Obtención y caracterización de nanocelulosa fibrilar a partir de residuos de tres niveles de culmo de Dendrocalamus asper

Abstract

El presente estudio tuvo como objetivo obtener y caracterizar nanocelulosa fibrilar (NCF) o celulosa fibrilada a partir de residuos de tres niveles de altura del culmo de Dendrocalamus asper para evaluar su potencial como fuente alternativa de nanocelulosa; además de realizar la caracterización química y anatómica de la especie. Se estudiaron culmos de aproximadamente 10 años provenientes del IRD Selva “Santa Teresa” (Junín, Perú) divididos en niveles apical, medio y basal se caracterizó química y anatómicamente, se elaboró pulpa con 18% y 22% de carga alcalina, se realizó blanqueamiento secuencial y fibrilación mecánica. La caracterización química mostró 62,31% de holocelulosa, 26,46% de lignina, 8,31% de extractivos y 1,48% de cenizas; las mediciones anatómicas mostraron densidad básica promedio de 602,748 kg/m3, longitud de fibra promedio 4,74 mm y diámetro de fibra promedio 14,75 x 10-6 m, además, se observaron haces vasculares de tipo III y IV principalmente. Tras la fibrilación, el material fue analizado por microscopía electrónica de barrido (MEB), difracción de rayos X (DRX), espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier (FTIR), análisis termogravimétrico (TGA) y determinación del grado de polimerización: la observación por MEB mostró fibrillas de diámetro promedio de 137,99 nm; el análisis por DRX mostró patrones típicos de celulosa I con índices de cristalinidad promedio de 87,32%; el análisis por FTIR mostró patrones típicos de celulosa, confirmó la presencia de enlaces beta -(1→4)-glucosídicos y mostró una deconvolución de picos típica de celulosa I en el rango de longitud de onda de la humedad; y el TGA mostró la pérdida máxima de masa entre 193 a 469 °C; y el grado de polimerización promedio fue 628,3. En conjunto, los resultados indican que D. asper es una fuente viable para obtener celulosa microfibrilada con potencial para aplicaciones industriales sostenibles.

This study aimed to obtain and characterize fibrillated cellulose or nanofibrillated cellulose (NFC) from residues of three height levels of Dendrocalamus asper culms in order to evaluate its potential as an alternative source of nanocellulose, as well as to perform the chemical and anatomical characterization of the species. Culms approximately 10 years old, collected from IRD Selva “Santa Teresa” (Junín, Peru), were divided into apical, middle, and basal levels. They were chemically and anatomically characterized, pulped using 18% and 22% alkali charge, sequentially bleached, and mechanically fibrillated. The chemical characterization showed 62,31% holocellulose, 26,46% lignin, 8,31% extractives, and 1,48% ash. Anatomical measurements revealed an average basic density of 602,748 kg/m3, average fiber length of 4,74 mm, and average fiber diameter of 14,75 x 10-6 m; vascular bundles of types III and IV were mainly observed. After fibrillation, the material was analyzed by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA), and determination of the degree of polymerization. SEM showed fibrils with an average diameter of 137,99 nm; XRD displayed typical cellulose I patterns with an average crystallinity index of 87,32%; FTIR showed characteristic cellulose bands, confirmed the presence of beta-(1→4)-glycosidic bonds, and revealed a typical cellulose I peak deconvolution in the moisture wavelength range; TGA showed the maximum mass loss occurring between 193 and 469 °C; and the average degree of polymerization was 628,3. Overall, the results indicate that D. asper is a viable source for obtaining microfibrillated cellulose with potential for sustainable industrial applications.