Acetato de celulosa: qué es, estructura química, propiedades, usos

¿Qué es el acetato de celulosa?

El acetato de celulosa es un compuesto orgánico y sintético que se puede obtener en estado sólido como copos, escamas o polvo de color blanco. Su fórmula molecular es C₇₆H₁₁₄O₄₉. Se fabrica a partir de la materia prima obtenida de las plantas: la celulosa, la cual es un homopolisacárido.

El acetato de celulosa se fabricó por primera vez en París, en el año 1865 por Paul Schützenberger y Laurent Naudin, tras acetilar la celulosa con el anhídrido acético (CH₃CO–O–COCH₃). Obtuvieron así uno de los ésteres de celulosa más importantes de todos los tiempos.

Sus propiedades, características, formas y tamaños han permitido un amplio espectro de aplicaciones para este polímero de origen natural. Tales aplicaciones dependen del grado de porosidad o acetilación de la celulosa.

De acuerdo a estas características el polímero se destina a la fabricación de plásticos para el campo de la cinematografía, fotografía y en el área textil, donde tuvo su gran momento de auge.

Se emplea incluso en la industria automovilística y aeronáutica, así como también es muy útil en los laboratorios de química e investigación en general.

Estructura química del acetato de celulosa

En la imagen superior se representa la estructura del triacetato de celulosa, una de las formas acetiladas de este polímero.

¿Cómo se explica dicha estructura? Se explica a partir de la celulosa, la cual consiste en dos anillos piranosas de glucosas unidos por enlaces glucosídicos (­R–O–R), entre los carbonos 1 (anomérico) y 4.

Estos enlaces glucosídicos son del tipo β 1 ->4; es decir, se encuentran en el mismo plano del anillo respecto al grupo –CH₂OCOCH₃. Por lo tanto, su éster de acetato conserva el mismo esqueleto orgánico.

¿Qué pasaría si se acetilaran los grupos OH en los carbonos 3 del triacetato de celulosa? Se incrementaría la tensión estérica (espacial) en su estructura. Esto es debido a que el grupo –OCOCH₃ “chocaría” con los grupos y anillos de glucosa vecinos.

Sin embargo, tras esta reacción se obtiene el acetato butirato de celulosa, el producto obtenido con el mayor grado de acetilación y cuyo polímero es aún más flexible.

La explicación a esta flexibilidad es la eliminación del último grupo OH y, por tanto, de los puentes de hidrógeno entre las cadenas poliméricas.

De hecho, la celulosa original es capaz de formar muchos puentes de hidrógeno, y la eliminación de estos es el soporte que explica los cambios de sus propiedades fisicoquímicas después de la acetilación.

Así, la acetilación ocurre primero en los grupos OH menos impedidos estéricamente. Conforme aumenta la concentración del anhídrido acético, más grupos H son sustituidos.

Como resultado, si bien estos grupos –OCOCH₃ aumentan el peso del polímero, sus interacciones intermoleculares son menos fuertes que los puentes de hidrógeno, “flexibilizando” y endureciendo al mismo tiempo la celulosa.

Obtención del acetato de celulosa

Su fabricación se considera un proceso sencillo. De la pulpa de la madera o algodón se extrae la celulosa, la cual se somete a reacciones de hidrólisis bajo diferentes condiciones de tiempo y temperatura.

La celulosa reacciona con el anhídrido acético en un medio de ácido sulfúrico, el cual cataliza la reacción.

De esta forma se degrada la celulosa y se obtiene un polímero más pequeño que contiene 200 a 300 unidades de glucosa por cada cadena de polímero, quedando sustituidos los hidroxilos de la celulosa por grupos acetato.

El resultado final de esta reacción es un producto sólido blanco, que puede tener consistencia de polvo, escamas o grumos. A partir de este se pueden elaborar las fibras, al pasarlo por poros u orificios en un medio con aire caliente, evaporando los solventes.

Mediante estos procesos complejos se obtienen varios tipos de acetato de celulosa, dependiendo del grado de acetilación.

Debido a que la celulosa tiene como unidad estructural monomérica la glucosa —la cual posee 3 grupos OH, que son los que se pueden acetilar—, se obtienen di, tri o hasta butirato acetatos.mEstos grupos –OCOCH₃ son los responsables de algunas de sus propiedades.

Propiedades físicas y químicas

El acetato de celulosa tiene un punto de fusión de 306 °C, una densidad que oscila entre 1,27 a 1,34, y tiene un peso molecular aproximado de 1811,699 g/mol.

Es insoluble en varios componentes orgánicos como la acetona, el ciclohexanol, el etilacetato, el nitropropano y el dicloruro de etileno.

De los productos que contienen acetato de celulosa se valora la flexibilidad, la dureza, la resistencia a la tracción, a no ser atacado por las bacterias o microorganismos y su impermeabilidad al agua.

Sin embargo, las fibras presentan cambios dimensionales de acuerdo con variaciones extremas de temperatura y humedad, aunque las fibras resisten temperaturas hasta los 80 °C.

Usos/aplicaciones del acetato de celulosa

El acetato de celulosa encuentra muchos usos, entre los cuales destacan los siguientes:

– Membranas para la fabricación de objetos de plástico, de papel y cartón. Se describe un efecto indirecto de aditivo químico del acetato de celulosa al estar en contacto con los alimentos en sus empaques.

– En el área de la salud es usada como membranas con huecos del diámetro de los capilares sanguíneos, incrustados en aparatos cilíndricos que cumplen con la función de un riñón artificial o equipo de hemodiálisis.

– Dentro de la industria del arte y cinematográfica, al emplearse como delgadas películas para el cine, la fotografía y cintas magnéticas.

– En épocas pasadas se empleó en la industria textil, como fibras para elaborar diferentes telas como rayón, satén, acetato y triacetato. Mientras estuvo de moda se destacó por su bajo costo, por el brillo y por la belleza que otorgó a las prendas de vestir.

– En la industria automovilística, para la fabricación de partes de motores y chasis de diferentes tipos de vehículos.

– En el campo de la aeronáutica, para recubrir las alas de los aviones en los tiempos de guerra.

– También es muy utilizado en los laboratorios científicos e investigación. En general se utiliza en la fabricación de filtros porosos, como soporte de membranas de acetato de celulosa para realizar la corrida de electroforesis o de intercambio osmótico.

– Se emplea en la fabricación de contenedores de filtros de cigarrillos, cables eléctricos, barnices y lacas, entre otros muchos usos.