La celulosa y sus éteres

¿Qué es la celulosa?

La celulosa es un polisacárido integrado por unidades individuales de anhidroglucosa las cuales están ligan a través de un enlace glucosídico 1.4 (figura 1). El número "n" de las unidades de anhidroglucosa en la cadena del polímero se define como el grado de polimerización (DP).

Cada anillo de anhidroglucosa lleva tres grupos OH en las posiciones 2, 3 y 6, que son químicamente activas. La distribución de los sustitutos introducidos sobre la cadena del polímero es determinada en gran parte por la reactividad relativa de estos tres grupos del OH-.

Estructura de la celulosa

Figura 1. Estructura de la celulosa

Usos de la celulosa

Durante siglos, esta fibra se ha constituido en la materia prima para la fabricación de diversos objetos de uso cotidiano, entre los cuales sobresale, por su importancia, la elaboración del papel. También se utiliza en la fabricación de explosivos, celuloide, seda artificial, barnices.

Éteres de celulosa

Los éteres de celulosa industriales son alquil, alquihidroxialiquil, hidroxialquil, y carboxialquil éteres derivados de la celulosa. Los éteres son formados substituyendo algunos de los grupos hidroxil de la celulosa. El uso de un agente de eterificación en el proceso de substitución da lugar a un éter de celulosa simple, mientras que si se usan diversas clases de agentes se obtienen éteres mezclados.

Clasificación de los éteres de celulosa

Los éteres de celulosa se dividen en iónicos y no iónicos (aniónicos). Los éteres iónicos de celulosa, por ejemplo la carboximetilcelulosa de sodio, contienen sustitutos que se cargan eléctricamente. Los éteres no iónicos de celulosa como la metilcelulosa y el hidroxietilcelulosa llevan sustitutos eléctricamente neutrales.

Proveedores de éteres de celulosa

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Aqualon es líder mundial en productos que modifican las propiedades físicas de los sistemas acuosos. Los productos de Aqualon proveen de propiedades funcionales a sus productos finales, como son: espesamiento y control reológico, retención de agua, resistencia adhesiva, por mencionar algunos.

Dentro de la línea de éteres de celulosa, Aqualon maneja diversos nombres comerciales para sus éteres de celulosa, como:

CULMINAL® es el nombre comercial de Aqualon para la metilcelulosa y mezclas de éter de la MC. CULMINAL tiene una gran cantidad de propiedades que la hacen especial para aplicaciones como la industria de la construcción, cerámica, detergentes y limpiadores, médica, cosmética y otras aplicaciones.

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¿Cómo se fabrica la gelatina?

La gelatina se fabrica mediante un sofisticado procedimiento que consta de varias fases.

El material de partida es el tejido conjuntivo de cerdos, bueyes, aves o peces.

La proteína colágena contenida en la piel y en los huesos de cerdos y bueyes se convierte en gelatina. Primero se desengrasan y desmineralizan las materias primas; después se utilizan dos métodos de tratamiento previo distintos en función de la materia prima utilizada y de la finalidad a la que se quiere destinar la gelatina, es decir, el método alcalino o el método ácido.

El método alcalino consiste en tratar el tejido conjuntivo fuertemente reticulado de los bueyes con sosas durante un proceso que dura varias semanas.

Después el tejido conjuntivo se lava y se extrae la gelatina en agua caliente, separándola así del resto de la materia prima.

El tejido conjuntivo colágeno de la corteza de cerdo no está tan fuertemente reticulado.

Para esta materia prima se emplea el tratamiento con ácidos de un día de duración, seguido de la neutralización y el lavado intenso para eliminar las sales antes de poder separar la gelatina en agua caliente.

Después de este tratamiento previo las materias primas se mezclan con agua caliente y se extraen en varias fases.

De estas soluciones extraídas se separan los restos de grasa y fibras finas en separadores de alta potencia.

La gelatina se pasa por filtros para eliminar incluso las impurezas más pequeñas.

Durante la última fase de limpieza se libera la gelatina del calcio, sodio, restos de ácidos y otras sales.

A continuación la solución de gelatina se concentra en evaporadores al vacío y se espesa hasta formar una masa de consistencia similar a la de la miel.

En este proceso se forman los típicos «fideos de gelatina», que después se molturan obteniendo un granulado.

Los amplios controles de calidad aplicados durante todo el proceso de fabricación aseguran la calidad y pureza de la gelatina.

Principales aplicaciones de la gelatina

Gelatina alimenticia

Dulces
Delikatessen
Restauración y catering
Industria cárnica y arniceros
Cocina doméstica
Productos de panadería
Productos de pastelería
Vino, cidra y cerveza
Elaboración de productos de pescado
Productos lácteos

Glatina hidrolizada

Estabilizadores
Emulsionantes
Potenciadores de sabor
Alimentos dietéticos
Reductores de sal
Floculantes
Enriquecimiento con proteína
Adhesivos

Gelatina farmacéutica

Cápsulas blandas
Cápsulas duras
Pastillas
Supositorios
Sustituto de plasma de sangre
Vitaminas

Gelatina fotográfica

Películas radiográficas
Películas gráficas
Películas en color
Papel fotográfico negro y en color

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Fuente: http://www.gelatine.org

Estructura

El ácido acrílico, también conocido como ácido 2-propenoico CH2=CHCOOH, y sus ésteres CH2=CHCOOR, también se conocen como acrilatos.

Su estructura es:

El ácido acrílico es un ácido carboxílico, incoloro, inflamable, volátil y medianamente tóxico.

Esteres como el metil, etil, n-butil, y 2-etil-hexil acrilato, así como el ácido acrílico se utilizan principalmente como polímeros. Otros ésteres, incluyendo acrilatos multifuncionales se producen para aplicaciones especiales.

Procesos industriales

Hasta hace poco, el ácido acrílico y los acrilatos se producían industrialmente vía una variedad de rutas como la hidrólisis del acrilonitrilo y el método modificado de Reppe. Sin embargo, un avance significativo en la oxidación catalítica del propeno al ácido acrílico vía la acroleína permitió remplazar los procesos originales.

El método de ERPE está basado en el acetileno y se lleva a cabo a presión atmosférica y a 40 °C en presencia de ácido y de carbonilo de níquel.

La reacción fue descubierta por ERPE en 1939 y fue utilizada por Rohm & Haas y por Toa Gosei Chemical por largo tiempo hasta que fue abandonada por las dificultades en manipular el carbonilo de níquel, tóxico y corrosivo.

El proceso Reppe a Alta Presión utilizado por BASF y Badische Corp. opera a aproximadamente 14 MPa y 200 °C con un catalizador de bromuro de níquel – cobre III.

El método de hidrólisis del acrilonitrilo es poco atractivo económicamente. Fue utilizado por Ugine Kuhlmann, Mitsubishi Petrochemical y Mitsubishi Rayon, y hasta hace poco aún era utilizado por Asahi Chemical.

El proceso por cetanos, en que el ácido acético o la acetona son pirolizados a ceteno es un proceso que en algún tiempo utilizó Celanese y B. F. Goodrich pero que ya no es utilizado.

Proceso por Oxidación del propeno

Hoy en día la mayor parte del ácido acrílico se produce a partir del propeno, que también es la materia prima de la acroleína.

El proceso por oxidación del propeno involucra la oxidación catalítica heterogénea del propeno en fase vapor con aire y vapor para dar el ácido acrílico. Generalmente el producto que sale del reactor es absorbido en agua, extraído con un solvente apropiado y destilado para dar el ácido acrílico glacial grado técnico

Usos y aplicaciones del ácido acrílico y sus derivados

El ácido acrílico

El ácido acrílico se usa como intermediario en la producción de acrilatos. Los polímeros del ácido y sus sales sódicas se utilizan como floculantes y dispersantes. Las sales de sodio tienen importancia industrial

Las poliacrilamidas y el ácido poliacrílico

La masa molecular del polímero es un factor clave para determinar su uso específico para una aplicación. Los polímeros de masas moleculares inferiores a 20 000 se utilizan como secuestrantes. Los polímeros con masa molecular entre 20 000 y 80 000 se utilizan como agentes de dispersión de pigmentos. Los polímeros con masas moleculares entre 1,000,000 y 10,000,000 se utilizan como agentes para terminado textil y como ayudas de retención para fabricación de papel. Las masas moleculares que exceden los 10,000,000 se utilizan como floculantes o agentes de espesamiento. Polímeros de mayor peso molecular o entrecruzados se utilizan como absorbentes de fluidos.

El ácido poliacrílico soluble en agua y sus sales neutralizadas con masas moleculares de entre 2000 y 5000 se utilizan como inhibidores de sarro, dispersantes de lodos, dispersantes en sistemas de enfriamiento, como fillers en materiales para pigmentos o recubrimiento de papel.

Los homo o co-polímeros del ácido acrílico y el ácido metacrílico y sus mezclas con hasta el 10% en peso de alquil acrilato se utilizan para prevenir la redeposición de materiales en formulaciones de detergentes líquidos.

Los copolímeros con pequeñas cantidades de grupos hidrofóbicos son útiles para fluidos de perforación. Los fluidos son reformulados para dar una viscosidad inicial que es retenida por largos periodos a altas temperaturas y presión.

El poliacrilato de sodio entrecruzado se utiliza como absorbente en pañales, productos para incontinencia, productos de higiene femenina y absorbente en cables de trasmisión.

Los polímeros del ácido acrílico o del metacrílico neutralizados a mas de 50% mol, se pueden usar para mampostería por su alta retención de agua y alta viscosidad.

Un polímero del ácido acrílico, absorbente y entrecruzado se puede utilizar en formulaciones de tabletas de administración oral por su capacidad de liberar de forma sostenida el principio activo.

Una mezcla de partículas de polímero aniónico del ácido acrílico o metacrílico y sus sales solubles y polímeros catiónicos de amino acrilato se utiliza como adhesivo para pasta para muros para reducir la absorción del agua.

El ácido poliacrílico entrecruzado se utiliza como resina de intercambio catiónica.

Algunas aplicaciones en desarrollo incluyen el ligeramente entrecruzado poli(N-isopropilacrilamida) que es un hidrogel con transición de fase a 31 °C. Se supone que esta propiedad puede ser útil en separaciones como la de la proteína de soya de su extracto acuoso o en la administración controlada de fármacos.

El balance entre grupos hidrofóbicos e hidrofílicos en la poli(N,N-dimetilacrilamida) y los copolímeros de la N,N-dimetilacrilamida con otros monómeros solubles en agua hacen de estos productos solubles en un amplio rango de solventes. Esto sugiere su potencial uso como espesantes en formulaciones con altas concentraciones de químicos orgánicos El homopolímero es soluble con poli(vinil acetato), poli(metil metacrilato), y poliestireno.

Algunos copolímeros pueden servir como compatibilizadores de polímeros.

Los poliacrilatos

Los ésteres acrílicos se utilizan para la producción de polímeros (poliacrilatos). Estos polímeros se utilizan para recubrimientos, pinturas, adhesivos, ligantes para piel, papel y textiles.

Las principales aplicaciones de los ésteres acrílicos son:

Pinturas para Arquitectura – por su buena pigmentabilidad y propiedades de película se utilizan como dispersión polimérica y adhesivo para pinturas. Las dispersiones copoliméricas de vinil ester tienen propiedades reológicas favorables para material de recubrimiento. Las dispersiones de copolímeros de acrilato usualmente contienen emulsificantes y pueden ser extendidos con pigmentos, pero requieren auxiliares para mejorar su reología. Los copolímeros con alto contenido de estireno tienden a tomar el color amarillo con la luz UV y por lo tanto solo se utilizan para pinturas de interiores. Las dispersiones de acrilatos puros se utilizan en pinturas brillantes.

Recubrimientos y lacas – Los metales usualmente se recubren con una capa de primer y una capa de solvente La tendencia es usar capas con alto contenido de polímero para reducir las emisiones del solvente.

En la industria automotriz usualmente se aplican tres capas: una primer primer base agua que sirve para proteger contra la corrosión, una capa intermedia (filler) que compensa por irregularidades en el substrato, y una capa superior pigmentada metálica que consiste de una base de pigmento aluminizado y coloreado. En las tres capas pueden usarse potencialmente mezclan con acrilatos.

Sistemas curables con radiación. En estos métodos los monómeros y oligómeros son curados y endurecidos por medio de exposición a radiación, usando usualmente luz UV. Su aplicación principal está en el recubrimiento de madera, papel y plásticos.

Industria del papel - Los papeles de alta calidad se recubren con pigmentos para mejorar su calidad de impresión, apariencia, brillo y otras propiedades.

Adhesivos y compuestos de sellado – adhesivos de laminación, adhesivos sensibles a la presión, adhesivos para construcción y compuestos de sellados son producidos de poliacrilatos.

Industria textil – se utilizan como polímeros de emulsión, por ejemplo como adhesivos para teñido o impresión.

Industria de la piel o el cuero – la superficie de la piel se trata para hacerla hidrofóbica y para evitar que se cuartee o rompa.

Como se puede observar, la versatilidad del ácido acrílicos y sus derivados es muy amplia y existen aplicaciones en los mas variados campos y aún muchas más en desarrollo.

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