Acetato di cellulosa, composto sintetico derivato dall’acetilazione della sostanza vegetale cellulosa. L’acetato di cellulosa è filato in fibre tessili conosciute variamente come rayon acetato, acetato o triacetato. Può anche essere modellato in parti di plastica solida come le maniglie degli utensili o fuso in pellicole per la fotografia o l’imballaggio degli alimenti, anche se il suo uso in queste applicazioni è diminuito.
La cellulosa è un polimero naturale ottenuto dalle fibre di legno o dalle fibre corte (linters) che aderiscono ai semi di cotone. È composta da unità di glucosio ripetute che hanno la formula chimica C6H7O2 (OH)3 e la seguente struttura molecolare:
Nella cellulosa inalterata, la X nella struttura molecolare rappresenta l’idrogeno (H), indicando la presenza nella molecola di tre gruppi idrossili (OH). I gruppi OH formano forti legami idrogeno tra le molecole di cellulosa, con il risultato che le strutture della cellulosa non possono essere allentate dal calore o dai solventi senza causare la decomposizione chimica. Tuttavia, con l’acetilazione, l’idrogeno nei gruppi idrossili è sostituito da gruppi acetilici (CH3-CO). Il composto di acetato di cellulosa risultante può essere dissolto in certi solventi o ammorbidito o fuso sotto calore, permettendo al materiale di essere filato in fibre, modellato in oggetti solidi, o colato come una pellicola.
L’acetato di cellulosa è più comunemente preparato trattando la cellulosa con acido acetico e poi con anidride acetica in presenza di un catalizzatore come l’acido solforico. Quando le reazioni risultanti sono lasciate procedere fino al completamento, il prodotto è un composto completamente acetilato noto come acetato di cellulosa primario o, più propriamente, triacetato di cellulosa. Il triacetato è una sostanza altamente cristallina ad alta fusione (300 °C) che è solubile solo in una gamma limitata di solventi (solitamente cloruro di metilene). Dalla soluzione, il triacetato può essere filato a secco in fibre o, con l’aiuto di plastificanti, colato come film. Se l’acetato primario viene trattato con acqua, può avvenire una reazione di idrolizzazione in cui la reazione di acetilazione viene parzialmente invertita, producendo un acetato di cellulosa secondario, o diacetato di cellulosa. Il diacetato può essere dissolto da solventi più economici come l’acetone per la filatura a secco in fibre. Con una temperatura di fusione più bassa (230 °C) rispetto al triacetato, il diacetato in forma di fiocchi può essere miscelato con plastificanti appropriati per formare polveri per lo stampaggio di oggetti solidi, e può anche essere fuso come una pellicola.
L’acetato di cellulosa è stato sviluppato alla fine del XIX secolo come parte di uno sforzo per progettare fibre prodotte industrialmente a base di cellulosa. Il trattamento della cellulosa con acido nitrico aveva prodotto il nitrato di cellulosa (noto anche come nitrocellulosa), ma le difficoltà di lavorare con questo composto altamente infiammabile incoraggiarono la ricerca in altre aree. Nel 1865 Paul Schützenberger e Laurent Naudin del Collège de France di Parigi scoprirono l’acetilazione della cellulosa mediante anidride acetica, e nel 1894 Charles F. Cross e Edward J. Bevan, lavorando in Inghilterra, brevettarono un processo per preparare triacetato di cellulosa solubile in cloroformio. Un importante contributo commerciale fu dato dal chimico britannico George Miles nel 1903-05 con la scoperta che, quando la cellulosa completamente acetilata veniva sottoposta ad idrolisi, si trasformava in un composto meno altamente acetilato (diacetato di cellulosa) che era solubile in solventi organici economici come l’acetone.
Il pieno sfruttamento su scala commerciale del materiale solubile in acetone fu realizzato da due fratelli svizzeri, Henri e Camille Dreyfus, che durante la prima guerra mondiale costruirono una fabbrica in Inghilterra per la produzione di diacetato di cellulosa da utilizzare come sostanza non infiammabile per il rivestimento delle ali degli aerei. Dopo la guerra, di fronte all’assenza di ulteriori richieste di acetato, i fratelli Dreyfus si rivolsero alla produzione di fibre diacetate e nel 1921 la loro azienda, la British Celanese Ltd., iniziò la produzione commerciale del prodotto, con il marchio Celanese. Nel 1929 la E.I. du Pont de Nemours & Company (ora DuPont Company) iniziò la produzione di fibre di acetato negli Stati Uniti. I tessuti di acetato trovarono ampio favore per la loro morbidezza e il loro grazioso drappeggio. Il materiale non si stropiccia facilmente quando viene indossato e, a causa del suo basso assorbimento di umidità quando viene trattato correttamente, non trattiene facilmente certi tipi di macchie. I capi in acetato si lavano bene, mantenendo la loro dimensione e forma originale e asciugandosi in breve tempo, anche se hanno la tendenza a mantenere le pieghe impresse quando sono bagnati. La fibra è stata usata, da sola o in miscele, nell’abbigliamento come abiti, abbigliamento sportivo, biancheria intima, camicie e cravatte e anche in tappeti e altri arredi per la casa.
Nel 1950 la ditta britannica Courtaulds Ltd. iniziò a sviluppare fibre di triacetato, che furono poi prodotte su scala commerciale dopo che il solvente cloruro di metilene divenne disponibile. Courtaulds e British Celanese commercializzarono una fibra di triacetato con il marchio Tricel. Negli Stati Uniti il triacetato fu introdotto con il nome commerciale Arnel. I tessuti di triacetato divennero noti per la loro superiore ritenzione della forma, la resistenza al restringimento e la facilità di lavaggio e asciugatura.
La produzione di fibre di acetato è diminuita dalla metà del 20° secolo in parte a causa della concorrenza delle fibre di poliestere, che hanno le stesse o migliori proprietà di lavaggio e usura, possono essere stirate a temperature più alte e sono meno costose. Tuttavia, le fibre di acetato sono ancora usate in indumenti di facile manutenzione e per le fodere interne dei vestiti a causa della loro elevata lucentezza. La stoppa di diacetato di cellulosa (fasci di fibre) è diventata il materiale principale per i filtri delle sigarette.
Il primo uso commerciale del diacetato di cellulosa come plastica fu nella cosiddetta pellicola di sicurezza, proposta per la prima volta come sostituzione della celluloide in fotografia subito dopo l’inizio del XX secolo. Il materiale ricevette un ulteriore impulso negli anni ’20 con l’introduzione dello stampaggio a iniezione, una tecnica di formatura rapida ed efficiente a cui l’acetato era particolarmente adatto, ma a cui la celluloide non poteva essere sottoposta, a causa delle alte temperature coinvolte. L’acetato di cellulosa divenne ampiamente utilizzato nell’industria automobilistica per la sua forza meccanica, tenacità, resistenza all’usura, trasparenza e facilità di stampaggio. La sua alta resistenza all’impatto lo rese un materiale desiderabile per occhiali protettivi, maniglie di utensili, indicatori di olio e simili. Negli anni ’30 il triacetato di cellulosa sostituì il diacetato nella pellicola fotografica, diventando la base preminente per le immagini in movimento, la fotografia fissa e i raggi X.
Con l’introduzione di nuovi polimeri a partire dagli anni ’30 e ’40, tuttavia, la plastica di acetato di cellulosa andò in declino. Il triacetato, per esempio, fu sostituito nella fotografia in movimento dal polietilene tereftalato, un poliestere poco costoso che poteva essere trasformato in una pellicola forte e dimensionalmente stabile. Il triacetato è ancora estruso o fuso in pellicole o fogli usati in imballaggi, filtri a membrana e pellicole fotografiche, mentre il diacetato è stampato a iniezione in piccole parti come spazzolini da denti e montature di occhiali.