ESTRUCTURA QUÍMICA

 

La obtención del acetato de celulosa puede llevarse  a cabo mediante dos métodos en función del objetivo deseado:

a)      Acetilación Homogénea, para la obtención de un material termoplástico moldeable.

b)      Acetilación Heterogénea, para conseguir la retención de una estructura fibrosa, útil para la industria textil.

             En ambos casos se parte de la celulosa. La celulosa es la principal sustancia que constituye las células de las paredes vegetales (30 % de la materia vegetal). Se encuentra en plantas, madera y fibras naturales, por lo general combinada con otras sustancias (hemicelulosa, pectina, lignina, rosina). Es un polímero lineal compuesto por unidades de glucosa (anhidroglucopiranosa), unida por enlaces b-glucosídicos que proporcionan rigidez a la molécula de celulosa.

   

 

Fig.2  Molécula de Celulosa

 

             La celulosa se emplea para diversas aplicaciones químicas. Los derivados de celulosa pueden ser solubles en agua, como la metilcelulosa, la hidroxietilcelulosa o la carboximetilcelulosa, o pueden ser insolubles, como el acetato de celulosa, el nitrato de celulosa,  o la etilcelulosa entre otros. La disolución de la celulosa requiere la ruptura de enlaces de hidrógeno inter e intramoleculares de las diferentes unidades de anhidroglucosa, mediante la interacción de las moléculas del disolvente con los grupos hidroxilo de la propia celulosa. La ruptura del enlace OH ( 6’ )-O (3’’)  es especialmente importante (ver Fig.2).

 

Ø     Acetilación Homogénea:

                        El acetato de celulosa se obtiene por hidrólisis parcial de triacetato de celulosa con agua y  una pequeña cantidad de ácido acético y agua. A continuación se explicarán los pasos más detalladamente.

             La probabilidad de acetilación de cualquier grupo celulósico tiene una fuerte dependencia de su posición en la fibra. Realizado el proceso, existirán moléculas acetiladas por completo, mientras que otras no lo estarán lo más mínimo. Por ello, el proceso de acetilación de la celulosa ha de ser completo, y el triacetato resultante, que sí es soluble en determinados solventes, puede hidrolizarse en solución.

Bajo estas condiciones, las probabilidades de hidrólisis de cualquier grupo acetilo en una molécula serán similares a la probabilidad de reacción de estos grupos en otra molécula y así se obtendrán productos con un grado de sustitución tres veces más bajo del que se pueda obtener.

 Según lo expuesto, la preparación del acetato mediante la acetilación homogénea consta de tres etapas:

 1- Pretratamiento de la celulosa:

El objetivo es abrir la celulosa para conseguir una mayor substitución y acelerar la reacción principal de acetilación, lo cual se consigue con el ácido acético.

 2- Acetilación:

Normalmente contiene tres componentes y se suele llevar a cabo en recipientes mezcladores de bronce. Estos componentes son:

-         Agente acetilante: anhídrido acético.

-         Catalizador: ácido sulfúrico.

-         Diluyente: normalmente un disolvente para el acetato, como es el ácido acético. Facilita la reacción mediante el control de la temperatura. A veces se emplea también conjuntamente diclorometileno, que ayuda al mezclado mediante las burbujas formadas durante su evaporación (P.E.40ºC).

 Existe una camisa con agua de refrigeración, para que el sistema no sobrepase 50ºC . El proceso de esterificación se completará en unas 5-6 horas. Obtendremos triacetato de celulosa:

   

Fig.3  Pretratamiento  y Acetilación

   

3- Hidrólisis:

Se produce la hidrólisis parcial del triacetato con agua. Este proceso dura normalmente tres días, y su progreso se sigue mediante el chequeo de la solubilidad del acetato en alcohol-benceno y en soluciones de acetona. Al añadir un gran exceso de agua en la etapa apropiada, se detiene la hidrólisis y se precipita el acetato (con un promedio de dos grupos acetilo por unidad de glucosa) en forma de copos.

   

Fig.4  Hidrólisis  

   

Ø     Acetilación Heterogénea. Fibras:

             Los acetatos, para que se utilicen como fibras, deben hilarse. Existen dos procesos para la formación de fibras: hilatura por fusión, e hilatura con disolventes. Dado que el CA y los triacetatos no tienen estabilidad térmica, seguirán el segundo proceso. Se extruye una solución de polímero a través de unas hileras, de modo que el disolvente se elimina por evaporación con una corriente de aire caliente (hilatura en seco). El descubrimiento del os disolventes no acuosos de la celulosa abre una faceta potencial en el hilado de fibras, pudiéndose obtener fibras con buenas características.

            Los aminoóxidos, en especial la N-metilmorfina -N-óxido, se contemplan como el grupo de disolventes no acuosos de la celulosa con mayor perspectiva de futuro. De acuerdo con el conocimiento actual, el disolvente no presenta toxicidad y los aspectos relacionados tanto con su descomposición espontánea, como sobre su recuperación a partir de un baño hilado acuoso parecen estar resueltos, empleando para ello una resina intercambiadora catiónica. Las fibras así obtenidas presentan propiedades mecánicas superiores a las de las fibras comunes y pueden competir con las de algodón e incluso con la de poliéster en distintas áreas de aplicación.


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