En 1865, el químico francés Paul Schützenberger descubrió que la celulosa reacciona con el anhídrido acético para formar acetato de celulosa. Los químicos alemanes Arthur Eichengrün y Theodore Becker inventaron las primeras formas solubles de acetato de celulosa en 1903. [3]
En 1904, Camille Dreyfus y su hermano menor Henri realizaron investigaciones y desarrollo químicos sobre acetato de celulosa en un cobertizo en el jardín de su padre en Basilea , Suiza, que entonces era un centro de la industria de los tintes . Durante cinco años, los hermanos Dreyfus estudiaron y experimentaron de forma sistemática en Suiza y Francia. En 1910, estaban produciendo películas para la industria cinematográfica , y una pequeña pero creciente cantidad de laca de acetato, llamada " dope ", se vendió a la industria aeronáutica en expansión para recubrir la tela que cubría las alas y el fuselaje . [4]
En 1913, después de unos veinte mil experimentos separados, produjeron excelentes muestras de laboratorio de hilo de filamento continuo, algo que hasta ese momento había eludido a la industria del acetato de celulosa. [4] Desafortunadamente, el estallido de la Primera Guerra Mundial pospuso el desarrollo comercial de este proceso.
En noviembre de 1914, el gobierno británico invitó a la Dra. Camille Dreyfus a venir a Inglaterra para fabricar acetato y se creó la "British Cellulose and Chemical Manufacturing Co". En 1917, después de que Estados Unidos entrara en la guerra, el Departamento de Guerra de Estados Unidos invitó al Dr. Dreyfus a establecer una fábrica similar en Estados Unidos. Ambas operaciones se llevaron a cabo con éxito durante toda la guerra.
Después de la guerra, la atención volvió a la producción de fibras de acetato. El primer hilo era de buena calidad, pero la resistencia a las ventas era grande y los asociados de la seda trabajaron celosamente para desacreditar el acetato y desalentar su uso. Sin embargo, la naturaleza termoplástica del acetato lo convertía en una fibra excelente para el muaré porque el patrón era permanente y no se borraba con el lavado. La misma característica también convirtió el plisado permanente en un hecho comercial por primera vez y dio un gran impulso de estilo a toda la industria de la confección. [4]
La mezcla de seda y acetato en los tejidos se realizó al principio, y casi inmediatamente se mezcló también el algodón, posibilitando así tejidos de bajo coste mediante una fibra que entonces era más barata que la seda o el acetato. Hoy en día, el acetato se mezcla con seda, algodón , lana , nailon , etc. para brindar a las telas una excelente recuperación de las arrugas, buen peso, tacto, calidad de drapeado, secado rápido, estabilidad dimensional adecuada y potencial de patrones de teñido cruzado, a un precio muy competitivo. [4]
Usos
Fibra
La fibra de acetato de celulosa, una de las primeras fibras sintéticas, se basa en el algodón o la celulosa de pulpa de árbol (" biopolímeros "). Estas "fibras celulósicas" han sido reemplazadas en muchas aplicaciones por fibras más baratas basadas en petro ( nylon y poliéster ) en las últimas décadas. [5]
Los nombres comerciales del acetato incluyen Acele, Avisco, Celanese, Chromspun y Estron. [6]
El acetato comparte muchas similitudes con el rayón y antiguamente se consideraba el mismo textil. El acetato se diferencia del rayón en el empleo de ácido acético en su producción. Ahora se requiere que los dos tejidos figuren claramente en las etiquetas de las prendas. [7]
El rayón resiste el calor mientras que el acetato tiende a derretirse. El acetato debe lavarse con cuidado, ya sea a mano o en seco. [8] [9]
La naturaleza transpirable del tejido lo hace adecuado para su uso como forro. La tela de acetato se usa con frecuencia en vestidos de novia y otros atuendos nupciales. [10] Su brillo lustroso y su textura suave y satinada la convierten en una buena alternativa a la seda. [8]
Propiedades
El acetato es una fibra fabricada de bajo costo que tiene buenas cualidades de drapeado [ atribución necesaria ] . El acetato se utiliza en telas como rasos , brocados , tejidos de punto y tafetanes para acentuar el brillo, el cuerpo, la caída y la belleza.
Mano: suave, tersa, seca, crujiente, resistente
Comodidad: respira, absorbe la humedad, se seca rápidamente, sin adherencia estática
Drapeado: los forros se mueven con el cuerpo y se adaptan a la prenda.
Color: los tonos brillantes y profundos con teñido atmosférico cumplen con los requisitos de solidez del color.
Lustre: el reflejo de la luz crea una apariencia característica
Rendimiento: no destiñe a las manchas de transpiración, no destiñe a la limpieza en seco, permeable al aire y al vapor.
Tenacidad: fibra débil con tenacidad a la rotura de 1,2 a 1,4 g/d; pierde fuerza rápidamente cuando está mojado
Abrasión: mala resistencia
Retención de calor: mala retención térmica; sin potencial alergénico (hipoalergénico)
Teñibilidad: (dos métodos) método de teñido cruzado en el que los hilos de una fibra y los de otra fibra se tejen en una tela con un patrón deseado; El método de teñido en solución proporciona una excelente solidez del color bajo los efectos de la luz solar, la transpiración, los contaminantes del aire y el lavado [2] [11]
El acetato es soluble en muchos disolventes comunes (especialmente acetona y otros disolventes orgánicos) y puede modificarse para que sea soluble en disolventes alternativos, incluida el agua.
hidrófilo : el acetato se moja fácilmente, con buen transporte de líquidos y excelente absorción; en aplicaciones textiles, proporciona comodidad y absorbencia, pero también pierde fuerza cuando se moja
Se puede teñir , sin embargo se requieren tintes y pigmentos especiales ya que el acetato no acepta los tintes que se usan normalmente para el algodón y el rayón (esto también permite el teñido cruzado).
normalmente se puede lavar o limpiar en seco ; generalmente no se encoge
Confusión con triacetato de celulosa
El diacetato de celulosa y el triacetato de celulosa se denominan erróneamente la misma fibra; aunque son similares, sus identidades químicas difieren. El triacetato se conoce como descripción genérica o acetato primario que no contiene ningún grupo hidroxilo. La fibra de acetato se conoce como acetato modificado o secundario que tiene dos o más grupos hidroxilo. Las fibras de triacetato, aunque ya no se producen en los Estados Unidos, contienen una proporción mayor de acetato y celulosa que las fibras de acetato. [2]
IBM introdujo la cinta magnética de acetato de celulosa en 1952 para su uso en su unidad de cinta IBM 726 en la computadora IBM 701 . Era mucho más ligera y fácil de manejar que la cinta metálica introducida por UNIVAC en 1951 para su uso en su unidad de cinta UNISERVO en la computadora UNIVAC I. En 1956, la cinta magnética de acetato de celulosa fue reemplazada por la cinta magnética de película PET, más estable , para su uso en su unidad de cinta IBM 727 .
Otros productos
Confección: botones, forros, blusas, vestidos, trajes de boda y fiesta, artículos para el hogar, cortinas, tapizados y fundas.
Productos de alta absorbencia: pañales y productos de asistencia médica.
Los ladrillos Lego originales se fabricaron con acetato de celulosa entre 1949 y 1963.
Cinta de premios: Las rosetas para eventos ecuestres, exposiciones caninas y felinas, premios corporativos, publicidad y productos de identificación utilizan cintas de acetato de celulosa.
Los naipes pueden estar hechos de acetato de celulosa.
La definición de fibra de acetato de la Comisión Federal de Comercio es: "Una fibra manufacturada en la que la sustancia formadora de fibra es acetato de celulosa. Cuando no menos del 92 por ciento de los grupos hidroxilo están acetilados, el término triacetato puede usarse como una descripción genérica de la fibra de acetato" . fibra."
El acetato se deriva de la celulosa deconstruyendo inicialmente la pulpa de madera en una celulosa blanca esponjosa purificada. Para fabricar un buen producto se utilizan pulpas de calidades especiales, como las pulpas disolventes. La reactividad desigual de la celulosa presenta un problema común que afecta la calidad del producto de acetato de celulosa. La celulosa se hace reaccionar con ácido acético y anhídrido acético en presencia de ácido sulfúrico . Se somete a una hidrólisis parcial controlada para eliminar el sulfato y un número suficiente de grupos acetato para conferir al producto las propiedades deseadas. La unidad de anhidroglucosa es la estructura repetitiva fundamental de la celulosa y tiene tres grupos hidroxilo que pueden reaccionar para formar ésteres de acetato . La forma más común de fibra de acetato de celulosa tiene un grupo acetato en aproximadamente dos de cada tres hidroxilos. Este diacetato de celulosa se conoce como acetato secundario, o simplemente como "acetato".
Una vez formado, el acetato de celulosa se disuelve en acetona , formando una solución viscosa para extrusión a través de hileras (que se asemejan a un cabezal de ducha). A medida que emergen los filamentos, el disolvente se evapora en aire caliente mediante hilado en seco, produciendo finas fibras de acetato de celulosa.
La primera fibra de acetato comercial de EE. UU. fue producida por Celanese Corporation en 1924. Los productores actuales de fibra de acetato de EE. UU. son Celanese y Eastman Chemical Company .
Método
Hasta el día de hoy no se ha descubierto ningún proceso para la producción directa de acetatos de celulosa. Como los intentos de producir una esterificación parcial de la celulosa sólo dan como resultado una mezcla de celulosa no acetilada y completamente acetilada, se aplica una síntesis de dos pasos: la celulosa siempre se convierte completamente primero en triacetato de celulosa y luego mediante hidrólisis en acetatos de celulosa con grados bajos. de esterificación.
La celulosa purificada de pulpa de madera o borra de algodón se mezcla con ácido acético glacial, anhídrido acético y un catalizador. La mezcla se envejece durante 20 horas durante las cuales se produce una hidrólisis parcial y la resina ácida precipita en forma de escamas. Éstos se disuelven en acetona y la solución se purifica mediante filtración. La solución se extruye girándola en una columna de aire caliente. Se recupera el disolvente. Los filamentos se estiran y enrollan en vigas, conos o bobinas listas para su uso. Finalmente, los filamentos se convierten en fibras.
La producción se divide en las siguientes etapas del proceso: [12] [13] [14]
Acondicionamiento mecánico de la pulpa : La pulpa, que normalmente se presenta en forma de rollo o en láminas, se fibrila mediante distintos tipos de trituradores, como molinos de martillos y refinadores de discos, con lo que la disposición sucesiva de ambos tipos de trituradores asegura una óptima disolución.
Pretratamiento químico : La celulosa fibrilada se trata con ácido acético (si es necesario con la adición de pequeñas cantidades de ácido sulfúrico) con agitación moderada de 25 °C a 50 °C durante aproximadamente 1 h, lo que resulta en una evaporación y condensación continuas de la celulosa fibrilada. ácido acético en los espacios entre las partículas de fibra. Esto hace que las partículas de celulosa se hinchen, lo que facilita la difusión de las partículas de disolvente dentro de estas partículas durante la siguiente etapa del proceso. Además de este pretratamiento con vapor de ácido acético, también existe un pretratamiento en estado de pulpa fina. En este proceso, la celulosa se introduce en grandes cantidades de agua o ácido acético diluido y se agita intensamente. Los pasos posteriores del proceso, como el prensado o la centrifugación, aumentan constantemente la concentración de celulosa en la pulpa. Al mismo tiempo, se añade ácido acético en concentraciones cada vez mayores. La ventaja de este proceso es el ahorro de trituración, ya que las capas de celulosa se pueden añadir directamente al tanque de agitación.
Acetilación de la celulosa : En la producción comercial de acetatos de celulosa, se suele utilizar para la acetilación el proceso del ácido acético o el proceso del cloruro de metileno . En los procesos con ácido acético, la masa de celulosa pretratada se hace reaccionar en una mezcla de acetilación del disolvente ácido acético con un exceso de anhídrido acético, que sirve como agente de esterificación, y con ácido sulfúrico como catalizador bajo una mezcla mecánica vigorosa. La reacción es altamente exotérmica y por ello es necesaria una refrigeración intensiva de los recipientes de reacción. El proceso de esterificación finaliza añadiendo agua cuando a partir de la pulpa fibrosa se ha formado una mezcla de reacción clara y muy viscosa. Esta solución debe estar libre de gel y tener la viscosidad deseada. En el proceso de cloruro de metileno, se utiliza cloruro de metileno en la mezcla de acetilación como disolvente en lugar de ácido acético. Dado que el cloruro de metileno, de bajo punto de ebullición, se puede eliminar fácilmente mediante destilación, se logra el control del proceso incluso en soluciones muy viscosas. Incluso a bajas temperaturas puede disolver muy bien el triacetato de celulosa. Como catalizador se puede utilizar una pequeña cantidad de ácido sulfúrico, pero a menudo también ácido perclórico. Sin embargo, normalmente también se forma ácido acético como subproducto de la reacción, de modo que el disolvente es finalmente una mezcla de cloruro de metileno, anhídrido acético y ácido acético. Un proceso heterogéneo muy raro es el proceso de acetato de fibra, que sólo se utiliza para la producción de triacetato de celulosa como producto final. En este proceso, la celulosa se suspende en un no disolvente (como el benceno ) y se esterifica con anhídrido acético en presencia de ácido perclórico como catalizador.
Hidrólisis parcial : Para obtener los tipos de acetato de celulosa secundarios deseados, el triacetato de celulosa se obtiene mediante hidrólisis. Para este fin, la solución de triacetato se calienta normalmente a entre 60 y 80 °C en presencia de un catalizador ácido (normalmente ácido sulfúrico) añadiendo agua tras agitar y calentar. La hidrólisis se controla mediante la concentración del ácido sulfúrico, la cantidad de agua y la temperatura de tal manera que se consiga la degradación molecular deseada ( escisión de cadena ). Luego se detiene el proceso de hidrólisis añadiendo sales básicas (por ejemplo, acetato de sodio o magnesio ) que neutralizan el catalizador ácido.
Precipitación del acetato de celulosa : Al precipitar acetato de celulosa de la solución de reacción usando ácido acético diluido, es importante obtener escamas de acetato de celulosa uniformes y fácilmente lavables. Antes de la precipitación se debe eliminar completamente por destilación el cloruro de metileno presente. A continuación se recupera el ácido acético.
Lavado y secado : Mediante un lavado intensivo, que normalmente se realiza en contracorriente, se debe eliminar el ácido acético de las escamas hasta las más mínimas trazas, de lo contrario se producirán daños (" carbonización ") durante el proceso de secado. Una vez eliminado el líquido de lavado, los copos se secan en un secador de cinta transportadora, por el que circula aire caliente hasta alcanzar una humedad residual de aprox. 2-5%. Para la posterior producción de compuestos de moldeo termoplásticos de muy alta calidad, térmicamente estables, de colores brillantes y estables en cuanto al color, las escamas de acetato de celulosa también se blanquean y estabilizan en pasos adicionales del proceso (para minimizar la degradación térmica y la decoloración) antes del secado final.
Mezclado de las escamas : Los pasos finales son similares al procesamiento de otros plásticos: antes de que las escamas de acetato de celulosa sean transportadas a un contenedor de recogida desde donde se transportan a las plantas de procesamiento adecuadas, las escamas se mezclan de forma controlada con precisión. Esto sirve para compensar las desviaciones de los acetatos de celulosa de diferentes lotes de producción. Para muchos pasos de procesamiento posteriores, los copos generalmente se muelen previamente hasta obtener polvos finos. Para poder utilizar el acetato de celulosa en métodos de procesamiento de plásticos como el moldeo por inyección, el polvo también debe mezclarse con plastificantes adecuados y otros aditivos, como aditivos funcionales para la estabilización térmica, a la intemperie y a los rayos UV e IR. [15] Las mezclas se pueden adaptar a los correspondientes requisitos de procesamiento posteriores. A partir del compuesto resultante de la fusión se obtienen gránulos que pueden entregarse a los procesadores de plástico.
Eliminación y degradación
La producción mundial de materiales de CA fue de más de 800.000 toneladas (790.000 toneladas largas; 880.000 toneladas cortas) por año en 2008. Si bien inicialmente se creía que el CA era prácticamente no biodegradable , se ha demostrado que después de la desacetilación parcial inicial, la celulosa del polímero La columna vertebral es fácilmente biodegradada por las enzimas celulasas . En suelos biológicamente muy activos , las fibras de CA se destruyen por completo después de 4 a 9 meses. La fotodegradación es óptima con irradiación UV de longitud de onda de 280 nm o más corta y se mejora con pigmento TiO 2 . [16] Los filtros de cigarrillos de California tardan años en descomponerse al aire libre. [17] [18]
Nombres comerciales
El acetato de celulosa se comercializa con varios nombres comerciales, como Tenite de Eastman Chemical Company , zyl y zylonita, [2] Cellon, fabricado por Deutsche Celluloid Fabrik , Eilenburg, Alemania, [19] y Rhodoid, fabricado por Soc. des Usines Chim. Rhone-Poulenc , París, Francia, y May & Baker Ltd. , Londres, Reino Unido. [19] Celanese fabrica una película fundida de acetato de celulosa en Spondon (Derbyshire, Reino Unido) y la vende como Clarifoil. [20] [ cita necesaria ]
Otros ésteres de celulosa
El acetato butirato de celulosa ( CAB , Tenite II ) y el acetato propionato de celulosa son derivados relacionados de la celulosa, que se utilizan en tintas y recubrimientos. La principal diferencia entre estos y el acetato de celulosa es su solubilidad en una gama más amplia de disolventes.
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Schützenberger, P. "Acción del ácido acético anhídrido sobre la celulosa, el amidón, los azúcares, la mannita y los congénères, los glucósidos y ciertas materias colorantes vegetales". compt. Desgarrar. Hebd. Sesiones Acad. Ciencia 61 (1865): 484-487.
enlaces externos
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con el acetato de celulosa .
Historia y propiedades
Datos de propiedades del material: acetato de celulosa (CA)
