Hidrofobización superficial de nanocelulosa para su compatibilización con matrices poliméricas hidrofóbicas

CERRUTTI P; BOVI J; FORESTI M; BERNAL C

Quilmes

Jornada; Segunda Jornada Nacional y Primera Regional de Bio-Nanotecnología; 2018

UNQ

El término nanocelulosa refiere a elementos de celulosa con al menos una de sus dimensiones en el rango de 1 a 100 nm. Distintas formas de nanocelulosa como los nanocristales, las nanofibrillas y las nanocintas de celulosa microbiana son desde hace algunos años objeto de intensa investigación científica. Lo anterior se justifica en base a características muy atractivas de la nanocelulosa como sus excelentes propiedades mecánicas; la abundancia, bajo costo, y el carácter natural y renovable de la materia prima; su alta relación superficie/volumen, bajo coeficiente de expansión térmica, baja densidad, biodegradabilidad y biocompatibilidad. Estas propiedades han disparado en los últimos años numerosas aplicaciones de los nanocristales y nanofibrillas de celulosa incluyendo su utilización como medios filtrantes nanoporosos, papeles de mayor resistencia para prestaciones específicas, máscaras faciales para aplicaciones cosméticas, diafragmas acústicos, modificadores de reología, y biomedicina (materiales andamio, piel sintética, venas artificiales, aditivo en adhesivos óseos, etc.), entre otros. Entre sus usos más reconocidos y estudiados, las nanocelulosas han demostrado su utilidad como nano-refuerzo de compuestos de matriz polimérica. En esta aplicación la interacción interfacial del refuerzo con la matriz resulta de fundamental importancia para determinar las propiedades finales del material. En este marco, la limitada interacción de las nanocelulosas de naturaleza hidrofílica con matrices poliméricas no polares es la principal limitación para un desempeño adecuado como nano-refuerzo. Con el objetivo de reducir la hidrofilicidad de las nanocelulosas y promover su compatibilidad con matrices hidrofóbicas de interés, (por ejemplo, el ácido poliláctico de aplicación reconocida en envases biodegradables de alimentos), se han reportado en la bibliografía diversas rutas de esterificación (mayoritariamente acetilación) de nanocelulosa. Puntualmente, el objetivo se ha centrado en lograr la modificación química superficial de la nanocelulosa, pero sin afectar su morfología o su estructura cristalina nativa. Lo anterior requiere de un conocimiento y una adecuada manipulación de las condiciones de derivatización que limiten la modificación química a la superficie de las nanofibras. En el presente trabajo se estudian diversas técnicas de acetilación de nanocelulosa disponibles en la bibliografía y se aplican a la hidrofobización de nanocelulosa bacteriana. En este sentido se ensayan rutas mediadas por ácido perclórico, sulfúrico y rutas no catalizadas, y se compara su performance. Los resultados obtenidos demuestran la capacidad de estas rutas para incorporar ?en distinta medida- grupos acetato en la estructura de la nanocelulosa. Las modificaciones químicas llevadas a cabo afectan en distinto grado la estabilidad térmica de la nanocelulosa, y resultan en todos los casos eficaces para hidrofobizar su superficie, lo que queda en evidencia a partir de su mayor dispersibilidad en solventes orgánicos.