Teoria base della chimica
la materia è costituita da
atomi
energia radiante
L’atomo è fatto da particelle distinguibili, protone,
neutrone ed elettrone, i protoni e i neutroni sono
addensati nel nucleo, gli elettroni si muovono nel vuoto.
----------------------------------------------------------------------------------------Forze elettrostatiche tengono insieme l’atomo.
Attenzione: sono attrattive o repulsive a seconda della carica.
Sono forze fondamentali che spiegano molte caratteristiche della materia.
-----------------------------------------------------------------------------------------------
Com’è fatto l’atomo
------------------------------------------------------------------------------------------
massa
carica
particelle
________________________________________________
+ (1,6 x 10-19C) 1,67 x 10-24 g
protone (nucleo)
1,67 x 10-24 g
non carico
neutrone (nucleo)
- (1,6 x 10-19C) 9,11 x 10 –28 g
elettrone
-----------------------------------------------------------------------ordine di grandezza
________________________________________________
10-23 g
massa totale
10-22 cm3
volume totale
100-500 pm (10-12 m)
diametro totale
10-2 pm
diametro nucleo
------------------------------------------------------------------------
Forze elettrostatiche
Contributi separati
E
Risultante dal bilanciamento di
forze attrattive e repulsive, con
formazione di un legame tra il
nucleo e gli elettroni
r
L’elemento
Numero atomico Z
Massa atomica
Z è uguale al numero di protoni presenti nel nucleo di un atomo.
Z identifica l’elemento
Per esempio ogni atomo che contiene esattamente 47 protoni nel
suo nucleo è un atomo di argento (silver).
Z determina le proprietà chimiche di un elemento.
NUMERO DI MASSA A: è dato dalla somma del numero di protoni Z e
del numero di neutroni N del nucleo
Gli elettroni girano attorno al nucleo in volumi a cui è stato dato il nome di orbitali.
Ogni orbitale può contenere al massimo due elettroni.
Ogni orbitale ha forma e dimensioni precise.
Le forme si ripetono su gusci concentrici che chiamiamo livelli.
Il concetto di livello è associato all’energia di interazione con il nucleo.
Regole di riempimento
La prima regola è dovuta a considerazioni energetiche
A partire dal livello più interno, più vicino al nucleo:
dalle forme s alle p alle d alle f, esistono quindi dei sottolivelli di
energia, corrispondenti alle forme
Orbitali e capacità elettronica dei primi quattro livelli di energia.
n
Sottolivelli
Numero di
orbitali per tipo
1
s
1
s
1
p
3
s
1
p
3
d
5
s
1
p
3
d
5
f
7
2
3
4
Numero di
orbitali per n
(n2)
Massimo numero
di elettroni (2n2)
1
2
4
8
9
18
16
32
Si riempiono i livelli a partire da n più
piccolo
Esistenza sottolivelli legati alla forma
OGNI ATOMO HA UNA PROPRIA
CONFIGURAZIONE ELETTRONICA
H = 1s1
C = 1s2 2s2 2p2
O = 1s2 2s2 2p4
REGOLA DELL’OTTETTO (CON ECCEZIONI)
GLI ATOMI REAGISCONO TRA LORO PER
ARRIVARE ALLA CONFIGURAZIONE DEI
GAS NOBILI (LIVELLO COMPLETO)
REAGIRE : FORMARE O CAMBIARE LEGAMI
LEGAME COVALENTE
H = 1s1
1s2 He
C = 1s2 2s2 2p2
1s2 2s2 2p6_ Ne
O = 1s2 2s2 2p4
1s2 2s2 2p6_ Ne
GRUPPO
IA
IIA
IIIA
IVA
VA
VIA
Strutture di Lewis
VIIA
VIII
Una semplice rappresentazione del legame chimico,
un elettrone che lega due nuclei tra di loro.
elettrone
nuclei
Carbonio quarto gruppo
La molecola del metano
Una sostanza gassosa a 25°C
Propano CH3CH2CH3
CH2(OH)CH2(OH)
ACIDO ACETICO, gruppo funzionale acido -COOH
CH3COOH
C6H12O6
C6H12O6
H OH
H
O
HO
HO
OH
H
H
OH
H
C6H12O6
H
OH
H
H
O
OH
OH
H
HO
HO
HO
OH
H
H
H
HO
OH
H
H
-H2O
O
H OH
Un polimero (dal greco molte
parti) è una macromolecola
ovvero una molecola dall'elevato
peso molecolare (>10.000)
costituita da un gran numero di
piccole molecole (i monomeri)
uguali unite a catena mediante la
ripetizione dello stesso tipo di
legame (covalemte)
Monomero
Ogni piccola molecola che subisce
una reazione di incorporazione
in una grande molecola
fatta da unità molto simili.
Composizione delle fibre
naturali
FIBRE NATURALI
Cellulosa
Emicellulosa
Le composizioni variano in base a:
•
•
•
•
Tipo di pianta
Parte della pianta (foglie, gambo, fiore, etc.)
Età della pianta
Periodo vegetativo
Lignina
SOURCES OF NATIVE CELLULOSE FOR TEXTILE APPLICATIONS
Cellulose: linear polymer β-(14)-D-glucopyranose
Cotton plants
(Gossypium)
Natural fibers typical composition
Flax
(Linum Usitatissimum)
Applicazioni della cellulosa
Innumerevoli campi di applicazione
Polimeri
Meteorologia
Ottica
TESSILE
Edilizia
Cristalli liquidi
FARMACEUTICO
CARTARIO
ALIMENTARE
Nella seconda metà del secolo XIX i tentativi di dissolvere la cellulosa
cominciarono ad avere
Nella seconda metà del secolo XIX i tentativi di dissolvere la cellulosa
e in qualche
decinad’anni
d’anni si si
arrivò
ai processi
di filatura: nel 1855
cominciarono ad avere successo e successo
in qualche
decina
arrivò
ai processi
il chimico Giorgio
di filatura: nel 1855 il chimico Giorgio
Andemars preparò il nitrato di cellulosa o
Andemars preparò il nitrato di cellulosa o nitrocellulosa.
nitrocellulosa.
Nel 1857 Schweitzer
scoprì che la soluzione
ammoniacale
idrossido di
Nel 1857 Schweitzer scoprì che la soluzione
ammoniacale
di idrossido
di dirame
rame scioglie la cellulosa.
scioglie la cellulosa.
Nel 1884laHilaire
de Chardonnet
realizzò la prima preparazione
Nel 1884 Hilaire de Chardonnet realizzò
prima
preparazione
industriale di fibre chimiche: le fibre industriale
di nitrato
di chimiche:
cellulosa.
di fibre
le fibre di nitrato di cellulosa.
Nel 1890 L.H.Despaisses sviluppò ilNelprocesso
cuproammoniacale.
1890 L.H.Despaisses
sviluppò il processo cuproammoniacale.
Nel 1892 F.Cross e E.J.Bevan svilupparono
il processo viscosa partendo da
Nel 1892 F.Cross e E.J.Bevan svilupparono il processo viscosa partendo da
polpa di legno.
polpa di legno.
Nei primi decenni del nuovo secolo Nei
molti
sorsero
diversi
paesiin diversi paesi
primiimpianti
decenni del nuovo
secoloin
molti
impianti sorsero
d’Europa e negli USA.
d’Europa e negli USA.
All’inizio le fibre cellulosiche, tutte denominate
“seta artificiale”,
vennero
prodotte
All’inizio le fibre cellulosiche,
tutte denominate
“seta artificiale”,
vennero
come filo continuo,proprio perché nate
come
imitazione
della
seta.
prodotte
come filo
continuo,proprio
perché
nate come imitazione della seta.
Verso il 1920 iniziò la produzione del
fiocco,
conlacaratteristiche
richiamavano
Verso
il 1920 iniziò
produzione del fiocco,che
con caratteristiche
che
per molti aspetti quelle del cotone. richiamavano per molti aspetti quelle del cotone.
Nel 1925 venne imposta la denominazione
“Rayon”
tutti i filati“Rayon”
prodotti
Nel 1925 venne
imposta laadenominazione
a tuttiper
i filati via
prodotti per
via chimica
dalla cellulosa.
Nei alla
successivi
15 anni si arrivò
alla motivi
distinzione,
chimica dalla cellulosa. Nei successivi
15 anni
si arrivò
distinzione,
per
motivi merceologici
e di manutenzione
dei manufatti,
tra rayon die
merceologici e di manutenzione deiper
manufatti,
tra rayon
di cellulosa
rigenerata
cellulosa rigenerata e rayon costituiti da composti di cellulosa (in genere
rayon costituiti da composti di cellulosa
genere esteri di cellulosa).
esteri di(in
cellulosa).
La viscosa è una fibra tessile artificiale inventata nel 1883 dal chimico francese
conte Hilaire Bernigaud de Chardonnet. Pochi anni dopo, nel 1891, il metodo
industriale per la produzione di viscosa fu brevettato in Gran Bretagna dai
chimici Charles Cross, Edward Bevan e Clayton Beadle.
Chiamata dapprima seta artificiale e dal 1924 rayon, la viscosa fu creata per
rispondere alla richiesta di tessuti simili alla seta ma più economici.
Può essere utilizzata per produrre tessuti con usi molto diversi che vanno dai
vestiti alle tele che rivestono l'interno dei pneumatici.
La viscosa, nelle varie forme e varietà, rappresenta circa il 14% delle fibre
artificiali prodotte dall'industria.
Viene prodotta a partire dalla polpa di legno degli alberi (ma anche dal cotone,
dalla paglia, ecc.) trattata con una soluzione di soda caustica (NaOH); viene
quindi aggiunto solfuro di carbonio (CS2) e si forma xantogenato di cellulosa
che viene ulteriormente disciolto con altra soda caustica. La soluzione colloidale
viene estrusa; i filamenti che escono dalla filiera formano la viscosa.
Facendo passare questa soluzione in una sottile fessura posta in un bagno di
acido solforico si può ottenere il cellophane, oppure attraverso piccoli ugelli si
ottiene il rayon.
I primi tentativi di realizzare in Italia una industria di quella che allora era denominata "seta artificiale" ebbero una
svolta decisiva quando una società di navigazione, la SNIA: "Società di Navigazione Italo Americana", avente per
scopo l'esercizio dei trasporti marittimi tra Italia e Stati Uniti, con il mutare del mercato dei noli, decise di investire
nell'attività industriale i capitali esuberanti.
Si operò, pertanto l'assorbimento della Società Viscosa di Pavia (1920), della Italiana Fabbriche Viscosa di
Venaria (1920) e della Italiana Seta Artificiale di Cesano Maderno (1921).
Il programma proseguì nel 1925 quando veniva iniziata la costruzione del nuovo stabilimento di Torino Stura e nel
1927 la SNIA Viscosa assumeva il controllo del Gruppo Seta Artificiale con gli stabilimenti di Varedo e di Magenta;
La produzione annua di rayon che nel 1920 era di soli 500 mila kg, al momento della crisi mondiale del 1929
aveva superato i 9 milioni 500 mila kg.
Il proprietario del gruppo Riccardo Gualino si era avventurato in eccessi speculativi e si era trovato in urto con il
governo in carica, che non lo aiutò a superare la crisi. Dopo un interregno di Senatore Borletti, si fece largo un
imprenditore che aveva fatto esperienza nel settore tessile con il commercio in Polonia e in Unione Sovietica:
Franco Marinotti. Il nome commerciale della produzione era "seta Gloria".
Negli stessi anni l'industria della seta artificiale si sviluppò:
a Châtillon, in Val d'Aosta localizzazione scelta per usufruire della vicinanza alle centrali elettriche, che costruì
impianti anche a Ivrea e a Vercelli (Società Soie de Chattillon)
a Pallanza, con uno stabilimento di acetato della Rhodiaseta, poi divenuta Rhodiatoce (con brevetti RhônePoulenc)
a Gozzano (Novara) con uno stabilimento con il processo al cuproammonio che utilizza cellulosa finissima (linters
di cotone) della società Bemberg
a Pizzighettone (Cremona) per la produzione di cordene (fibra ad alto modulo per le tele utilizzate nella
fabbricazione dei pneumatici).
Nel frattempo il legislatore aveva proibito l'uso del nome seta per i prodotti non derivanti dal baco da seta, e quindi
l'industria della seta artificiale cambiò nome ed adottò quella di rayon.
L'approssimarsi della seconda guerra mondiale fece nascere il problema dell'approvvigionamento della cellulosa,
di cui l'Italia era tributaria dall'estero con il tentativo di utilizzare la "canna gentile" (Arundo donax), capace di
consentire una produzione legnosa annua molto più elevata di quella caratteristica delle essenze arboree già da
tempo impiegate.
I LINTERS DI COTONE
Se il cotone, come abbiamo visto, non viene impiegato come “dissolving pulp “ (è il nome tecnico
della pasta di legno per le fibre), un’altra fonte di cellulosa ben più pura di quella contenuta nelle
piante è quella dei linters di cotone. Prende questo nome la corta peluria che avvolge i semi del
cotone. Quando le fibre di cotone (10 – 50 mm di lunghezza) vengono separate dal seme, rimane
appunto il materiale fibroso (lunghezza inferiore a 10 mm) chiamato linters, che a sua volta viene
raccolto per uso tessile. I semi vengono poi mandati all’estrazione degli oli per uso alimentare.
I linters sono una fonte di cellulosa quasi pura (titolo in alfa-cellulosa ca. 98% ), quindi di qualità
superiore a quella delle cellulose di estrazione arborea, più costosa. Trovano applicazione nella
produzione di cellulosa rigenerata con il processo al cuproammonio e, talora, per la produzione di
fibre speciali con il processo viscosa. I progressi che si sono verificati nella selezione delle essenze
arboree e delle tecniche di preparazione delle cellulose hanno consentito l’ottenimento di prodotti
speciali con i processi viscosa anche non partendo dai linters, mentre la produzione della fibra al
cuproammonio è sicuramente rimasta legata ai linters.
Ancorché di qualità elevata, anche questo materiale necessita di una raffinazione: i linters vengono
sottoposti a depurazione meccanica, ad un trattamento con soda e infine alla sbianca.
L’alto tenore di alfa-cellulosa, il minimo contenuto di inquinanti come emicellulose, pentosani,
sostanze pectiche, ne fanno il materiale più puro tra quelli che si possono impiegare per la
produzione delle fibre cellulosiche.
Nella fase di xantazione si addiziona alla massa il solfuro di carbonio, che,
reagendo con la soda, forma il composto intermedio ditiocarbonato; questo
agisce sull’alcali-cellulosa dando origine allo xantogenato sodico di cellulosa.
Chimicamente lo xantogenato è un estere della cellulosa con l’acido
ditiocarbonico (H2OCS2 ).
TRIACETATE Usage Scenarios
Polarizer films for LCD projectors
Specialized overhead projector transparencies
Specialized photographic film
Motion picture film
Production of animation cels
Packaging
Major industrial acetate fiber uses
Apparel: linings, blouses, dresses, wedding and party attire, home furnishings, draperies, upholstery and slip covers.
Industrial uses: cigarette and other filters, ink reservoirs for fiber tip pens.
High absorbency products: diapers and surgical products.
The original Lego bricks were manufactured from cellulose acetate from 1949 to 1963.
Award Ribbon: Rosettes for equestrian events, dog/cat shows, corporate awards, advertising and identification products all use
cellulose acetate ribbon.
KEM High End Playing Cards used at the World Series Of Poker & Major Casino Poker rooms are made of Cellulose Acetate.
LE FIBRE ARTIFICIALI:
• Le fibre artificiali cellulosiche
• Si chiamano cellulosiche perché si
ottengono trattando la cellulosa naturale
(la stessa che costituisce le fibre vegetali)
di piante ad alto fusto come faggio,
eucaliptus, conifere ecc., opportunamente
trasformata e sciolta con solventi, e
successivamente filata sotto forma di fibra
tessile in filo continuo, oppure in fiocco
(fibra discontinua).
fibre artificiali di origine vegetale
• Le fibre artificiali di origine vegetale furono le
prime fibre tessili inventate dall’uomo e furono
prodotte per la prima volta verso la fine dell’800,
quando la sempre maggiore richiesta di fibra
pregiate, soprattutto seta, spinge a cercare
nuove soluzioni.
• Vennero conosciute anche con la
denominazione di seta artificiale, ma per
l’opposizione dei commercianti della seta
vennero poi chiamate rayon (dal francese
“raggio, raggio di luce” a motivo della loro
spiccata lucentezza).
Rayon
• Sotto il nome Rayon oggi si comprendono tutte le
fibre artificiali derivanti dalla cellulosa, anche se
strettamente parlando, il Rayon sarebbe cellulosa
rigenerata sottoposta o meno a reazioni chimiche.
• Il primo tipo di rayon prodotto industrialmente fu il
rayon alla nitrocellulosa per opera del conte di
Chardonnet che nel 1886 lo brevettò con il nome di
seta artificiale.
• Tuttavia tale prodotto presentava due gravi
inconvenienti: altro costo e infiammabilità, e venne
sostituito da altri tipi di fibre artificiali.
Viscosa:
• detta anche rayon viscosa, è ottenuta
dalla cellulosa ed è disponibile sia in filo
continuo che in fiocco. Ha mano dolce e
aspetto serico, buona resistenza all'usura
ed elevata capacità igroscopica. Esiste
anche versione "fr" (filame retard) ed alta
tenacità. Marchi: "Viscose" e "ProViscose"
(70% viscosa/ 30% Lyocell) by Lenzing;
"Enka Viscose" by Acordis; "Rayon
FCT2000", "Argentea", "Iriden " by Nuova
Rayon (Snia Group); "Sicrem" (alta
tenacità) by Sicrem (IVG Group).
viscosa
• Dal primo decennio del secolo in poi la viscosa
iniziò ad avere grande successo e divenne la più
importante fibra artificiale, un primato che ancora
oggi detiene, rappresentando una produzione
pari a circa l’80% del totale delle fibre artificiali.
La viscosa si è infatti inserita come alternativa
alle fibre naturali estive seta e cotone.
• L’Italia è stata fin dai primi anni uno dei maggiori
produttori della fibra; altri paesi europei di
maggiore importanza per la produzione di questa
fibra sono Germania e Olanda.
Produzione della cellulosa
• La viscosa si ottiene a partire da cellulosa il più
possibile pura (á-cellulosa o cellulosa nobile)
come quella che proviene dai linters di cotone,
ossia dalla corta peluria che rimane aderente al
seme di cotone. Altre fonti più economiche di
cellulosa sono costituite dal legno delle conifere
(abeti, pini selvatici) e di latifoglie (pioppi,
eucaliptus, betulle, faggi) che offrono fibre
cellulosiche particolarmente adatte all’uso
industriale.
Preparazione della viscosa
• il processo della preparazione della viscosa non è una
sintesi chimica. Si tratta di solubilizzare la cellulosa con
opportuni trattamenti chimici e di rigenerarla in modo tale
da farle assumere un nuovo arrangiamento molecolare e
successivamente filarla attraverso opportune filiere,
ottenendo filamenti continui.
• La produzione della viscosa si svolge quindi in due fasi.
La prima comprende la formazione della soluzione di
filatura, cioè la viscosa. La seconda fase comprende la
filatura vera e propria, da cui si ottiene la formazione
delle bavelle che poi, riunite, comporranno il filo di rayon
viscosa (filatura).
Caratteristiche e proprietà
del rayon viscosa
• I filamenti di rayon viscosa appaiono lisci, candidi e
molto lucenti.
• Si può quindi affermare che la viscosa è una fibra al
100% vegetale, dotata della brillantezza tipica della
seta, della traspirabilità e del confort del cotone e
del lino, dell’anallergenicità delle fibre naturali.
• Nel settore tessile è presente in tessitura per
foderame, tessuti per abbigliamento e per
arredamento; trova il suo impiego ideale in
maglieria.
• Per ottenere la viscosa opaca le fibre vengono
sottoposte ad opacizzazione.
Rayon fiocco
• Allo scopo di ottenere filati con caratteristiche diverse da quelle
dei rayon continui, e simili a quelle dei filati di cotone o di lana
aventi superficie pelosa, mano morbida, sezione poco regolare,
lucentezza poco evidente, buona sofficità, maggior potere
isolante (mano calda), si procede all’operazione del taglio dei
filamenti continui in tratti di eguale lunghezza, che costituiscono
il cosiddetto fiocco.
• La lunghezza del taglio varia con l’impiego cui il fiocco è
destinato, e solitamente è conforme alla lunghezza delle fibre di
cotone (fiocco cotoniero 30-40 mm.) o di lana (fiocco laniero
60-120 mm) con le quali può essere mescolato. Di solito prima
del taglio le bave vengono fatte passare fra coppie di cilindri
scanalati che conferiscono alle fibre un’arricciatura stabile,
simile a quella naturale della lana (testurizzazione), la quale
rende possibili le successive operazioni di filatura, favorendo il
legame tra le fibre.
Cupro:
• è una fibra ottenuta dai linters di
cotone ed è prodotta sia come filo
continuo sia come materia prima. E'
atossica, anallergica, antistatica ed
ha doti di traspirabilità e morbidezza:
per questo è detta "seta ecologica".
Marchi: "Cupro", è un'esclusiva "by
Bemberg".
Rayon Cupro
• Il rayon cupro, o rayon cupro-ammoniacale, o seta
Bemberg (dal nome della ditta che lo produce), è una
fibra artificiale prodotta sfruttando la solubilità della
cellulosa nel liquido di Schweitzer (soluzione di solfato di
rame 10%, soda 10% e ammoniaca concentrata).
• Dopo la solubilizzazione e l’estrusione dalle filiere, la
fibra è coagulata in un bagno di acido solforico diluito
(filatura a umido) ottenendo dei filamenti notevolmente
plastici che vengono sottoposti a stiro, così da ottenere
una fibra più sottile della seta naturale (processo
Bemberg introdotto negli anni ’20). In tal modo i filati
possiedono titoli molto bassi, sono più soffici dei comuni
rayon e molto resistenti.
Acetato:
• è un filo continuo derivato dalla cellulosa.
Ha una mano morbida e delicata, aspetto
serico, colori vivi e brillanti, buone doti di
traspirabilità, igroscopicità, antistaticità e
comfort. Marchi: "Situssa", "Situssa
Fresh", "Silene", "Silfresh", "Silcolor",
"Novalene", "Silnova", "Dicelesta" by
Novaceta.
Acetato
• L’acetato di cellulosa, a parte il rayon alla
nitrocellulosa, è l’unica fibra artificiale di origine
vegetale costituita da esteri della cellulosa, cioè
da un derivato chimicamente diverso dalla
cellulosa originaria. Gli altri tipi di rayon sono
invece costituiti da cellulosa rigenerata,
chimicamente uguale a quella naturale. Oggi è
al secondo posto per importanza e produzione
nel campo delle fibre cellulosiche.
Carta tessile:
• è una fibra ottenuta dalla cellulosa il
cui filo trattato chimicamente ha una
mano inamidata e cartacea.