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DERIVATI CELLULOSICI INDUSTRIALI
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DERIVATI CELLULOSICI INDUSTRIALI
La cellulosa è un
polimero già pronto, largamente disponibile e a basso costo, di
applicazioni
assai versatili: perciò essa riveste grande importanza industriale e
tecnologica.
Il desiderio di ottenere
prodotti commercialmente interessanti ha spinto i chimici a modificarne
la
struttura, lasciandone però essenzialmente intatta la catena principale. [I34]
Nella cellulosa ogni
unità di glucosio contiene tre gruppi OH liberi: quindi lungo la catena
“emergono” numerosissimi ossidrili, che sono le posizioni reattive e
quindi
costituiscono i naturali punti di attacco dei reagenti chimici.
Come
tutti gli alcooli, la cellulosa forma degli esteri: così, per
trattamento in
opportune condizioni con una miscela di HNO3 e H2SO4
(solfonitrica) essa subisce esterificazione da acido nitrico e si
trasforma in
nitrato di cellulosa. La reazione di formazione
dell’estere “completo”
è:
Tale
reazione deve essere condotta con attenzione, per evitare che l’azione
concertata dei due acidi distrugga la sostanza.
Le
proprietà e l’impiego della
nitrocellulosa dipendono dal grado di
nitrazione.
- La cellulosa
quasi completamente nitrata, cioè con tre gruppi nitro per ogni
unità di glucosio, è spesso chiamata trinitrocellulosa o fulmicotone o
cotone
esplosivo. È usata per preparare le polveri da sparo senza fumi: in
particolare, mescolandola con la nitroglicerina, si ottiene una
sostanza
gelatinosa altamente esplosiva ma relativamente sicura, cioè la
balistite.
- La cellulosa
meno
nitrata, che contiene da due a tre gruppi nitro per ogni unità di
glucosio, è
conosciuta come pirossilina e viene usata nelle plastiche (ad esempio
la
celluloide, materia plastica oggi ampiamente superata, si ottiene
impastando la
pirossilina con la canfora in miscela di etanolo-etere), nelle
pellicole
fotografiche, nelle vernici e nelle lacche. Essa ha tuttavia lo
svantaggio di
essere infiammabile e di formare per combustione ossidi di azoto
fortemente
tossici.
Se
si tratta un alcool con solfuro di carbonio e idrato sodico in
soluzione
acquosa, si ottiene un composto chiamato xantato (o xantogenato).
La
cellulosa, dapprima convertita nell’alcossido alcalicellulosa
e quindi
fatta reagire con solfuro di carbonio, dà una reazione analoga formando
lo xantato
di cellulosa.
L’estere
formato viene sciolto in alcali per dare una massa con una consistenza
sciropposa, che viene fatta maturare. Durante tale fase lo xantogenato
di
cellulosa subisce reazione di parziale idrolisi con conseguente aumento
di
viscosità: si forma così un prodotto colloidale chiamato viscosa
Dopo la
maturazione tale
“viscosa” viene estrusa attraverso ugelli di filiere in leghe di
platino
ottenendo dei filamenti, i quali passano in un bagno con una soluzione
acida
che idrolizza le unità di xantato e rigenera la cellulosa:
La cellulosa rigenerata
forma una fibra tessile nota con il nome commerciale di rayon
viscosa.
Se si fa passare la
viscosa attraverso lunghe e variamente strette fenditure sviluppate
orizzontalmente la cellulosa si rigenera, per idrolisi in bagni acidi,
in forma
di lamine sottili, le quali vengono usate come fogli di protettivi dopo
essere
state ammorbidite e rese flessibili con glicerina. Si ottengono così le
pellicole
di cellophan, usate come
materiale d’imballaggio protettivo ed
estetico.
Anche se il rayon ed il
cellophan sono spesso indicati come cellulosa rigenerata,
essi
sono formati da catene più corte di quelle della cellulosa originaria,
a causa
ella degradazione dovuta al trattamento con alcali.
Gli esteri della
cellulosa più conosciuti sono gli acetati, i propionati, gli
acetato-propionati, i butirrati e gli acetato-butirrati: i più
importanti sono
gli acetati.
Poiché per ogni unità di
glucosio possono formarsi sino a tre legami esterei, in presenza di
anidride
acetica con acido acetico glaciale e poco acido solforico
(catalizzatore) la
cellulosa viene trasformata in triacetato.
Per idrolisi parziale di
quest’ultimo si possono allontanare alcuni dei gruppi acetile e
degradare la
catena in frammenti più piccoli (ognuno di circa 200-300 unità),
ottenendo l’acetato
di cellulosa (grosso modo un diacetato),
di grande importanza
commerciale.
L’acetato di cellulosa è
meno infiammabile del nitrato di cellulosa e lo ha sostituito in molte
delle
sue applicazioni, ad esempio possono essere preparati con tale
sostanza:
pellicole per film, film fotografici e nastri per registrazione.
Quando una soluzione di
acetato di cellulosa in acetone viene fatta passare attraverso i
piccoli fori
di una filiera (estrusione), il solvente evapora e si ottengono dei
filamenti
solidi utilizzati come fibre tessili: si tratta del rayon
all’acetato.
Industrialmente
si producono per alchilazione della cellulosa: dapprima trattandola con
soda e
quindi con l’opportuno alogenuro alchilico (meno cari dei solfati):
Nel
processo ogni unità di glucosio può dare sino a tre
legami eterei;
tuttavia in queste reazioni è inevitabile una considerevole
degradazione delle
lunghe catene. In dipendenza dell’alogenuro usato si ha la
corrispondente
alchilcellulosa (metil-, etil-, benzil-).
Gli
eteri della cellulosa sono usati in apprettatura e
nel finissaggio di
tessuti, nella produzione di pellicole, di fogli flessibili e
resistenti, di
svariati oggetti di plastica, in cosmetica e per dare consistenza ai
gelati.
In
questo genere di derivati si può far rientrare la carbossimetilcellulosa
che si ottiene facendo agire sull’alcalicellulosa l’acido
monocloroacetico in
forma di sale sodico:
È un composto dalle
altissime proprietà disperdenti (cioè disperde in acqua particelle
sospese),
molto adatto perciò a non permettere la rideposizione di sporco sulla
biancheria lavata: se ne fa quindi grande uso come additivo ai
detergenti.
Inoltre è buona per stabilizzare pitture, nei fanghi di perforazione,
quindi in
cosmetica e per addensare alimentari perché assolutamente atossiche.
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