Acetato di cellulosa: struttura chimica, proprietà e usi
L'acetato di cellulosa è un composto organico e sintetico che può essere ottenuto allo stato solido come fiocchi, scaglie o polvere bianca. La sua formula molecolare è C 76 H 114 O 49 . È fatto dalla materia prima ottenuta dalle piante: la cellulosa, che è un omopolysaccharide.
L'acetato di cellulosa fu prodotto per la prima volta a Parigi nel 1865 da Paul Schützenberger e Laurent Naudin, dopo acetilazione della cellulosa con anidride acetica (CH 3 CO-O-COCH 3 ). Hanno così ottenuto uno dei più importanti esteri di cellulosa di tutti i tempi.
Secondo queste caratteristiche il polimero è destinato alla produzione di materie plastiche per il settore della cinematografia, della fotografia e dell'area tessile, dove ha avuto il suo grande momento di boom.
È utilizzato anche nell'industria automobilistica e aeronautica, oltre ad essere molto utile nei laboratori di chimica e di ricerca in generale.
Struttura chimica
La struttura del triacetato di cellulosa, una delle forme acetilate di questo polimero, è mostrata nell'immagine superiore.
Come viene spiegata questa struttura? È spiegato dalla cellulosa, che consiste di due anelli piranosio di glucosio collegati da legami glicosidici (R-O-R), tra carboni 1 (anomici) e 4.
Questi legami glicosidici sono del tipo β 1 -> 4; cioè, si trovano nello stesso piano dell'anello rispetto al gruppo -CH 2 OCOCH 3 . Pertanto, il tuo estere acetato mantiene lo stesso scheletro organico.
Cosa succederebbe se i gruppi OH nei 3 atomi di carbonio del triacetato di cellulosa fossero acetilati? Aumenterebbe la tensione sterica (spaziale) nella sua struttura. Questo perché il gruppo -OCOCH 3 "si schianta" con gruppi e anelli di glucosio vicini.
Tuttavia, dopo questa reazione si ottiene acetato di cellulosa butirrato, il prodotto ottenuto con il più alto grado di acetilazione e il cui polimero è ancora più flessibile.
La spiegazione di questa flessibilità è l'eliminazione dell'ultimo gruppo OH e, quindi, dei legami idrogeno tra le catene polimeriche.
Infatti, la cellulosa originale è in grado di formare molti legami idrogeno e l'eliminazione di questi è il supporto che spiega i cambiamenti nelle sue proprietà fisico-chimiche dopo l'acetilazione.
Pertanto, l'acetilazione si verifica prima nei gruppi OH meno stericamente ostacolati. All'aumentare della concentrazione di anidride acetica, vengono sostituiti più gruppi H.
Di conseguenza, mentre questi gruppi -OCOCH 3 aumentano il peso del polimero, le loro interazioni intermolecolari sono meno forti dei legami idrogeno, "flettendo" e indurendo la cellulosa allo stesso tempo.
ottenendo
La sua fabbricazione è considerata un processo semplice. La cellulosa viene estratta dalla polpa del legno o del cotone, che viene sottoposta a reazioni di idrolisi in diverse condizioni di tempo e temperatura.
La cellulosa reagisce con l'anidride acetica in un mezzo di acido solforico, che catalizza la reazione.
In questo modo la cellulosa viene degradata e si ottiene un polimero più piccolo contenente da 200 a 300 unità di glucosio per catena polimerica, l'idrossile della cellulosa viene sostituito da gruppi acetato.
Il risultato finale di questa reazione è un prodotto solido bianco, che può avere una consistenza in polvere, in scala o in grumi. Da questo le fibre possono essere elaborate, passando attraverso pori o fori in un mezzo con aria calda, evaporando i solventi.
Attraverso questi processi complessi si ottengono vari tipi di acetato di cellulosa, a seconda del grado di acetilazione.
Poiché la cellulosa ha un glucosio monomerico strutturale unitario, che ha 3 gruppi OH, che possono essere acetilati, si ottengono acetati di, tri, o anche butirrato, questi gruppi -OCOCH 3 sono responsabili per alcuni di le sue proprietà
proprietà
L'acetato di cellulosa ha un punto di fusione di 306 ° C, una densità che va da 1, 27 a 1, 34, e ha un peso molecolare approssimativo di 1811, 699 g / mol.
È insolubile in diversi componenti organici come acetone, cicloesanolo, etilacetato, nitropropano e dicloruro di etilene.
Prodotti che contengono flessibilità, durezza, resistenza alla trazione in acetato di cellulosa, non devono essere attaccati da batteri o microrganismi e la loro impermeabilità all'acqua.
Tuttavia, le fibre hanno variazioni dimensionali in base a variazioni estreme di temperatura e umidità, sebbene le fibre resistano a temperature fino a 80 ° C.
applicazioni
L'acetato di cellulosa trova molti usi, tra cui spiccano i seguenti:
- Membrane per la fabbricazione di oggetti in plastica, carta e cartone. Un effetto indiretto dell'additivo chimico dell'acetato di cellulosa è descritto quando è a contatto con il cibo nella sua confezione.
- Nell'area della salute, viene usato come membrane con fori nel diametro dei capillari sanguigni, incorporato in dispositivi cilindrici che svolgono la funzione di un rene artificiale o di un equipaggiamento per emodialisi.
- Nell'ambito dell'arte e dell'industria cinematografica, se usato come film sottile per film, fotografia e nastri magnetici.
- In passato veniva utilizzato nell'industria tessile, come fibre per realizzare tessuti diversi come rayon, raso, acetato e triacetato. Mentre era di moda si distingueva per il suo basso costo, per la luminosità e per la bellezza che dava ai vestiti.
- Nell'industria automobilistica, per la fabbricazione di parti di motori e telai di diversi tipi di veicoli.
- Nel campo dell'aeronautica, per rivestire le ali degli aerei in tempo di guerra.
- È anche ampiamente usato nei laboratori scientifici e nella ricerca. In generale viene utilizzato nella produzione di filtri porosi, come supporto per membrane di acetato di cellulosa per eseguire l'elettroforesi o la corsa di scambio osmotico.
- Viene utilizzato nella fabbricazione di contenitori per filtri per sigarette, cavi elettrici, vernici e lacche, tra molti altri usi.
