Preparación y caracterización de nanofibras de celulosa (CNFs) preparadas a partir de subproductos del cultivo de soja y evaluación de soluciones filmogénicas formadas a partir de proteínas de soja con CNFs

GABRIELA GASTELU; AGUSTÍN GONZÁLEZ; GABRIELA N. BARRERA; PABLO D. RIBOTTA; CECILIA I. ÁLVAREZ IGARZABAL

Simposio; XVI Simposio Latinoamericano de Polímeros (SLAP 2018); 2018

INTRODUCCIONLos materiales biodegradables están asociados con el uso de materia prima renovable, tales como proteínas y polisacáridos, los cuales pueden ser extraídos de subproductos agroindustriales. En particular, el aislado de proteína de soja (SPI) presenta propiedades filmogénicas excepcionales y un bajo costo. Por otro lado, la posibilidad de obtención de nanofibras a partir de subproductos de bajo costo brinda la posibilidad de utilizar estos materiales como nanorefuerzos de las películas de SPI. MÉTODOS EXPERIMENTALESSe prepararon nanofibras de celulosa (CNFs) preparadas a partir de un tratamiento alcalino, un blanqueado y una hidrólisis ácida. Estas fueron caracterizadas de acuerdo a su morfología, tamaño e índice de cristalinidad. Luego se prepararon soluciones filmogénicas (SF) a partir de dispersiones de SPI al 8% con agregados de distintas cantidades de CNFs (0, 10, 20 y 40% g/g SPI y utilizando glicerol como plastificante. La homogeneización de las CNFs se realizó mediante agitación enérgica y sonicado. Las dispersiones fueron caracterizadas de acuerdo a su tamaño de partículas y propiedades reológicas. RESULTADOS Y DISCUSIÓNLas CNFs se prepararon a partir de cascarillas y vainas de soja. Se obtuvieron dispersiones acuosas de color blancas estables en el tiempo. Se estudió el tamaño de partículas micrométricas de las suspensiones obteniendo un rango de 10 a 400 µm para la muestra de CNFs de vainas y uno de 10 a 80 µm para la de cascarillas. A su vez, se observaron estos materiales en un microscopio SEM (Figura 1) observando un rango entre 10 a 300 µm para CNFs de vainas formados por partículas de alrededor de 500 nm. Por otro lado, para las CNFs de cascarillas, se pudo observar gran cantidad de fibras de tamaño nanométrico (alrededor de 20 nm de ancho por 300 nm de largo). Se pudo verificar el aumento de la proporción de celulosa cristalina siendo mayor para CNFs de cascarillas. Los valores obtenidos fueron 53,11% para cascarillas, 72,86% para vainas, 90,7% para CNFs de cascarillas y 81,8% para CNFs de vainas. Mediante el estudio de la morfología, tamaño y grado de cristalinidad se pudo concluir que se obtuvo una mejor calidad de CNFs para las provenientes de cascarillas. Figura 1. Micrografías SEM de los materiales micro y nanométricos obtenidos a partir del tratamiento de cascarillas y vainas de soja.Se prepararon SF de SPI utilizando glicerol como plastificante, ácido cítrico como agente entrecruzante (0,1% p/p respecto de la masa de SPI) y diferentes cantidades de CNFs obtenidas a partir de cascarillas de soja. Se pudo observar que el tamaño de partículas mayores a la micra para dispersiones de SPI 0% se encontraron en el rango de entre 3 y 6 micras, mientras que para la dispersión de SPI con 40% de CNFs se encontraron partículas de entre 6 y 80 micras. Por otro lado, se evaluaron las propiedades reológicas de las SF observando diferencias entre muestras conteniendo o no CNFs. Las propiedades de flujo indicaron que las soluciones sin CNFs tienden a un comportamiento del tipo Newtoniano. Por otro lado, las soluciones con CNFs presentaron un comportamiento que podría asociarse con un fluido Pseudoplástico. La desestructuración de estos últimos sistemas frente a la deformación sugirió una mayor interacción entre las partículas.Los barridos de frecuencia indicaron que las muestras sin-CNFs a bajas frecuencias presentaron un comportamiento viscoelástico con un módulo G´ levemente superior al módulo G´´, mientras que a frecuencia mayores solo se registró un aporte de la componente viscosa. Las muestras con-CNFs, mostraron una prevalencia de G´ durante todo el rango de frecuencia.CONCLUSIONSe logró de manera exitosa la preparación de CNFs las cuales fueron caracterizadas mostrando tamaños nanométricos y gran porcentaje de cristalinidad para las CNFs preparadas a partir de cascarillas de soja. Las mismas se utilizaron para preparar SF con dispersiones de SPI las cuales fueron caracterizadas en función de su tamaño y propiedades reológicas. Estas soluciones filmogénicas se utilizarán para formar películas biodegradables para ser usadas como recubrimiento de alimentos.