Nanocelulosa

La nanocelulosa es un material que consta de nanofibras de celulosa, que son una cadena de moléculas de celulosa de forma tubular alargada teniendo una marcada relación de aspecto longitud-diámetro. La tendencia o magnitud típica del diámetro es de 10 a 20 nanómetros y la de su longitud es de 10 veces o más la de su diámetro, esta propiedad geométrica de la molécula la hace muy sensible a diferentes campos de aplicación al tratarse de un polímero.La sustancia en gel tiene un comportamiento tixotrópico. La nanocelulosa se clasifica en tres tipos, celulosa microfibrilada (MFC), celulosa nanocristalina (NCC) y celulosa bacterial (NBC).

Nanocelulosa

La nanocelulosa se extrae básicamente de cualquier fibra de celulosa como por ejemplo la pulpa de celulosa y puede presentarse de dos maneras, cristalina o aleatoria. Se obtiene a través de un proceso de homogeneización o sometimiento a altas presiones, que dado el caso la nanofibra será amorfa. Aquella obtenida a través de un proceso de hidrólisis ácida se denomina Nanocelulosa Cristalina ([NCC] por sus siglas en inglés) y compone un material mucho más rígido que el obtenido por homogeneización.

Historia

El término nanocelulosa o celulosa microfibrilada fue usado por primera vez en 1977, para designar un material gelatinoso translúcido, resultado de pasar pulpa de celulosa a través de un homogeneizador (llamado homogeneizador de leche tipo Gaulin para aquel entonces) y luego impactarla contra una superficie rígida. Dicho descubrimiento se le atribuyó al grupo de investigadores Turbak, Snyder y Sandberg que trabajaban en Whipanny, New Jersey para 'ITT Rayonier Labs'.[1][2] A pesar de que en los años 1950 ya se aplicaban tratamientos de ultrasonido, hidrólisis, oxidación y también homogeneización para desintegrar estructuras de celulosa.[3] Fue el grupo de Turbak el que dispuso el resultado de las investigaciones de manera que pudiera haber un interés industrial sobre el material.[4]

Producción

La producción de nanocelulosa se realiza generalmente a partir de la pulpa de celulosa de la madera a través de métodos de homogeneización (p.ej. homogenizadores ultrasónicos[5]) y reticulación, procesos a través de los cuales se obtiene una molécula amorfa.

Para la producción de nanocelulosa cristalina se lleva a cabo el tratamiento de 'hidrólisis ácida'. La fibra de celulosa natural consta de regiones amorfas y regiones cristalinas. Las regiones amorfas son menos densas que las cristalinas de manera tal que al someter el material natural a la fuerza de la hidrólisis ácida (que es mayor que la de la homogeneización y reticulación), las regiones amorfas se rompen liberando las moléculas cristalinas (NCC). Existen diferentes tipos de hidrólisis pero en general la relación de aspecto 'L/D'(longitud/Diámetro) de las nanocelulosas cristalinas cambian con respecto a la fuente natural de celulosa.[6][7]

Fuente Bacteriana Algodón Tunicado Ramie Sisal Valonia Madera
Longitud:Diámetro 2:100 10:30 15:42 5:30 20:167 50:100 20:100

Propiedades
Imagen de nanocelulosa carboxi-metilada sobre una superficie de óxido de Silicio

Viscosidad

Cuando la concentración de nanocelulosa es baja, la viscosidad es poca, también es muy sensible a las fuerzas cizallantes ya que la viscosidad se anula en la presencia de estas.

Propiedades mecánicas

Las nanocelulosa con cierto grado de cristalinidad ha mostrado ser más resistente que el aluminio, más rígido que el kevlar, propiedades que también se ven mejoradas al elaborar películas de [NCC], que a su vez soportan mayores tensiones. La relación entre el peso y la resistencia es 8 veces más eficiente que el acero inoxidable, este material se postula para ser el reemplazo ecológico del grafeno.[8]

Aplicaciones

La celulosa es uno de los polímeros más abundantes del planeta pudiendo ser una de las respuestas ecológicas más eficientes para la crisis energética y otros problemas ambientales, las aplicaciones de la [NCC] van desde la elaboración de pantallas para dispositivos electrónicos hasta el cultivo de órganos.[7][9]

Usos

Para muchos de los siguientes usos solo se sabe que es posible, mas no se tiene certeza si se ha realizado de forma concreta o, por otro lado, no se ha efectuado dicho uso en forma masiva:[10]

  • En la elaboración de pantallas electrónicas flexibles, partes móviles para computadoras, armas livianas y vidrios blindados.
  • Reemplaza el material metálico en la fabricación de automóviles y todo tipo de plástico no orgánico ya que, no solo es más ecológico, si no que posee mejores propiedades mecánicas.
  • En la elaboración de baterías que se recargan al ser dobladas.[10]
  • Por ser fuerte y ligero se puede elaborar un gel ultrabsorbente capaz de soportar 10 mil veces su propio peso, sustituyendo los tampones y toallas femeninas.[11]

Filtro

Así como el grafeno, la nanocelulosa puede filtrar todo tipo de líquidos, usándose así para filtrar transfusiones de sangre, sustancias químicas de los cigarrillos y generar agua potable incluso a partir de agua de mar.[10][11]

Biocombustibles

Combustibles con cero emisiones de dióxido de carbono, o cualquier otro gas contaminante.[10]

Papel

En la fabricación de papel la nanocelulosa crea enlaces fibra por fibra, generando un efecto de reforzamiento en los materiales de papelería.

Alimentos

La nanocelulosa se puede utilizar como un reemplazo bajo en calorías para los aditivos de hoy en día de hidratos de carbono utilizados como espesantes, portadores de aroma y estabilizadores de suspensión en una amplia variedad de productos alimenticios y es útil para la producción de rellenos, aplasta, chips, obleas, sopas, salsas, pudines, etc. La aplicaciones de alimentos fueron principios reconocidos como un campo de aplicación muy interesante para nanocelulosa debido al comportamiento reológico del gel nanocellulose.

Referencias
  1. Turbak, A.F., F.W. Snyder, and K.R. Sandberg Patent 4341807; Patent 4374702; Patent 4378381; Patent 445272; Patent 4452722; Patent 4464287; Patent 4483743; Patent 4487634; Patent 4500546
  2. Herrick, F.W.; R.L. Casebier, J.K. Hamilton, y K.R. Sandberg (1983). «Microfibrillated cellulose: morphology and accessibility». En A. Sarko (ed.), ed. Proceedings of the Ninth Cellulose Conference (en inglés). New York City. pp. 797-813. ISBN 0-471-88132-5.
  3. Chinga-Carrasco, gary. Cellulose fibres, nanofibrils and microfibrils: The morphological sequence of MFC componentsfrom a plant physio logy and fibre technology point of view.
  4. Berglund, Lars (2005). «Cellulose-based nanocomposites». En A.K. Mohanty, M. Misra, and L. Drzal (Eds), ed. Natural fibers, biopolymers and biocomposites. Boca Raton, Florida. pp. 807-832. ISBN 978-0-8493-1741-5.
  5. http://www.hielscher.com/ultrasonic-production-of-nano-structured-cellulose.htm.
  6. Syverud, Kristin; kirsebom, Harald; Hajizadeh, Solmaz; Chinga-Carrasco, Gary. Cross-linking cellulose nanofibrils for potential elastic cryo-structured gels. Nano Express.
  7. Turbak, A.F.; F.W. Snyder, y K.R. Sandberg (1983). «Microfibrillated cellulose, a new cellulose product: Properties, uses and commercial potential». En A. Sarko (ed.), ed. Proceedings of the Ninth Cellulose Conference (en inglés). New York City. pp. 815-827. ISBN 0-471-88132-5.
  8. Newscientist Magazine (14 de diciembre de 2012). «Why wood pulp is world's new wonder material (Por que la pulpa de celulosa es el nuevo material milagroso?)» (en inglés). Consultado el 21 de abril de 2013.
  9. «Crean un material hecho a base de sol y aguaautor=La Nación». 12 de abril de 2013.
  10. «Conoce siete increíbles usos de la Nanocelulosa». 9 de abril de 2013.
  11. muyinteresante.com (12 de abril de 2013). «¿Que es la Nanocelulosa?».

Véase también
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