트리아세테이트는 필름 및 섬유 형성 물질이며 다양한 용도로 사용된다. 니트로셀룰로스는 처음에는 폭발물로 사용되었으며 초기 필름 형성 물질이었다. 장뇌로 가소화되면 니트로셀룰로스는 셀룰로이드를 생성한다.

; 니트로셀룰로스

: 질산으로 처리하여 만든다. 셀룰로오스의 질산에스테르이며, 가열하거나 충격을 가하면 폭발한다. 연기를 내지 않는 무연화약의 원료 중 하나로 사용되고 있다. 원래는 면을 셀룰로오스 원료로 사용했기 때문에, 면화약이라고 불렸다. 투명도가 높다는 등의 이유로, 과거에는 영화의 필름 베이스로 사용되었을 뿐만 아니라, 애니메이션의 셀 애니메이션에도 사용되었다. 그러나 오래되면 자연 발화할 가능성이 있기 때문에 보존성에 문제가 있다.

; 아세트산셀룰로스

: 타기 쉬운 니트로셀룰로스의 대체재로 사용되었지만, 투명도는 니트로셀룰로스보다 떨어진다.

6. 2. 셀룰로스 에터

셀룰로스의 히드록시기(-OH)는 다양한 시약과 부분적 또는 완전히 반응하여 유용한 특성을 지닌 유도체를 생성할 수 있는데, 주로 셀룰로스 에테르(-OR)가 이에 해당한다.^[54]

셀룰로스 에테르 유도체는 다음과 같다.

셀룰로스 에테르	시약	예시	시약	기 R = H 또는	수용성	용도	E 번호
알킬	할로알칸	메틸셀룰로스	클로로메탄	-CH₃	냉수/온수에 용해^[55]		E461
		에틸셀룰로스 (EC)	클로로에탄	-CH₂CH₃	물에 불용성	코팅, 잉크, 바인더 및 제어 방출 약물 정제에 사용되는 상업용 열가소성 수지,^[56] 올레오겔 및 바이오플라스틱 생산에도 사용^[57]	E462
		에틸 메틸 셀룰로스	클로로메탄과 클로로에탄	-CH₃ 또는 -CH₂CH₃			E465
히드록시알킬	에폭사이드	히드록시에틸 셀룰로스	에틸렌 옥사이드	-CH₂CH₂OH	냉수/온수에 용해	겔화 및 증점제^[58]
		히드록시프로필 셀룰로스 (HPC)	프로필렌 옥사이드	-CH₂CH(OH)CH₃	냉수에 용해	필름 특성, 코팅 특성, 의약품, 문화유산 복원, 전자 응용 분야, 화장품 부문^[59] ^[60] ^[61] ^[62] ^[63]	E463
		히드록시에틸 메틸 셀룰로스	클로로메탄과 에틸렌 옥사이드	-CH₃ 또는 -CH₂CH₂OH	냉수에 용해	셀룰로스 필름 생산
		히드록시프로필 메틸 셀룰로스 (HPMC)	클로로메탄과 프로필렌 옥사이드	-CH₃ 또는 -CH₂CH(OH)CH₃	냉수에 용해	점도 조절제, 겔화, 발포 및 결합제	E464
		에틸 히드록시에틸 셀룰로스	클로로에탄과 에틸렌 옥사이드	-CH₂CH₃ 또는 -CH₂CH₂OH			E467
카르복시알킬	할로겐화 카르복실산	카르복시메틸 셀룰로스 (CMC)	클로로아세트산	-CH₂COOH	냉수/온수에 용해	종종 나트륨 염인 카르복시메틸셀룰로스나트륨(NaCMC)으로 사용	E466

카르복시메틸셀룰로스나트륨은 가교결합되어 의약품 제제에서 붕괴제로 사용되는 크로스카르멜로스나트륨(E468)을 생성할 수 있다. 게다가, 카르복시메틸셀룰로스나트륨, 에틸셀룰로스 또는 히드록시에틸셀룰로스와 같은 셀룰로스 에테르에 티올기를 공유결합으로 부착함으로써 점막 부착성 및 투과 증강 특성을 도입할 수 있다.^[64]^[65]^[66] 티올화 셀룰로스 유도체(티오머 참조)는 금속 이온에 대한 높은 결합 특성도 나타낸다.^[67]^[68]

7. 활용

산업용 셀룰로스는 주로 목재 펄프 및 면화에서 얻어진다.^[106] 셀룰로스는 다음과 같이 다양한 분야에서 활용되고 있다.

소모품: 마이크로크리스탈린셀룰로스(E460i)와 분말셀룰로스(E460ii)는 약물 정제의 비활성 부형제로 사용되며,^[143] E461~E469 번호의 다양한 수용성 셀룰로스 유도체는 가공식품에서 유화제, 증점안정제 및 안정제로 사용된다. 셀룰로스 분말은 포장된 치즈의 고화를 방지하기 위해 사용된다. 셀룰로스는 일부 식품에 자연적으로 존재하며, 제조 식품에 첨가되어 부피와 질감을 더하고 배변 활동을 돕는 소화되지 않는 성분으로 이용된다.^[144]

과학: 셀룰로스는 실험실에서 박층 크로마토그래피의 고정상으로 사용된다. 셀룰로스 섬유는 액체 여과에 사용되며, 규조토 등과 조합하여 비활성 물질의 여과대를 만들기도 한다.

기타: 셀룰로스는 얇고 투명한 필름인 셀로판으로 전환될 수 있다. 1930년대 중반까지 사진 및 영화 필름에 사용된 셀룰로이드의 기본 재료였으며, 벽지 접착제에 사용되는 메틸셀룰로스 및 카복시메틸셀룰로스와 같은 수용성 접착제 및 결합제를 제조하는데 사용된다. 또한 친수성 및 흡습성이 높은 스펀지를 만드는데 사용되며, 무연 화약의 원료인 나이트로셀룰로스(질산 셀룰로스) 제조에도 사용된다.

제약: 마이크로크리스탈린셀룰로스와 같은 셀룰로스 유도체는 수분 보유, 안정제 및 증점안정제 기능을 하며, 약물 정제 강화에도 사용된다.^[149]

셀룰로스를 질산으로 처리하면 니트로셀룰로오스가 된다. 이는 셀룰로스의 질산에스테르이며, 가열하거나 충격을 주면 폭발하는 성질을 가지고 있어 무연화약의 원료로 사용된다. 원래 면을 원료로 사용했기 때문에 면화약이라고 불렸다.

; 니트로셀룰로스

: 투명도가 높아 과거 영화 필름 및 셀 애니메이션에 사용되었으나, 오래되면 자연 발화할 가능성이 있어 보존성에 문제가 있다.

; 아세트산셀룰로스

: 타기 쉬운 니트로셀룰로스의 대체재로 사용되었지만, 투명도는 떨어진다.

나노셀룰로스:

나노 수준의 극세사로, 생산 비용이 저렴해짐에 따라(1kg당 1,000엔 미만) 자동차 차체, 자외선 차단제 등의 화장품, 식품, 볼펜, 탈취 시트 등 다양한 용도로 사용될 수 있다. 티크소트로피 성질을 가지며, 철보다 강하고(철의 절반 무게로 5배 이상의 힘에 견딤) 수지와 혼합하면 가볍고 튼튼해진다(두께 2배일 경우 철보다 가볍고 동일한 강도).^[99] 종이 펄프 외에 잡초나 채소 찌꺼기에서도 추출할 수 있다. 이소가이 아키라(도쿄대학 농학생명과학연구과)는 TEMPO(2,2,6,6-테트라메틸피페리딘 1-옥실)를 이용하여 나무에서 나노섬유를 간편하게 추출하는 연구를 통해 자동차 차체, 스마트폰, 태블릿 PC 등 각종 기계류 소재로 사용하여 경량화를 실현할 것으로 예상하고 있다. 또한, 나노섬유를 응용한 얇은 시트로 정밀 기계용 전자 부품 경량화 및 스포츠용 신발 등 기타 화학 제품으로의 응용도 기대된다.^[100]

7. 1. 종이 제품

셀룰로스는 종이, 판지, 카드 스톡의 주요 성분이다.^[106]

7. 2. 섬유

셀룰로스는 면, 리넨 및 다른 식물 섬유로 만든 직물의 주요 성분이다. 셀룰로스는 20세기 초부터 직물에 사용되어 온 중요한 섬유인 레이온으로 변환될 수 있다. 셀로판과 레이온 모두 "재생 셀룰로스 섬유"로 알려져 있으며,^[106] 화학 구조는 셀룰로스와 동일하고, 보통 비스코스를 통해 펄프를 용해시켜 만든다. 보다 최근에 환경 친화적인 방법으로 레이온을 만드는 방법은 라이오셀법(Lyocell process)이다.

면이나 펄프에서 추출된 셀룰로오스는 짧은 섬유 형태로 되어 있으며, 화학 처리를 가하여 용해시키면 긴 섬유 형태의 셀룰로오스로 재생할 수 있다.

비스코스 레이온
동암모니아 레이온
아세테이트

7. 3. 바이오 연료

350°C를 넘는 온도에서 셀룰로스는 열분해를 거쳐 고체 숯, 증기, 에어로졸, 그리고 이산화탄소와 같은 기체로 분해된다.^[42] ''바이오오일''이라고 불리는 액체로 응축되는 증기의 최대 수율은 500°C에서 얻어진다.^[43]

반결정질 셀룰로스 중합체는 열분해 온도(350~600°C)에서 수 초 만에 반응한다. 글리코시드 결합 절단은 2~7개의 단량체로 구성된 짧은 셀룰로스 사슬을 생성하며, 이들은 에어로졸을 생성한다.^[45] 용융 셀룰로스의 지속적인 분해는 1차 반응을 통해 레보글루코산, 푸란류, 피란류, 가벼운 산소화물 및 기체를 포함한 휘발성 화합물을 생성한다.^[46]

비식용 에너지 작물의 주요 연소 성분은 셀룰로스이며, 리그닌이 그 다음이다. 비식용 에너지 작물은 식용 에너지 작물보다 더 많은 사용 가능한 에너지를 생산하지만, 여전히 농경지와 물 자원을 놓고 식량 작물과 경쟁한다.^[74] 대표적인 비식용 에너지 작물로는 산업용 대마(hemp), 스위치그래스, 미스캔서스, 버드나무(Salix), 그리고 사시나무(Populus) 종이 있다. 얼룩말 배설물에서 발견된 클로스트리디움(Clostridium) 박테리아 균주는 거의 모든 형태의 셀룰로스를 부탄올 연료로 전환할 수 있다.^[75]^[76]^[77]^[78]

셀룰로스를 바이오매스에서 분리하여 효소를 이용해 포도당으로 분해하고, 미생물을 통해 에탄올로 전환하는 방법은 차세대 바이오연료로 기대를 모으고 있다. 셀룰로스계 바이오매스를 이용한 에탄올 생산에 관해서는 국립연구개발법인 산업기술종합연구소(AIST)와 혼다기술연구소(Honda R&D)가 핵심 제조 기술을 발표했다.^[84] 국립연구개발법인 산업기술종합연구소(AIST)는 실증 실험을 진행하고 있다.^[85] 미국 조지 W. 부시 대통령은 스위치그래스를 이용한 바이오에탄올 생산에 대해 연두교서에서 여러 차례 언급하고, 예산을 지원했다. 사이언스지에는 에탄올 연료를 대규모로 도입하기 위해서는 셀룰로스를 이용한 에탄올 생산이 거의 필수적이라는 내용이 게재되었다.^[86]

셀룰로스의 가수분해에 의한 당화 처리가 필요하며, 지금까지는 셀룰라아제와 초임계수를 사용하여 셀룰로스를 가수분해해 왔다. 메릴랜드대학교의 스티브 해치슨(Steve Hutcheson)은 체사피크만 습지에서 발견된 셀룰로스 분해균이 강력한 셀룰로스 세포벽 분해 능력을 가지고 있음을 밝혀냈다.^[87]^[88]^[89] Zymetis사는 더욱 효율적으로 당으로 전환하기 위해 유전자를 재조합하여 72시간 안에 1톤의 셀룰로스 바이오매스를 당으로 전환할 수 있음을 증명했다.^[90]

흰개미의 소화기관 내 공생균에 의한 셀룰로스 분해 과정이 바이오매스 에탄올 생산에 유용할 것으로 기대되어 류큐대학과 이화학연구소(RIKEN) 등에서 연구가 진행되고 있다.^[91]^[92]^[93]^[94]^[95]^[96]^[97]^[98]

7. 4. 건축 재료

물속 셀룰로스의 수산기 결합은 플라스틱 및 수지 사용의 대안으로 분무 가능하고 성형 가능한 재료를 생성한다. 재활용 가능한 재료는 방수 및 내화성으로 만들 수 있으며, 건축 자재로 사용하기에 충분한 강도를 제공한다.^[72] 재활용 종이로 만든 셀룰로스 단열재는 환경적으로 바람직한 건축 단열재로 인기를 얻고 있으며, 붕산으로 처리하여 난연제로 사용할 수 있다.

7. 5. 기타

셀룰로스 가닥(구조 I_α)으로, 셀룰로스 분자 내부 및 분자 간의 수소 결합(점선)을 보여준다.

산업용 셀룰로스는 주로 목재 펄프와 면화에서 얻는다.^[6]

종이 제품: 셀룰로스는 종이, 판지의 주요 구성 요소이다. 절연지로도 사용되어 변압기, 케이블 및 기타 전기 장비의 절연체로 사용된다.^[69]
섬유: 셀룰로스는 섬유의 주요 성분이다. 면화와 합성섬유(나일론)는 각각 부피 기준 시장 점유율의 약 40%를 차지한다. 다른 식물 섬유(황마, 시살, 삼)는 시장의 약 20%를 차지한다. 레이온, 셀로판 및 기타 "재생 셀룰로스 섬유"는 소량(5%)을 차지한다.
소비재: 미세결정셀룰로스(E460i)와 분말 셀룰로스(E460ii)는 약물 정제의 불활성 충전제로 사용되며,^[70] E461~E469 번호의 다양한 수용성 셀룰로스 유도체는 가공식품의 유화제, 증점제 및 안정제로 사용된다. 예를 들어, 셀룰로스 분말은 가공 치즈에서 포장 내 덩어리짐을 방지하는 데 사용된다. 셀룰로스는 일부 식품에 자연적으로 존재하며 제조 식품의 첨가제로 사용되어 소화되지 않는 성분을 제공하여 질감과 부피를 더하고, 잠재적으로 배변을 돕는다.^[71]
건축 자재: 물속 셀룰로스의 수산기 결합은 플라스틱 및 수지 사용의 대안으로 분무 가능하고 성형 가능한 재료를 생성한다. 재활용 가능한 재료는 방수 및 내화성으로 만들 수 있으며, 건축 자재로 사용하기에 충분한 강도를 제공한다.^[72] 재활용 종이로 만든 셀룰로스 단열재는 환경적으로 바람직한 건축 단열재로 인기를 얻고 있다. 붕산으로 처리하여 난연제로 사용할 수 있다.
기타: 셀룰로스는 얇고 투명한 필름인 셀로판으로 전환될 수 있다. 1930년대 중반까지 사진 및 영화 필름에 사용되었던 셀룰로이드의 기본 재료이다. 셀룰로스는 벽지풀에 사용되는 메틸셀룰로스 및 카르복시메틸셀룰로스와 같은 수용성 접착제 및 결합제를 만드는 데 사용된다. 또한 친수성이고 흡수성이 높은 스펀지를 만드는 데 사용된다. 무연 화약에 사용되는 니트로셀룰로스(셀룰로스 질산염) 제조의 원료이기도 하다.
의약품: 미세결정셀룰로스(MCC)와 같은 셀룰로스 유도체는 보수력, 안정제 및 증점제의 장점을 가지고 있으며, 약정의 강화에도 사용된다.^[73] 채소, 과일, 곡물에서 섭취되는 셀룰로스는 사람의 소화 효소로는 분해되지 않지만, 불용성 식이 섬유로서 장의 연동운동을 촉진하는 등 다양한 기능을 가지고 있으며, 장내 세균에 의해 분해되어 에너지원으로도 이용된다.

셀룰로오스를 질산으로 처리하면 니트로셀룰로오스로 변화한다. 이것은 셀룰로오스의 질산에스테르이며, 가열하거나 충격을 가하면 폭발한다. 연기를 내지 않는 무연화약의 원료 중 하나로 사용되고 있다. 원래는 면을 셀룰로오스 원료로 사용했기 때문에 면화약이라고 불렸다.

; 니트로셀룰로스

: 투명도가 높다는 등의 이유로, 과거에는 영화의 필름 베이스로 사용되었을 뿐만 아니라, 애니메이션의 셀 애니메이션에도 사용되었다. 그러나 오래되면 자연 발화할 가능성이 있기 때문에 보존성에 문제가 있다.

; 아세트산셀룰로스

: 타기 쉬운 니트로셀룰로스의 대체재로 사용되었지만, 투명도는 니트로셀룰로스보다 떨어진다.

나노 수준의 극세사. 생산 비용이 저렴해짐에 따라(1kg당 1,000엔 미만) 자동차 차체, 자외선 차단제 등의 화장품, 식품, 볼펜, 탈취 시트 등 다양한 용도로 사용될 수 있다. 티크소트로피 성질을 지닌다. 철보다 강하며(철의 절반 무게로 5배 이상의 힘에 견딤), 수지와 혼합하면 가볍고 튼튼해진다(두께 2배일 경우 철보다 가볍고 동일한 강도).^[99]
종이 펄프의 원료뿐만 아니라 잡초나 채소 등의 찌꺼기에서도 추출할 수 있다고 한다. 이소가이 아키라(도쿄 대학 농학생명과학연구과)는 TEMPO(2,2,6,6-테트라메틸피페리딘 1-옥실)를 이용하여 나무에서 나노섬유를 간편하게 추출하는 연구를 진행하고 있으며, 이를 자동차 차체나 스마트폰, 태블릿 PC 등 각종 기계류의 소재로 사용하여 경량화를 실현할 것으로 예상하고 있다. 또한, 나노섬유를 응용한 얇은 시트를 활용하여 정밀 기계용 전자 부품의 경량화를 추진하는 한편, 스포츠용 신발 등 기타 화학 제품으로의 응용도 기대되고 있다.^[100]

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