Obtención de nanofibras de celulosa de residuos de Guazuma crinita Mart. procedentes de la industria maderera

Abstract

Las nanofibras de holocelulosa (CNF-Holo) y nanofibras de celulosa (CNF) se produjeron a partir de partículas de madera de bolaina blanca, procedentes de residuos de astillas de plantaciones de 5 a 8 años. Inicialmente, las partículas de madera se sometieron a procesos químicos de deslignificación, para obtener holocelulosa. Del total de fibras de holocelulosa, se separó una fracción de celulosa mediante hidrólisis alcalina. Las muestras de holocelulosa y celulosa purificada, experimentaron un pretratamiento mecánico de micromolienda para individualizar las fibras y un tratamiento de desintegración mediante fuerzas de corte a elevada presión para liberar las nanofibrillas de la matriz celulósica. Los cambios morfológicos y dimensionales que experimentaron las partículas de madera hasta la formación de fibras nanométricas, fueron evaluados con imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía de fuerza atómica (AFM). Las nanofibras de holocelulosa con 20,9 % de rendimiento (en base seca de las partículas de madera) tienen un 1,5 por ciento más de rendimiento que la nanofibras de celulosa, ambas generadas bajo las mismas condiciones del proceso. Las CNF-Holo y CNF se compararon respecto a su morfología, anchos de diámetro y cristalinidad. El análisis de las imágenes TEM reveló que se aislaron CNF-Holo con diámetros que oscilan entre 6 y 34 nm y, con diámetro promedio de 18,1 ± 5,4 nm, mientras que las CNF obtuvieron una mayor distribución diamétrica que varía entre 4 y 68 nm y, un diámetro promedio de 37,3 ± 13,6 nm. Además, las imágenes TEM revelaron que las CNFHolo tuvieron una mejor dispersión en la suspensión. La naturaleza cristalina de las nanofibras se determinó mediante el estudio de difracción de rayos X. Los patrones de difracción indicaron una alta cristalinidad, con 75 % para CNF, y de 68,1 por ciento para CNF-Holo.

Holocellulose nanofibers (CNF-Holo) and cellulose nanofibers (CNF) were produced from white bolaina wood particles from 5- to 8-year-old plantation wood chip residues. Initially, the wood particles were subjected to chemical delignification processes to obtain holocellulose. From the total holocellulose fibers, a cellulose fraction was separated by alkaline hydrolysis. The holocellulose and purified cellulose samples underwent a mechanical pre-treatment of micro-grinding to individualize the fibers and a disintegration treatment by shearing forces at high pressure to release the nanofibrils from the cellulosic matrix. The morphological and dimensional changes that the wood particles underwent until the formation of nanometer fibers were evaluated with scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) images. Holocellulose nanofibers with 20.9 % yield (dry basis of wood particles) have 1.5 percent higher yield than cellulose nanofibers, both generated under the same process conditions. CNF-Holo and CNF were compared with respect to their morphology, diameter widths and crystallinity. TEM image analysis revealed that CNF-Holo CNFs were isolated with diameters ranging from 6 to 34 nm and, with average diameter of 18.1 ± 5.4 nm, while CNFs obtained a larger diameter distribution ranging from 4 to 68 nm and, an average diameter of 37.3 ± 13.6 nm. In addition, TEM images revealed that the CNF-Holo CNFs had better dispersion in the suspension. The crystalline nature of the nanofibers was determined by Xray diffraction study. The diffraction patterns indicated high crystallinity, with 75 percent for CNF, and 68.1 percent for CNF-Holo.