Hispanopedia WikiLos lignosulfonatos (LS) son polímeros polielectrolíticos aniónicos solubles en agua ; son subproductos de la producción de pulpa de madera mediante el proceso de pulpado con sulfito . [ 1 ] Los LS se utilizan para la estabilización de emulsiones y como dispersantes , como aglutinantes para suprimir el polvo en caminos sin pavimentar y en el tratamiento de aguas . [ 2 ]
Los lignosulfonatos tienen rangos muy amplios de masa molecular (son muy polidispersos ). Se ha informado un rango de 1000 a 140 000 Da para los lignosulfonatos de madera blanda, con valores más bajos para las maderas duras. La lignina Kraft sulfonada tiende a tener moléculas más pequeñas, de 2000 a 3000 Da. [ 1 ] SL y LS no son tóxicos, no corrosivos y son biodegradables . Se pueden aplicar diversas modificaciones adicionales a LS y SL, incluyendo oxidación, hidroximetilación, sulfometilación y una combinación de estas. [ 3 ]
Preparación
La mayor parte de la deslignificación en la pulpa de sulfito implica la ruptura ácida de los enlaces éter , que conectan muchos de los constituyentes de la lignina . [ 4 ] La lignina sulfonada (SL) se refiere a otras formas de subproducto de la lignina, como las derivadas del proceso Kraft , mucho más popular , que han sido procesadas para agregar grupos de ácido sulfónico. Ambas tienen usos similares y se confunden comúnmente entre sí, siendo la SL mucho más barata. [ 3 ] Tanto la LS como la SL se presentan como polvos de flujo libre; la primera es de color marrón claro, mientras que la segunda es de color marrón oscuro. [ 1 ]
lignosulfonatos
Los lignosulfonatos se recuperan de los líquidos residuales de la pulpa (licor rojo o marrón) procedentes del proceso de pulpeo con sulfito. También se puede utilizar la ultrafiltración para separar los lignosulfonatos de dichos líquidos. [ 1 ] Existe una lista de números CAS para las distintas sales metálicas de lignosulfonato. [ 5 ]
Los carbocationes electrófilos producidos durante la ruptura del éter reaccionan con iones bisulfito (HSO 3 − ) para dar sulfonatos.
- ROR' + H + → R + + R'OH
- R + + HSO 3 − → R-SO 3 H
El sitio principal para la ruptura del enlace éter es el carbono α (átomo de carbono unido al anillo aromático) de la cadena lateral propilo (cadena lineal de tres carbonos). Las siguientes estructuras no especifican la estructura, ya que la lignina y sus derivados son mezclas complejas; el propósito es dar una idea general de la estructura de los lignosulfonatos. Los grupos R 1 y R 2 pueden ser una amplia variedad de grupos que se encuentran en la estructura de la lignina. La sulfonación ocurre en las cadenas laterales, no en el anillo aromático como en el ácido p-toluenosulfónico .
lignina Kraft sulfonada
La lignina Kraft procedente del licor negro, que se produce en cantidades mucho mayores, puede procesarse para obtener lignina sulfonada. La lignina se precipita primero acidificando el licor con CO₂ y luego se lava (existen otros métodos de aislamiento). La reacción con sulfito de sodio o bisulfito de sodio y un aldehído en un medio básico completa la sulfonación. En este caso, los grupos de ácido sulfónico se unen al anillo aromático en lugar de a la cadena lateral alifática . [ 3 ]
Usos
Químicamente, los LS pueden utilizarse como tanino para el curtido del cuero y como materia prima para una variedad de productos.
Dispersante
El principal uso de los lignosulfonatos es como plastificantes en la fabricación de hormigón , [ 1 ] donde permiten elaborarlo con menos agua (obteniendo un hormigón más resistente) manteniendo su fluidez. Los lignosulfonatos también se utilizan en la producción de cemento , donde actúan como auxiliares de molienda en el molino y como defloculante de la mezcla cruda (que reduce la viscosidad de la mezcla).
Los lignosulfonatos también se utilizan en la producción de placas de yeso para reducir la cantidad de agua necesaria para que el estuco fluya y forme la capa entre dos láminas de papel. La reducción del contenido de agua permite secar las placas de yeso a temperaturas más bajas en el horno, lo que ahorra energía.
La capacidad de los lignosulfonatos para reducir la viscosidad de las suspensiones minerales ( defloculación ) se aprovecha en los lodos de perforación petrolífera , donde sustituyen a los ácidos tánicos del quebracho (un árbol tropical). Además, se están investigando los lignosulfatatos para su uso en la recuperación mejorada de petróleo (EOR) debido a su capacidad para reducir la tensión interfacial en las espumas, lo que permite una mayor eficiencia de barrido y, por consiguiente, un mayor factor de recuperación.
Aglutinante
Además de su uso como dispersantes, los lignosulfonatos también son buenos aglutinantes. Se utilizan como aglutinantes en papel para pozos, tableros de partículas, pisos de linóleo, briquetas de carbón y carreteras.
También forman parte de la pasta utilizada para recubrir las rejillas de plomo-antimonio-calcio o plomo-antimonio-selenio en una batería de plomo-ácido .
Las soluciones acuosas de lignosulfonato también se utilizan ampliamente como agente supresor de polvo no tóxico para superficies de carreteras sin pavimentar, donde popularmente, aunque erróneamente, se le denomina "savia de árbol". Las carreteras tratadas con lignosulfonatos se distinguen de las tratadas con cloruro de calcio por su color: los lignosulfonatos dan a la superficie un color gris oscuro, mientras que el cloruro de calcio le confiere un característico color tostado o marrón. Dado que los lignosulfonatos no dependen del agua para sus propiedades aglutinantes, suelen ser más útiles en zonas áridas.
Se utiliza como estabilizador de suelos . [ 6 ]
Materia prima química
La oxidación de los lignosulfonatos de los árboles de madera blanda produce vainillina (sabor artificial a vainilla).
El dimetilsulfuro y el dimetilsulfóxido (un importante disolvente orgánico ) se producen a partir de lignosulfonatos. El primer paso consiste en calentar los lignosulfonatos con sulfuros o azufre elemental para producir dimetilsulfuro. Los grupos metilo provienen de los éteres metílicos presentes en la lignina. La oxidación del dimetilsulfuro con dióxido de nitrógeno produce dimetilsulfóxido (DMSO). [ 1 ]
Otros usos
El efecto antioxidante de los lignosulfonatos se utiliza en piensos, ensilaje y retardantes de llama.
La capacidad de absorción de rayos UV de los lignosulfonatos se utiliza en protectores solares y biopesticidas.
El lignosulfonato se utiliza en la agricultura como análogo de las sustancias húmicas . Como acondicionador del suelo , se emplea principalmente para mejorar la absorción y retención de fertilizantes y otros nutrientes. [ 7 ] Es capaz de quelar minerales y, al mismo tiempo, es biodegradable, lo que supone una mejora con respecto al EDTA . [ 8 ] La hidrólisis y oxidación posteriores producen un producto aún más similar al humus , comercializado como "lignohumato". [ 9 ]
Referencias
- 1 2 3 4 5 6 Lebo, Stuart E. Jr.; Gargulak, Jerry D.; McNally, Timothy J. (2015). "Lignina". Enciclopedia Kirk-Othmer de Tecnología Química . Enciclopedia Kirk-Othmer de Tecnología Química . John Wiley & Sons, Inc. págs. 1–26 . doi : 10.1002/0471238961.12090714120914.a01.pub3 . ISBN 978-0-471-23896-6.
- ↑ Barbara A. Tokay (2000). "Productos químicos de biomasa". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . doi : 10.1002/14356007.a04_099 . ISBN 978-3527306732.
- 1 2 3 Aro, Thomas; Fatehi, Pedram (9 de mayo de 2017). "Producción y aplicación de lignosulfonatos y lignina sulfonada" . ChemSusChem . 10 (9): 1861– 1877. Bibcode : 2017ChSCh..10.1861A . doi : 10.1002/cssc.201700082 . PMID 28253428 .
- ↑ E. Sjöström (1993). Química de la madera: fundamentos y aplicaciones . Academic Press .
- ↑ "Lista de números CAS de lignosulfonato" . Consultado el 15 de octubre de 2007 .
- ↑ Ta'negonbadi, Bahram; Noorzad, Reza (septiembre de 2017). "Estabilización de suelos arcillosos mediante lignosulfonato". Geotecnia del transporte . 12 : 45–55 . Bibcode : 2017TranG..12...45T . doi : 10.1016/j.trgeo.2017.08.004 .
- ↑ Wurzer, Gerhild K.; Hettegger, Hubert; Bischof, Robert H.; Fackler, Karin; Potthast, Antje; Rosenau, Thomas (23 de febrero de 2022). "Utilización agrícola de lignosulfonatos". Holzforschung . 76 (2): 155– 168. doi : 10.1515/hf-2021-0114 . S2CID 245021537 .
- ↑ Cieschi, María T.; Benedicto, Ana; Hernández-Apaolaza, Lourdes; Lucena, Juan J. (28 de noviembre de 2016). "Efecto lanzadera de EDTA versus efecto directo de lignosulfonato que proporciona Zn a plantas de frijol blanco (Phaseolus vulgaris L 'Negro Polo') en un suelo calcáreo" . Fronteras en la ciencia vegetal . 7 : 1767. doi : 10.3389/fpls.2016.01767 . PMC 5147430 . PMID 28018367 .
- ↑ Yakimenko, Olga; Stepanov, Andrey; Patsaeva, Svetlana; Khundzhua, Daria; Osipova, Olesya; Gladkov, Oleg (3 de julio de 2021). "Formación de sustancias similares a los ácidos húmicos durante el proceso tecnológico de síntesis de lignohumato® en función del tiempo" . Separations . 8 (7): 96. doi : 10.3390/separations8070096 .
Véase también
- Fabricación de papel
- Producción de petróleo
- Polímeros orgánicos
- Polielectrolitos
- Aditivos para hormigón