Producción, caracterización y aplicación de nanofibras procedentes de pulpas de alto rendimiento con elevado contenido de lignina

Abstract

Nanocellulose is a sustainable nanomaterial with outstanding physico-mechanical properties, a fact that confers the nanomaterial a huge potential in sectors such as the papermaking, nanocomposites, aerogels for selective solvent removal, hydrogels for controlled drug delivery, substrates for printed electronics and rheological modifiers, among others. The production of nanocellulose has traditionally been based on the use of cellulosic fibers delignified by chemical pulping processes. These treatments remove most of the lignin and also reduce the hemicellulose content, achieving mass yields close to 50%. On the contrary, thermomechanical pulping processes, in which the use of chemical agents is avoided, preserve the chemical composition of the raw material, thus reaching yields greater than 95%. In this context, and with the aim of keeping the nanocellulose sector as sustainable as possible, thermomechanical fibers are considered a more economical and environmentally friendly option than highly delignified fibers. Furthermore, the elevated presence of lignin could boost the mechanical destructuring of the fibers and confer additional properties to the resulting nanomaterial due to the partially hydrophobic nature of lignin.

La nanocelulosa es un nanomaterial sostenible con excelentes prestaciones físico-mecánicas, lo cual le otorga un alto potencial en sectores como el papelero, nanocompuestos, aerogeles selectivos de disolventes, hidrogeles de liberación controlada de sustancias, sustratos para impresión de dispositivos electrónicos y modificadores reológicos, entre otros. La producción de nanocelulosa se ha basado tradicionalmente en el uso de fibras celulósicas deslignificadas mediante procesos de pulpeado químico. Estos tratamientos eliminan la mayor parte de la lignina y reducen también el contenido de hemicelulosa, logrando rendimientos másicos cercanos al 50%. Por lo contrario, los procesos de pulpeado termomecánicos, en los cuales se evita el uso de agentes químicos, permiten preservar la composición química de la materia prima, alcanzando así rendimientos superiores al 95%. En este contexto, y con el objetivo de mantener el sector de la nanocelulosa lo más sostenible posible, las pulpas termomecánicas son consideradas una opción económica y medioambientalmente más atractiva que aquellas fibras altamente deslignificadas. Además, la elevada presencia de lignina podría favorecer la desestructuración mecánica de las fibras, confiriendo propiedades adicionales al nanomaterial resultante debido el carácter parcialmente hidrofóbico de la lignina.