Fibras de acetato de celulosa

cellulose acetate structure

Las fibras de acetato de celulosa son un tipo de fibra sintética derivada de la celulosa. Son una de las primeras fibras sintéticas jamás desarrolladas y alguna vez se utilizaron ampliamente en diversas aplicaciones. Se elaboran tratando la celulosa con ácido acético y anhídrido acético para crear acetato de celulosa, que luego se disuelve en un disolvente y se hila en fibras mediante un proceso de hilado en seco.

Tabla de contenido

1. Propiedades de la fibra de acetato de celulosa

La viscosidad y filtrabilidad de la solución de hilatura (dope) son importantes para la producción de fibras de acetato de celulosa. La viscosidad de la droga se correlaciona con el grado de polimerización, lo que influye en la resistencia de la fibra, el estiramiento y la distribución del grupo acetato a lo largo de la cadena de celulosa.

Los pequeños orificios de las hileras necesitan una buena filtración de partículas insolubles, principalmente fibras o geles de celulosa no completamente acetiladas, que pueden obstruir las hileras.

Las fibras secundarias y de triacetato comparten propiedades físicas similares (Tabla 1), con densidades menores que las de la fibra de rayón viscosa y comparables a las de la lana. Los hilos textiles requieren fibras con un color mínimo.

Tabla 1: Propiedades físicas de las fibras de acetato y el estopa
Propiedad Acetato secundario Triacetato
Resistencia (cN/dtex) 1,0 – 1,5 1,0 – 1,5
Estiramiento (%) 25 – 30 25 – 30
Densidad (g/cm³) 1.33 1,30
Absorción de humedad (%)
(65 % de humedad relativa, 20 °C)
6 – 6,5 4 – 4,5
Capacidad de retención de agua (%) 25 – 28 16 – 17
Punto de fusión (°C) 225 – 250 Descomposición a 310 – 315
DP 300 300

Las reacciones químicas se parecen a las de los ésteres orgánicos. Los ácidos y álcalis fuertes hidrolizan el acetato de celulosa, que es sensible a agentes oxidantes fuertes; sin embargo, las soluciones de hipoclorito y peróxido no tienen ningún impacto.

Las diferencias en el teñido surgen debido a disparidades en las propiedades de hinchamiento. Las fibras de acetato de celulosa requieren colorantes dispersos en agua a temperaturas de ebullición, normalmente con ayuda de un vehículo. Los vehículos facilitan la hinchazón de las fibras y mejoran la absorción de tinte.

Este proceso integrado garantiza la solidez del color. Las fibras de triacetato exhiben propiedades superiores de lavado y desgaste debido a su mayor estabilidad dimensional y resistencia a las arrugas.

2. Materias primas

La pulpa de madera es la principal fuente de celulosa para la producción de fibra de acetato. Se pueden utilizar especies de madera blanda (coníferas) o duras (caducifolia), procesadas mediante el método de pulpa al sulfito con extracción con álcali en caliente o el proceso con sulfato prehidrolizado (Kraft) con extracción cáustica en frío.

Ambos métodos tienen como objetivo eliminar ligninas y hemicelulosas, lo que da como resultado pulpas de madera purificadas que contienen más del 96 % de α-celulosa. Los factores económicos han hecho que las borras de algodón de alta pureza queden obsoletas en este ámbito.

Las fibras de acetato de alta calidad necesitan pulpa de madera con características específicas. Las buenas propiedades de hinchamiento son cruciales para garantizar una exposición uniforme de la celulosa al catalizador y al agente de acetilación durante el procesamiento. Además, la pulpa debe producir una solución hilable sin fibras ni geles para una fácil filtración.

3. Producción de fibras de acetato de celulosa

cellulose acetate fibers

La producción sigue los principios generales descritos en el artículo sobre acetato de celulosa, con diferencias clave. Inicialmente, el ácido sulfúrico cataliza la formación de éster de sulfato de celulosa, que luego es reemplazado por grupos acetilo durante la acetilación.

La hidrólisis reduce aún más los grupos sulfato restantes. Sin embargo, cualquier sulfato residual debe neutralizarse con estabilizadores como sales de magnesio para evitar la degradación inducida por el calor y la humedad mediante la liberación de ácido sulfúrico.

El acetato secundario utiliza acetona como disolvente, mientras que el triacetato emplea 90% de diclorometano y 10% de metanol/ácido acético (hilado en húmedo). La viscosidad de la solución de hilatura, con un 20-30% de acetato de celulosa, oscila entre 300 y 500 Pa·s a 45-55 °C. La filtración y la desaireación son pasos importantes antes del centrifugado.

Predomina el hilado en seco, aunque ocasionalmente se utiliza el hilado en húmedo para el triacetato. Las hileras poseen entre 20 y 100 orificios para el filamento y hasta 1000 para el remolque. La evaporación del disolvente se produce en una columna giratoria de 4 a 6 m a 80-100 °C utilizando un flujo de aire a contracorriente.

Las fibras se estiran para mejorar la resistencia mientras están en estado plástico. El hilado por fusión carece de viabilidad comercial debido a su limitada estabilidad térmica.

Las fibras de triacetato exhiben una estructura núcleo-piel debido a la distribución muy regular de los grupos acetilo. El termofijado (cristalización) a 180-200 °C mejora las propiedades de lavado y desgaste.

Este proceso requiere varios minutos a 180°C o unos segundos a 220°C para optimizar la retención de agua (10%) y la absorción (2,5%). Los periodos más cortos son ineficaces y los periodos más largos deterioran las propiedades mecánicas del textil.

4. Usos de las fibras de acetato de celulosa

La combinación de fibras de acetato o triacetato de celulosa con nailon o poliéster ofrece una combinación sinérgica de propiedades ideal para diversas aplicaciones de revestimiento. Esto compensa las características físicas más débiles de las fibras de acetato al tiempo que conserva sus cualidades deseables, como una alta absorción de humedad y una suavidad similar a la seda.

Debido a su combinación única de propiedades hidrofóbicas e hidrofílicas, las membranas semipermeables hechas de fibras de acetato de celulosa se utilizan para la desalinización de agua mediante ósmosis inversa.

Las fibras huecas de acetato de celulosa también encuentran uso en aplicaciones de separación de gases y hemodiálisis.

La naturaleza no tóxica, la biodegradabilidad y la dependencia de polímeros naturales renovables (celulosa) del acetato de celulosa abren la posibilidad de aplicaciones futuras prometedoras en diversos campos.

Referencia