Thermal Decomposition of Mercerized Linter Cellulose and its Acetates Obtained from a Homogeneous Reaction

Descomposición térmica de la celulosa de lino mercerizada y sus acetatos obtenidos a partir de una reacción homogénea

Se prepararon acetatos de celulosa con diferentes grados de sustitución (DS, de 0,6 a 1,9) a partir de celulosa de lino previamente mercerizada, en un medio homogéneo, utilizando N,N-dimetilacetamida/cloruro de litio como sistema disolvente. La influencia de los diferentes grados de sustitución en las propiedades de los acetatos de celulosa se investigó mediante análisis termogravimétricos (TGA). Se aplicaron métodos cuantitativos a las curvas termogravimétricas para determinar la energía de activación aparente (Ea) relacionada con la descomposición térmica de celulosas y acetatos de celulosa sin tratar y mercerizados. Los valores de Ea se calcularon utilizando el método de Broido y considerando condiciones dinámicas. Se obtuvieron valores de Ea de 158 y 187 kJ mol^-1 para la celulosa sin tratar y mercerizada, respectivamente. Un estudio previo demostró que el C6OH es el sitio más reactivo para la acetilación, probablemente debido al impedimento estérico de C2 y C3. El C6OH participa en el primer paso de la descomposición de la celulosa, dando lugar a la formación de levoglucosano y, cuando se cambia a C6OCOCH₃, los resultados indican que el mecanismo de descomposición térmica cambia a uno con un Ea más bajo. Se identificó una correlación lineal entre Ea y la DS de los acetatos preparados en el presente trabajo.

INTRODUCCIÓN

La celulosa, el polisacárido natural más abundante, es renovable, biodegradable y puede derivarse para obtener varios productos útiles[1-3]. La celulosa es un homopolímero lineal compuesto por unidades de anhidroglucopiranosa (AGU) enlazadas por β-(1-4). La madera es la principal fuente de celulosa y se considera una materia prima de regeneración lenta, debido al tiempo requerido para que un árbol pueda ser cortado para producir celulosa[4]. En contraste, la celulosa de otras materias primas, como el algodón, se ha vuelto atractiva como fuente de derivados de celulosa, porque está disponible en grandes cantidades y se cultiva rutinariamente en todo el mundo.

La celulosa no es soluble en solventes convencionales, principalmente debido a la compleja morfología de las regiones cristalinas y a los enlaces de hidrógeno inter e intramoleculares. La sustitución de los grupos hidroxilo presentes en las cadenas de celulosa por grupos menos polares, con el objetivo de la solubilización después de la derivatización, es muy común[5]. El solvente polar aprótico (N,N-dimetilacetamida) en combinación con una sal inorgánica, preferiblemente cloruro de litio (LiCl)[6], es capaz de disolver la celulosa. El impulso detrás de la investigación de este sistema de solventes para la derivatización de la celulosa en una reacción homogénea ha sido ampliamente descrito en la literatura[7-13]. La reacción homogénea involucra varios pasos, incluyendo la activación de la celulosa, la disolución y la subsiguiente reacción con un agente derivatizante[10].

La derivatización de la celulosa en una reacción homogénea, como se considera en el presente trabajo, es ventajosa en comparación con una reacción heterogénea, debido a la capacidad de controlar el grado de sustitución (DS) y la regularidad de la sustitución, tanto a lo largo de la columna vertebral del polímero como entre los tres grupos OH de la unidad de anhidroglucosa (AGU).