Los lignosulfonatos (LS) son polímeros polielectrolitos aniónicos solubles en agua : son subproductos de la producción de pulpa de madera mediante pulpa de sulfito . [1] La mayor parte de la deslignificación en la pulpa de sulfito implica la escisión ácida de los enlaces de éter , que conectan muchos de los componentes de la lignina . [2] La lignina sulfonada (SL) se refiere a otras formas de subproducto de lignina, como las derivadas del proceso Kraft mucho más popular , que se han procesado para agregar grupos de ácido sulfónico. Los dos tienen usos similares y se confunden comúnmente entre sí, siendo SL mucho más barato. [3] Tanto LS como SL aparecen como polvos que fluyen libremente; el primero es de color marrón claro mientras que el segundo es de color marrón oscuro. [1]
Los lignosulfonatos tienen rangos muy amplios de masa molecular (son muy polidispersos ). Se ha informado de un rango de 1.000 a 140.000 Da para lignosulfonatos de madera blanda, con valores más bajos informados para maderas duras. La lignina Kraft sulfonada tiende a tener moléculas más pequeñas, de 2.000 a 3.000 Da. [1] SL y LS no son tóxicos, no son corrosivos y son biodegradables . Se puede aplicar una variedad de modificaciones adicionales a LS y SL, incluida la oxidación, la hidroximetilación, la sulfometilación y una combinación de las mismas. [3]
Los lignosulfonatos se recuperan de los líquidos de pulpa usados (licor rojo o marrón) de la pulpa de sulfito. La ultrafiltración también se puede utilizar para separar los lignosulfonatos del líquido de pulpa usado. [1] Hay disponible una lista de números CAS para las diversas sales metálicas de lignosulfonato. [4]
Los carbocationes electrofílicos producidos durante la escisión del éter reaccionan con iones bisulfito (HSO 3 − ) para dar sulfonatos.
El sitio principal de escisión del éter es el carbono α (átomo de carbono unido al anillo aromático) de la cadena lateral de propilo (tres carbonos lineales). Las siguientes estructuras no especifican la estructura ya que la lignina y sus derivados son mezclas complejas: el propósito es dar una idea general de la estructura de los lignosulfonatos. Los grupos R 1 y R 2 pueden ser una amplia variedad de grupos que se encuentran en la estructura de la lignina. La sulfonación ocurre en las cadenas laterales, no en el anillo aromático como en el ácido p-toluenosulfónico .
La lignina kraft del licor negro, que se produce en cantidades mucho mayores, se puede procesar para obtener lignina sulfonada. La lignina se precipita primero acidificando el licor con CO2 y luego se lava (existen otros métodos para aislarla). La reacción con sulfito de sodio o bisulfito de sodio y un aldehído en un entorno básico completa la sulfonación. En este caso, los grupos de ácido sulfónico terminan en el anillo aromático en lugar de en la cadena lateral alifática . [3]
Los LS y SL tienen una amplia variedad de aplicaciones. Se utilizan para dispersar de forma estable pesticidas , colorantes , negro de carbón y otros sólidos y líquidos insolubles en agua. Como aglutinante, suprime el polvo en caminos sin pavimentar. También es un humectante y un tratamiento en agua . [5] Químicamente, se puede utilizar como tanino para curtir cuero y como materia prima para una variedad de productos.
El uso más importante de los lignosulfonatos es como plastificantes en la fabricación de hormigón , [1] donde permiten fabricar hormigón con menos agua (lo que da como resultado un hormigón más resistente) al tiempo que mantienen la capacidad del hormigón para fluir. Los lignosulfonatos también se utilizan durante la producción de cemento , donde actúan como coadyuvantes de molienda en el molino de cemento y como desfloculante de lechada de mezcla cruda (que reduce la viscosidad de la lechada).
Los lignosulfonatos también se utilizan en la producción de placas de yeso para reducir la cantidad de agua necesaria para que el estuco fluya y forme la capa entre dos hojas de papel. La reducción del contenido de agua permite que las placas de yeso se sequen a temperaturas más bajas en el horno, lo que permite ahorrar energía.
La capacidad de los lignosulfonatos para reducir la viscosidad de los lodos minerales ( desfloculación ) se utiliza con ventaja en los lodos de perforación petrolera , donde sustituyeron a los ácidos tánicos del quebracho (un árbol tropical). Además, se están investigando los lignosulfatos para su uso en la recuperación mejorada de petróleo (EOR) debido a su capacidad para reducir la tensión interfacial en las espumas, lo que permite una mejor eficiencia de barrido y, por lo tanto, un mayor factor de recuperación.
Además de su uso como dispersantes, los lignosulfonatos también son buenos aglutinantes. Se utilizan como aglutinantes en papel para pozos, tableros aglomerados, suelos de linóleo, briquetas de carbón y carreteras.
También forman un componente de la pasta utilizada para recubrir las rejillas de plomo-antimonio-calcio o plomo-antimonio-selenio en una batería de plomo-ácido .
Las soluciones acuosas de lignosulfonatos también se utilizan ampliamente como agente supresor de polvo no tóxico para superficies de carreteras sin pavimentar, donde popularmente, aunque erróneamente, se las llama "savia de árbol". Las carreteras tratadas con lignosulfonatos se pueden distinguir de las tratadas con cloruro de calcio por el color: los lignosulfonatos le dan a la superficie de la carretera un color gris oscuro, mientras que el cloruro de calcio le da a la superficie de la carretera un color tostado o marrón distintivo. Como los lignosulfonatos no dependen del agua para proporcionar sus propiedades aglutinantes, tienden a ser más útiles en lugares áridos.
Se utiliza como estabilizador de suelos . [6]
La oxidación de lignosulfonatos de árboles de coníferas produjo vainillina (sabor artificial a vainilla).
El sulfuro de dimetilo y el sulfóxido de dimetilo (un importante disolvente orgánico ) se producen a partir de lignosulfonatos. El primer paso consiste en calentar los lignosulfonatos con sulfuros o azufre elemental para producir sulfuro de dimetilo. Los grupos metilo provienen de éteres metílicos presentes en la lignina. La oxidación del sulfuro de dimetilo con dióxido de nitrógeno produce sulfóxido de dimetilo (DMSO). [1]
El efecto antioxidante de los lignosulfonatos se aprovecha en piensos, ensilajes y retardantes de llama.
La absorción UV de los lignosulfonatos se utiliza en protectores solares y biopesticidas.
El lignosulfonato se utiliza en la agricultura como análogo de las sustancias húmicas . Como acondicionador del suelo , se utiliza principalmente para mejorar la absorción y retención de fertilizantes y otros nutrientes. [7] Es capaz de quelar minerales sin dejar de ser biodegradable, una mejora en comparación con el EDTA . [8] Una posterior hidrólisis y oxidación produce un producto aún más similar al humus , comercializado como "lignohumato". [9]