OBTENCIÓN DE NANOCELULOSAS SECAS REDISPERSABLES EN AGUA

ÚRSULA MONTOYA; MARIBEL TUPA; LEANDRO LEIDI; ORLANDO DE LA OSA; JUAN FRANCISCO DELGADO; VERÓNICA RAMÍREZ RIGO; VERÓNICA BUCALÁ; MARÍA LAURA FORESTI

Mar del Plata

Workshop; IV Workshop de Polímeros Biodegradables y Biocompuestos -BIOPOLI 2020-; 2021

Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales (INTEMA)

INTRODUCCIÓNEn la última década las celulosas nanofibriladas de origenvegetal (NFC) y bacteriano (BNC) han merecido notable interés en base a suorigen renovable, extraordinarias propiedades mecánicas, baja densidad, altaárea superficial, biodegradabilidad y biocompatibilidad, entre otros. Sinembargo, el almacenamiento, transporte y comercialización de nanocelulosas enel formato de suspensiones acuosas con bajo contenido de sólidos en que se lasobtiene involucra elevados costos económicos y técnicos. El desafío es logrardeshidratar las suspensiones acuosas de nanocelulosa sin que se produzcancambios en sus dimensiones nanométricas a causa de la agregación irreversiblepor puentes de hidrógeno entre nanofibras (fenómeno conocido comohornificación), que altera las propiedades originales asociadas a sus seccionesen la nanoescala (1). En este contexto, la inclusión de aditivos disruptores depuentes de hidrógeno se presenta como una alternativa atractiva para producir polvosde nanocelulosa que sean luego redispersables en agua (2). En este trabajo sesecaron suspensiones acuosas de BNC y NFC por diferentes métodos, con o sinagregado de manitol como aditivo disruptor; y se evaluó el alcance del fenómenode hornificación.MATERIALES Y MÉTODOSSe empleó BNC obtenida según (3) y NFC extraída de cascarilla de arroz según(4). El manitol (M) se agregó a las suspensiones acuosas de BNC y NFC previo alsecado en relación nanocelulosa:manitol 1:50. Los métodos de secado utilizadosfueron: secado en horno (H: 16h, 60°C), liofilización (L: 72h, -50°C,0,03mbar), y secado en spray (S) según (5). La redispersión de los productossecos en agua (0,1% p/v) se realizó conultrasonido (15min, 750W, 30%). El manitol fue removido por filtración al vacíousando mallas de 0,22μm. La importancia del fenómeno de hornificación en cadacondición de secado se determinó evaluando la estabilidad de las suspensionesredispersadas (ensayos de sedimentación) y la morfología de las muestras secas(SEM).RESULTADOS Y DISCUSIÓNLas micrografías SEM pusieron en evidencia el efecto del secado en lamorfología de las nanocelulosas, en las que se pudieron observar zonas conramilletes de nanofibras altamente agregadas para todos los tipos de secado(Fig. 1, izq). De la estabilidad de las suspensiones de los polvos secosredispersados en agua (Fig. 1, der) se pudo concluir que el fenómeno de hornificaciónfue especialmente relevante en el secadoen horno, que redundó en suspensiones que sedimentaron rápidamente. La mayorvelocidad de sedimentación de H-NFC frente a H-BNC (Fig 1, der) se explica enbase a la menor sección transversal de NFC que le confiere mayor áreainterfacial que la BNC, y por ende mayor tendencia a la hornificación.Figura 1.Izq: Micrografías SEM. Der: Sedimentación de nanocelulosas secas redispersadasal 0,1% (p/v). La adición de manitol previo al secado permitió obtener productossecos que generaron suspensiones acuosas estables, con aspecto similar al delas suspensiones originales (never-dried) durante al menos 40 días (Fig. 2). Elmanitol pudo ser fácilmente removido en una etapa de filtrado con vacío (Fig.2, MS-BNC*). Figura 2. Izq: Micrografías SEM. Der: Sedimentación de BNC:manitolsecas redispersadas al 0,1% (p/v). CONCLUSIONESEl manitol aparece como un agente eficaz para bloquear la formación de puentesde hidrógeno durante el secado de BNC y NFC, permitiendo que las mismasmantengan sus dimensiones en la nanoescala originales luego del secado.