Obtención de nanopartículas de celulosa (nanowhiskers de celulosa) a partir del raquis de plátano macho: caracterización térmica, morfológica, estructural y reológica

Abstract

La contaminación causada al medio ambiente por la acumulación de residuos plásticos ha generado una problemática importante a nivel mundial, por tal razón existe una necesidad e interés por el desarrollo de nuevos materiales biodegradables. Con la finalidad de mejorar las propiedades térmicas, permeabilidad al vapor de agua y resistencia a la fractura de los polímeros, muchas investigaciones han sido enfocadas al desarrollo de materiales compuestos mediante la incorporación de nanopartículas de celulosa obtenidas a partir de diferentes fuentes. El raquis de plátano está compuesto por una mezcla heterogénea de celulosa, hemicelulosa y lignina, con un empaquetamiento muy denso y resistente. Lo cual representa una fuente potencial para la obtención de nanopartículas o nanowhiskers de celulosa. En este trabajo se planteó la combinación de un método químico-físico para la extracción de nanowhiskers de celulosa (NWC) a partir del raquis de plátano macho, con la finalidad de facilitar el proceso de obtención de las nanopartículas. La primera parte de este trabajo consintió en implementar el proceso de obtención de celulosa a partir del raquis de plátano y establecer el proceso de hidrólisis ácida y sonicación de la celulosa para la obtención de los nanowhiskers. Este proceso fue monitoreada mediante la distribución del tamaño de partícula (DTP) obtenida en cada una de las tres etapas claves del proceso: celulosa blanqueada (CB), celulosa hidrolizada (CH) y NWC. La segunda etapa consintió en realizar la caracterización estructural (FTIR y DRX), térmica (TGA y DSC) y morfológica (FE-SEM) de la CB, CH y NWC. Así como también evaluar el comportamiento reológico de los NWC en suspensión a diferentes concentraciones (5, 8, 32, 64 % p⁄p). La distribución de tamaño de partícula para los NWC fue de 60 nm, este valor fue mucho menor al que presentó la CB (14700 nm) y CH (1280 a 4150 nm), notándose claramente que el efecto de la sonicación en la reducción del tamaño después de la hidrolisis ácida. Mediante el análisis de FTIR, se observó la degradación de hemicelulosa y remoción parcial de la lignina, así como una disminución en la intensidad de las bandas características de los grupos OH, C=O, CH, C-O-C y CH2 presentes en la estructura de la celulosa. En micrografías de FE-SEM, se logró apreciar que los NWC presentaron un grosor que oscila entre 9.8 y 22.3 nm, mientras que CB presenta un grosor que va de 22.2 a 40 nm, observándose diferencias en la homogeneidad del medio. El análisis de DRX, permitió observar un patrón de difracción de celulosa nativa corresponde al polimorfo tipo I. El porcentaje de cristalinidad para NWC fue de 74.92% mayor en comparación celulosa blanqueada (CB). Los NWC, presentaron una temperatura de degradación de 340 + 2°C, mayor a la presentada por CB (330 + 2°C) y CH (339 + 2°C), lo cual resalta su estabilidad térmica. El análisis reológico de las suspensiones de NWC mostró cambios con el aumento de la concentración (8, 32, 64% p/p), predominando el módulo G’’ sobre G’.