Nanofibrilación de celulosa del rastrojo de la piña (Ananas comosus) con oxidación TEMPO y procesos mecánicos

Abstract

Resumen. El rastrojo de la piña está compuesto por el tallo y las hojas, de las últimas se pueden obtener sus fibras, al remover las capas superficiales. Este material usualmente recibe el nombre de PALF (por sus siglas en inglés, Pineapple Leaf Fiber) y su composición química es principalmente celulosa, lignina y hemicelulosa, donde la primera es el componente más aprovechado ya que se encuentra en mayor proporción y muestra propiedades físicas y químicas con distintas aplicaciones industriales. Su utilidad puede ser ampliada y optimizada si a partir de la celulosa se extraen nanoestructuras de mayor valor agregado como lo son los nanocristales de celulosa (CNC) y la celulosa nanofibrilar (CNF). En esta investigación, se buscó extraer la CNF a partir de la PALF y se caracterizó, con el fin de generar información sobre sus propiedades, para que en estudios posteriores se amplíen o mejoren sus posibles aplicaciones. Se logró obtener CNF de PALF blanqueada y sin blanquear, lo cual es un gran avance ya que se pudo estudiar cómo la presencia de la lignina afecta las propiedades de las nanofibras. Estas se produjeron mediante un pretratamiento oxidativo mediado por un agente oxidante selectivo 2,2,6,6-tetrametilpiperidina-1-oxilo llamado TEMPO el cual logró convertir una porción de los alcoholes presentes en la celobiosa, unidad repetitiva de la celulosa, en carboxilatos y/o aldehídos y se comprobó que la lignina produce un efecto protector al disminuir el porcentaje de unidades oxidadas para las fibras que no se blanquean. Se determinó que la utilización de tratamientos mecánicos de desfibrilación como lo son la microfluidización y la molienda de fricción ultrafina producen mejoras en las propiedades de la CNF como lo son: una mayor cantidad de zonas moleculares ordenadas (cristalinidad), altas temperaturas de degradación inicial, un porcentaje de oxidación por TEMPO menor y cargas superficiales más homogéneas.

Abstract. Pineapple stubble is made up of the stem and leaves, the fibers can be obtained from the latter by removing the superficial layers. This material is usually called PALF (for its acronym in English, Pineapple Leaf Fiber) and its chemical composition is mainly cellulose, lignin and hemicellulose, where the first is the most used component since it is found in a greater proportion and shows physical properties. and chemicals with different industrial applications. Its usefulness can be expanded and optimized if nanostructures with greater added value are extracted from cellulose, such as cellulose nanocrystals (CNC) and nanofibrillar cellulose (CNF). In this research, we sought to extract the CNF from the PALF and characterize it, in order to generate information about its properties, so that in subsequent studies its possible applications can be expanded or improved. It was possible to obtain CNF from bleached and unbleached PALF, which is a great advance since it was possible to study how the presence of lignin affects the properties of the nanofibers. These were produced through an oxidative pretreatment mediated by a selective oxidizing agent 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl called TEMPO, which managed to convert a portion of the alcohols present in cellobiose, the repetitive unit of cellulose, into carboxylates. and/or aldehydes and it was proven that lignin produces a protective effect by reducing the percentage of oxidized units for fibers that are not bleached. It was determined that the use of mechanical defibrillation treatments such as microfluidization and ultrafine friction grinding produce improvements in the properties of the CNF such as: a greater number of ordered molecular zones (crystallinity), high initial degradation temperatures, a lower TEMPO oxidation percentage and more homogeneous surface charges.