Los lignosulfonatos (LS) son polímeros de 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 fabricación de pasta de sulfito implica la escisión ácida de los enlaces éter , que conectan muchos de los constituyentes de la lignina . [2] La lignina sulfonada (SL) se refiere a otras formas de subproductos 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 comúnmente se confunden entre sí, siendo el SL mucho más económico. [3] LS y 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 de masa molecular muy amplios (son muy polidispersos ). Se ha informado un rango de 1.000 a 140.000 Da para los lignosulfonatos de madera blanda y valores más bajos para las maderas duras. La lignina Kraft sulfonada tiende a tener moléculas más pequeñas, de 2000 a 3000 Da. [1] SL y LS no son tóxicos, no corrosivos y son biodegradables . Se puede aplicar una variedad de modificaciones adicionales a LS y SL, incluyendo oxidación, hidroximetilación, sulfometilación y una combinación de las mismas. [3]
Los lignosulfonatos se recuperan de los líquidos gastados de la fabricación de pulpa (licor rojo o marrón) de la pulpa al sulfito. La ultrafiltración también se puede utilizar para separar los lignosulfonatos del líquido de fabricación de pulpa gastado. [1] Está disponible una lista de números CAS para las diversas sales metálicas de lignosulfonato. [4]
Los carbocationes electrófilos producidos durante la escisión del éter reaccionan con iones bisulfito (HSO 3 − ) para dar sulfonatos.
El sitio principal para la 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 se produce en las cadenas laterales, no en el anillo aromático como en el ácido p-toluenosulfónico .
La lignina kraft procedente del licor negro, que se produce en cantidades mucho mayores, puede transformarse en lignina sulfonada. La lignina se precipita primero acidificando el licor con CO2 y luego se lava (existen otros métodos de aislamiento). La reacción con sulfito de sodio o bisulfito de sodio y un aldehído en un ambiente básico completa la sulfonación. Aquí los grupos de ácido sulfónico terminan en el anillo aromático en lugar de en la cadena lateral alifática . [3]
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 carreteras sin pavimentar. También es humectante y tratamiento de aguas . [5] Químicamente, puede usarse 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 que el hormigón se fabrique con menos agua (lo que da un hormigón más resistente) manteniendo al mismo tiempo la capacidad del hormigón para fluir. Los lignosulfonatos también se utilizan durante la producción de cemento , donde actúan como auxiliares de molienda en el molino de cemento y como defloculantes de la lechada de la mezcla cruda (que reduce la viscosidad de la lechada).
Los lignosulfonatos también se utilizan para 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 temperaturas del horno se sequen más bajas y se ahorre energía.
La capacidad de los lignosulfonatos para reducir la viscosidad de las suspensiones minerales ( defloculación ) se aprovecha con ventaja en los lodos de perforación petrolera , donde reemplaza 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 mejorar la eficiencia del barrido y, por lo tanto, aumentar el factor de recuperación.
Además de su uso como dispersantes, los lignosulfonatos también son buenos aglutinantes. Se utilizan como aglutinantes en papel de pozo, tableros de partículas, pisos de linóleo, briquetas de carbón y carreteras.
También forman parte 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 lignosulfonato también se utilizan ampliamente como agente supresor de polvo no tóxico para superficies de carreteras sin pavimentar, donde popularmente, aunque erróneamente, se le llama "savia de árbol". Las carreteras tratadas con lignosulfonatos se pueden distinguir de aquellas tratadas con cloruro de calcio por el color: los lignosulfonatos 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 a vainilla artificial).
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 lignosulfonatos con sulfuros o azufre elemental para producir sulfuro de dimetilo. Los grupos metilo provienen de los éteres metílicos presentes en la lignina. La oxidación del sulfuro de dimetilo con dióxido de nitrógeno produce dimetilsulfóxido (DMSO). [1]
El efecto antioxidante de los lignosulfonatos se utiliza en piensos, ensilados y retardantes de llama.
La absorbancia UV de los lignosulfonatos se utiliza en protectores solares y biopesticidas.
El lignosulfonato se utiliza en agricultura como análogo de 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 mayor hidrólisis y oxidación produce un producto aún más similar al humus , comercializado como "lignohumato". [9]