Fibra de celulosa

Las fibras de celulosa natural aún se reconocen como provenientes de una parte de la planta original porque solo se procesan lo necesario para limpiarlas para su uso. Por ejemplo, las fibras de algodón se parecen a las suaves y esponjosas bolas de algodón de las que provienen. Las fibras de lino se parecen a las fuertes hebras fibrosas de la planta de lino . Todas las fibras "naturales" pasan por un proceso en el que se separan de las partes de la planta que no se utilizan para el producto final, generalmente mediante la cosecha , la separación de la paja , el desengrasado , etc. La presencia de cadenas lineales de miles de unidades de glucosa unidas entre sí permite una gran cantidad de enlaces de hidrógeno entre los grupos OH de las cadenas adyacentes, lo que hace que se empaqueten de forma compacta en las fibras de celulosa. Como resultado, la celulosa presenta poca interacción con el agua o cualquier otro disolvente. El algodón y la madera, por ejemplo, son completamente insolubles en agua y tienen una considerable resistencia mecánica. Dado que la celulosa no tiene una estructura helicoidal como la amilosa, no se une al yodo para formar un producto coloreado.

Las fibras de celulosa manufacturadas provienen de plantas que se procesan hasta obtener una pulpa y luego se extruyen de la misma manera que se fabrican las fibras sintéticas como el poliéster o el nailon . El rayón o la viscosa son algunas de las fibras de celulosa manufacturadas más comunes y pueden obtenerse a partir de pulpa de madera. Las fibras también pueden producirse mediante la hilatura húmeda y la rotación a presión de boquillas de Laminaria hyperborea , junto con la mezcla acústica resonante. ^{[ 5 ]}

Los principales componentes de las fibras naturales ( lignocelulosas ) son la celulosa, la hemicelulosa , la lignina , la pectina y la ceniza . El porcentaje de cada componente varía según el tipo de fibra; sin embargo, generalmente se encuentra entre el 60 y el 80 % de celulosa, entre el 5 y el 20 % de lignina y el 20 % de humedad, además de la hemicelulosa y un pequeño porcentaje de componentes químicos residuales. Las propiedades de la fibra cambian según la cantidad de cada componente, ya que la hemicelulosa es responsable de la absorción de humedad, la biodegradación y la degradación térmica, mientras que la lignina garantiza la estabilidad térmica, pero es responsable de la degradación por rayos UV. La composición química de las fibras naturales comunes se muestra a continuación; ^{[ 6 ]} estas varían según si la fibra es una fibra de líber (obtenida de la corteza), una fibra de núcleo (obtenida de la madera) o una fibra de hoja (obtenida de las hojas).

La respuesta de la fibra de celulosa a las tensiones mecánicas varía según el tipo de fibra y su estructura química. En la tabla siguiente se muestran las principales propiedades mecánicas, que pueden compararse con las de fibras de uso común como la fibra de vidrio , la fibra de aramida y la fibra de carbono .

La hidrofilicidad, la rugosidad y la carga superficial determinan la interacción de las fibras de celulosa con un entorno acuoso. Ya en 1950, se investigó la carga en la interfaz entre el algodón, como fibra de celulosa predominante, y un entorno acuoso mediante el método del potencial de flujo para evaluar el potencial zeta superficial . ^{[ 7 ]} Debido a la alta propensión a la hinchazón de las fibras lignocelulósicas, se ha observado una correlación entre el potencial zeta y la capacidad de absorción de agua. ^{[ 8 ]} Incluso para el uso de fibras de desecho como refuerzo en materiales compuestos, se han analizado fibras encoladas mediante una solución de prueba acuosa. ^{[ 9 ]} Una revisión sobre las propiedades electrocinéticas de las fibras naturales, incluidas las fibras de celulosa y lignocelulósicas, se encuentra en el Handbook of Natural Fibers. ^{[ 10 ]}

Los materiales compuestos son una clase de materiales que generalmente se fabrican mediante la combinación de una fibra con un material aglutinante (matriz). Esta combinación mezcla las propiedades de la fibra con la matriz para crear un nuevo material que puede ser más resistente que la fibra sola. Cuando se combinan con polímeros , las fibras de celulosa se utilizan para crear algunos materiales reforzados con fibra, como biocompuestos y plásticos reforzados con fibra . La tabla muestra diferentes matrices poliméricas y las fibras de celulosa con las que se suelen mezclar. ^{[ 11 ]}

Dado que las características macroscópicas de las fibras influyen en el comportamiento del compuesto resultante, las siguientes propiedades físicas y mecánicas son de particular interés:

• Dimensiones: La relación entre la longitud y el diámetro de las fibras es un factor determinante en la transferencia de esfuerzos a la matriz. Además, la sección transversal irregular y la apariencia fibrilar de las fibras vegetales contribuyen a su anclaje dentro de una matriz frágil.
• Volumen de poros y absorción de agua: Las fibras son bastante porosas y poseen un gran volumen de poros internos. Como resultado, al sumergirse en el material aglutinante, absorben una gran cantidad de matriz. Una alta absorción puede provocar la contracción de las fibras y la hinchazón de la matriz. Sin embargo, un alto volumen de poros contribuye a reducir el peso, aumentar la absorción acústica y disminuir la conductividad térmica del material compuesto final.
• Resistencia a la tracción : Similar, en promedio, a la de las fibras de polipropileno.
• Módulo de elasticidad : Las fibras celulósicas tienen un módulo de elasticidad bajo. Esto determina su uso en componentes de construcción que funcionan en la etapa posterior a la fisuración, con alta absorción de energía y resistencia a las fuerzas dinámicas.

En la industria textil, la celulosa regenerada se utiliza como fibras como el rayón (incluido el modal y el Lyocell , desarrollado más recientemente ). Las fibras de celulosa se fabrican a partir de pulpa disuelta . ^{[ 12 ]} Las fibras a base de celulosa son de dos tipos: celulosa regenerada o pura, como la obtenida mediante el proceso de cuproamonio, y celulosa modificada, como los acetatos de celulosa .

La primera fibra artificial, comercializada como seda artificial , se conoció como viscosa alrededor de 1894, y finalmente como rayón en 1924. Un producto similar, el acetato de celulosa, se descubrió en 1865. Tanto el rayón como el acetato son fibras artificiales, pero no totalmente sintéticas , ya que se obtienen a partir de una materia prima procesada químicamente que incluye madera natural . Tampoco son una imitación de la seda, que es un polímero fibroso de proteínas animales . Si bien estas fibras artificiales se descubrieron a mediados del siglo XIX, su fabricación moderna y exitosa comenzó mucho más tarde.

Las aplicaciones de infiltración/coadyuvante de filtración de fibras de celulosa proporcionan una capa protectora a los elementos filtrantes, al igual que la celulosa en polvo, además de mejorar el rendimiento y la claridad. Al ser una filtración sin cenizas y no abrasiva, facilitan la limpieza posterior al proceso de filtración sin dañar las bombas ni las válvulas. Filtran eficazmente las impurezas metálicas y absorben hasta el 100 % del aceite emulsionado y los condensados ​​de calderas. En general, las fibras de celulosa en aplicaciones de filtración pueden mejorar significativamente el rendimiento de la filtración cuando se utilizan como precapa primaria o correctiva de las siguientes maneras:

• Reparar huecos en el septo del filtro y pequeñas fugas mecánicas en las juntas y los asientos de las hojas.
• Mejorar la estabilidad de la torta de coadyuvante de filtración para hacerla más resistente a los picos de presión y las interrupciones.
• Creación de una capa previa más uniforme y sin grietas para una superficie de filtración más eficaz.
• Mejora del desmoldeo y reducción de los requisitos de limpieza.
• Evitar el paso de partículas finas
• Recubrimiento previo fácil y rápido y reducción de la contaminación soluble