Nanocelulosa es un término que se refiere a la celulosa nanoestructurada. Puede ser nanocristal de celulosa (CNC o NCC), nanofibras de celulosa (CNF) también llamadas celulosa nanofibrilada (NFC) o nanocelulosa bacteriana , que se refiere a la celulosa nanoestructurada producida por bacterias.
El CNF es un material compuesto por fibrillas de celulosa de tamaño nanométrico con una relación de aspecto alta (relación de largo a ancho). Los anchos típicos de las fibrillas son de 5 a 20 nanómetros con una amplia gama de longitudes, típicamente varios micrómetros . Es pseudoplástico y exhibe tixotropía , la propiedad de ciertos geles o fluidos que son espesos (viscosos) en condiciones normales, pero se vuelven menos viscosos cuando se agitan o agitan. Cuando se eliminan las fuerzas de cizallamiento, el gel recupera gran parte de su estado original. Las fibrillas se aíslan de cualquier fuente que contenga celulosa, incluidas las fibras a base de madera ( fibras de pulpa ) mediante impacto a alta presión, alta temperatura y alta velocidad.homogeneización , trituración o microfluidización (ver fabricación a continuación). [1] [2] [3]
La nanocelulosa también puede obtenerse a partir de fibras nativas por hidrólisis ácida, dando lugar a nanopartículas rígidas y altamente cristalinas, más cortas (100 a 1000 nanómetros) que las nanofibrillas de celulosa (CNF) obtenidas por vías de homogeneización, microfluyodación o trituración. El material resultante se conoce como nanocristal de celulosa (CNC). [4]
La nanoquitina es similar en su nanoestructura a la nanocelulosa.
Historia y terminología
La terminología microfibrilada / nanocelulosa o (MFC) fue utilizada por primera vez por Turbak, Snyder y Sandberg a fines de la década de 1970 en los laboratorios ITT Rayonier en Whippany, Nueva Jersey , EE. UU. Para describir un producto preparado como un material tipo gel pasando pulpa de madera a través de un Homogeneizador de leche tipo Gaulin a altas temperaturas y altas presiones seguido de impacto de eyección contra una superficie dura. [ cita requerida ]
La terminología apareció públicamente por primera vez a principios de la década de 1980 cuando se emitieron varias patentes y publicaciones a ITT Rayonier sobre una nueva composición de materia de nanocelulosa. [5] En un trabajo posterior, Herrick [ ¿quién? ] en Rayonier también publicó un trabajo sobre cómo hacer un polvo seco del gel. [6] Rayonier ha producido pulpas purificadas. [7] Rayonier otorgó una licencia gratuita a quien quisiera dedicarse a este nuevo uso de la celulosa. Rayonier, como empresa, nunca buscó la ampliación. Más bien, Turbak et al. perseguido 1) encontrar nuevos usos para el MFC / nanocelulosa. Estos incluyeron el uso de MFC como espesante y aglutinante en alimentos, cosméticos, formación de papel, textiles, telas no tejidas, etc. y 2) evaluar el hinchamiento y otras técnicas para reducir los requisitos de energía para la producción de MFC / Nanocelulosa. [8] Después de que ITT cerró los Laboratorios Rayonier Whippany Labs en 1983–84, Herric trabajó en la fabricación de una forma de polvo seco de MFC en los laboratorios Rayonier en Shelton, Washington , EE. UU. [6]
A mediados de la década de 1990, el grupo de Taniguchi y compañeros de trabajo y más tarde Yano y compañeros de trabajo prosiguieron el esfuerzo en Japón. [9]
Fabricar
La nanocelulosa, que también se llama nanofibras de celulosa (CNF), celulosa microfibrilada (MFC) o nanocristales de celulosa (CNC), se puede preparar a partir de cualquier material de origen de celulosa, pero normalmente se usa pulpa de madera .
Las fibrillas de nanocelulosa se pueden aislar de las fibras a base de madera utilizando métodos mecánicos que exponen la pulpa a altas fuerzas de cizallamiento, desgarrando las fibras de madera más grandes en nanofibras. Para ello, se pueden utilizar homogeneizadores, trituradores o microfluidizadores de alta presión. [ cita requerida ] Los homogeneizadores se utilizan para deslaminar las paredes celulares de las fibras y liberar las fibrillas nanométricas. Este proceso consume grandes cantidades de energía y no son infrecuentes valores superiores a 30 MWh / tonelada . [ cita requerida ]
Para abordar este problema, a veces se utilizan pretratamientos enzimáticos / mecánicos [10] y la introducción de grupos cargados, por ejemplo, mediante carboximetilación [11] o oxidación mediada por TEMPO . [12] Estos tratamientos previos pueden reducir el consumo de energía por debajo de 1 MWh / tonelada. [13] La "nitrooxidación" se ha desarrollado para preparar nanofibras de carboxcelulosa directamente a partir de biomasa vegetal en bruto. Debido a la menor cantidad de pasos de procesamiento para extraer nanocelulosa, se ha descubierto que el método de nitrooxidación es un método rentable, menos orientado químicamente y eficiente para extraer nanofibras de carboxcelulosa. [14] [15] Se ha descubierto que las nanofibras funcionalizadas obtenidas mediante nitrooxidación son un sustrato excelente para eliminar impurezas de iones de metales pesados como plomo , [16] cadmio , [17] y uranio . [18]
Los nanowhiskers de celulosa son partículas muy cristalinas en forma de varillas (índice de cristalinidad relativa superior al 75%) con una sección transversal rectangular. Se forman por hidrólisis ácida de fibras de celulosa nativa, comúnmente usando ácido sulfúrico o clorhídrico. Las secciones amorfas de celulosa nativa se hidrolizan y, después de una sincronización cuidadosa, las secciones cristalinas se pueden recuperar de la solución ácida mediante centrifugación y lavado. Sus dimensiones dependen del material fuente de celulosa nativa y del tiempo y la temperatura de hidrólisis. [ cita requerida ]
Las nanopartículas de carboxcelulosa de forma esférica preparadas mediante tratamiento con ácido nítrico - ácido fosfórico son estables en dispersión en su forma no iónica. [19] En abril de 2013, en una conferencia de la American Chemical Society se anunciaron avances [ aclaraciones necesarias ] en la producción de nanocelulosa. [20]
Se ha demostrado un proceso quimio-mecánico para la producción de nanocelulosa a partir de borras de algodón con una capacidad de 10 kg por día. [21]
Estructura y propiedades
Dimensiones y cristalinidad
La ultraestructura de la nanocelulosa derivada de diversas fuentes se ha estudiado ampliamente. Técnicas como microscopía electrónica de transmisión (TEM), microscopía electrónica de barrido (SEM), microscopía de fuerza atómica (AFM), dispersión de rayos X de gran angular (WAXS), difracción de rayos X de ángulo de incidencia pequeño y magia de polarización cruzada 13 C de estado sólido Se han utilizado el giro angular (CP / MAS), la resonancia magnética nuclear (RMN) y la espectroscopia para caracterizar la morfología de nanocelulosa típicamente seca. [22]
Una combinación de técnicas microscópicas con análisis de imágenes puede proporcionar información sobre el ancho de las fibrillas, es más difícil determinar las longitudes de las fibrillas, debido a los entrelazamientos y las dificultades para identificar ambos extremos de las nanofibrillas individuales. [23] [24] [ página necesaria ] Además, las suspensiones de nanocelulosa pueden no ser homogéneas y pueden constar de varios componentes estructurales, incluidas las nanofibrillas de celulosa y los haces de nanofibrillas. [25]
En un estudio de fibrillas de nanocelulosa pretratadas enzimáticamente en una suspensión, el tamaño y la distribución del tamaño se establecieron utilizando crio-TEM. Se encontró que las fibrillas estaban bastante monodispersas en su mayoría con un diámetro de aprox. 5 nm aunque ocasionalmente estaban presentes haces de fibrillas más gruesos. [10] Mediante la combinación de ultrasonidos con un "pretratamiento de oxidación", AFM ha observado microfibrillas de celulosa con una dimensión lateral inferior a 1 nm. El extremo inferior de la dimensión del grosor es de aproximadamente 0,4 nm, que está relacionado con el grosor de una hoja monocapa de celulosa. [26]
Los anchos agregados se pueden determinar mediante CP / MAS NMR desarrollado por Innventia AB , Suecia, que también se ha demostrado que funciona para nanocelulosa (pretratamiento enzimático). Se ha medido una anchura media de 17 nm con el método de RMN, que se corresponde bien con SEM y TEM. Usando TEM, se han informado valores de 15 nm para nanocelulosa de pulpa carboximetilada. Sin embargo, también se pueden detectar fibrillas más delgadas. Wågberg y col. informó de anchos de fibrillas de 5 a 15 nm para una nanocelulosa con una densidad de carga de aproximadamente 0,5 meq./g. [11] El grupo de Isogai informó anchos de fibrillas de 3-5 nm para celulosa oxidada con TEMPO con una densidad de carga de 1,5 meq./g. [27]
La química de la pulpa tiene una influencia significativa en la microestructura de la nanocelulosa. La carboximetilación aumenta el número de grupos cargados en las superficies de las fibrillas, lo que hace que las fibrillas sean más fáciles de liberar y da como resultado anchos de fibrillas más pequeños y uniformes (5 a 15 nm) en comparación con la nanocelulosa pretratada enzimáticamente, donde los anchos de fibrillas eran de 10 a 30 nm . [28] El grado de cristalinidad y estructura cristalina de la nanocelulosa. La nanocelulosa exhibe una organización cristalina de celulosa I y el grado de cristalinidad no cambia con la preparación de la nanocelulosa. Los valores típicos para el grado de cristalinidad fueron alrededor del 63%. [28]
Viscosidad
Se ha investigado la reología de las dispersiones de nanocelulosa. [29] [10] y reveló que el módulo de almacenamiento y pérdida eran independientes de la frecuencia angular en todas las concentraciones de nanocelulosa entre 0,125% y 5,9%. Los valores del módulo de almacenamiento son particularmente altos (104 Pa al 3% de concentración) [10] en comparación con los resultados de los nanowhiskers de celulosa (102 Pa al 3% de concentración). [29] También existe una fuerte dependencia de la concentración, ya que el módulo de almacenamiento aumenta 5 órdenes de magnitud si la concentración aumenta de 0,125% a 5,9%. Los geles de nanocelulosa también son altamente diluyentes por cizallamiento (la viscosidad se pierde al introducir las fuerzas de cizallamiento). El comportamiento de adelgazamiento por cizallamiento es particularmente útil en una variedad de diferentes aplicaciones de recubrimiento. [10]
Propiedades mecánicas
La celulosa cristalina tiene una rigidez de aproximadamente 140-220 GPa, comparable con la del Kevlar y mejor que la de la fibra de vidrio, las cuales se utilizan comercialmente para reforzar plásticos. Las películas hechas de nanocelulosa tienen alta resistencia (más de 200 MPa ), alta rigidez (alrededor de 20 GPa ) [30] pero carecen de alta deformación [se necesita clarificación ] (12%). Su relación resistencia / peso es 8 veces superior a la del acero inoxidable. [31] Las fibras hechas de nanocelulosa tienen alta resistencia (hasta 1,57 GPa) y rigidez (hasta 86 GPa). [32]
Propiedades barrera
En los polímeros semicristalinos, las regiones cristalinas se consideran impermeables a los gases. Debido a la cristalinidad relativamente alta, [28] en combinación con la capacidad de las nanofibras para formar una red densa unida por fuertes enlaces inter-fibrilares (alta densidad de energía cohesiva), se ha sugerido que la nanocelulosa podría actuar como material barrera. [27] [33] [34] Aunque el número de valores de permeabilidad al oxígeno informados es limitado, los informes atribuyen propiedades de barrera al oxígeno a las películas de nanocelulosa. Un estudio informó una permeabilidad al oxígeno de 0,0006 (cm 3 µm) / (m 2 día kPa) durante un aprox. Película fina de nanocelulosa de 5 µm a 23 ° C y 0% de HR. [33] En un estudio relacionado, se informó una disminución de más de 700 veces en la permeabilidad al oxígeno de una película de polilactida (PLA) cuando se agregó una capa de nanocelulosa a la superficie de PLA. [27]
Se ha estudiado la influencia de la densidad y la porosidad de la película de nanocelulosa sobre la permeabilidad al oxígeno de la película. [35] Algunos autores han informado de una porosidad significativa en las películas de nanocelulosa, [36] [30] [37] que parece estar en contradicción con las propiedades de alta barrera al oxígeno, mientras que Aulin et al. [33] midió una densidad de película de nanocelulosa cercana a la densidad de la celulosa cristalina (estructura cristalina de celulosa Iß, 1,63 g / cm 3 ) [38], lo que indica una película muy densa con una porosidad cercana a cero.
Cambiar la funcionalidad de la superficie de la nanopartícula de celulosa también puede afectar la permeabilidad de las películas de nanocelulosa. Las películas constituidas por nanobigotes de celulosa cargados negativamente podrían reducir eficazmente la permeación de iones cargados negativamente, mientras que los iones neutrales prácticamente no se ven afectados. Se encontró que los iones cargados positivamente se acumulaban en la membrana. [39]
La resonancia de plasma de superficie multiparamétrica es uno de los métodos para estudiar las propiedades de barrera de la nanocelulosa natural, modificada o recubierta. Las diferentes calidades de formulación de barrera antiincrustante, de humedad, solvente y antimicrobiana se pueden medir a nanoescala. La cinética de adsorción y el grado de hinchamiento se pueden medir en tiempo real y sin etiquetas. [40] [41]
Espumas y aerogeles a granel
La nanocelulosa también se puede usar para hacer aerogeles / espumas, ya sea de forma homogénea o en formulaciones compuestas. Las espumas a base de nanocelulosa se están estudiando para aplicaciones de embalaje con el fin de reemplazar las espumas a base de poliestireno . Svagan y col. demostró que la nanocelulosa tiene la capacidad de reforzar las espumas de almidón mediante el uso de una técnica de liofilización. [42] La ventaja de utilizar nanocelulosa en lugar de fibras de pulpa de madera es que las nanofibrillas pueden reforzar las células delgadas en la espuma de almidón. Además, es posible preparar aerogeles de nanocelulosa puros aplicando varios niveles de CO2 ultracríticos y liofilizados.
2técnicas de secado. Se pueden utilizar aerogeles y espumas como plantillas porosas. [43] [44] Sehaqui et al estudiaron espumas resistentes de porosidad ultra alta preparadas a partir de suspensiones de nanofibrillas de celulosa I. Se obtuvo una amplia gama de propiedades mecánicas, incluida la compresión, controlando la densidad y la interacción de las nanofibrillas en las espumas. [45] Los nanowhiskers de celulosa también podrían gelificarse en agua bajo sonicación de baja potencia dando lugar a aerogeles con la superficie más alta reportada (> 600m2 / g) y la menor contracción durante el secado (6.5%) de los aerogeles de celulosa. [44] En otro estudio de Aulin et al., [46] se demostró la formación de aerogeles porosos estructurados de nanocelulosa por liofilización. La densidad y textura de la superficie de los aerogeles se ajustó seleccionando la concentración de las dispersiones de nanocelulosa antes de la liofilización. Se usó la deposición de vapor químico de un silano fluorado para recubrir uniformemente el aerogel para ajustar sus propiedades humectantes hacia líquidos / aceites no polares. Los autores demostraron que es posible cambiar el comportamiento de humectabilidad de las superficies de celulosa entre superhumectante y superrepelente, utilizando diferentes escalas de rugosidad y porosidad creadas por la técnica de liofilización y cambio de concentración de la dispersión de nanocelulosa. Sin embargo, también se pueden obtener espumas de celulosa porosa estructurada utilizando la técnica de liofilización de celulosa generada por cepas de bacterias Gluconobacter, que bio-sintetizan redes porosas abiertas de fibras de celulosa con cantidades relativamente grandes de nanofibrillas dispersas en el interior. Olsson y col. [47] demostró que estas redes se pueden impregnar aún más con precursores de óxido / hidróxido de metal, que se pueden transformar fácilmente en nanopartículas magnéticas injertadas a lo largo de las nanofibras de celulosa. La espuma de celulosa magnética puede permitir una serie de aplicaciones novedosas de nanocelulosa y se informó de las primeras súper esponjas magnéticas accionadas a distancia que absorben 1 gramo de agua dentro de una espuma de aerogel de celulosa de 60 mg. En particular, estas espumas altamente porosas (> 98% de aire) se pueden comprimir en nanopapel magnéticos fuertes, que pueden encontrar uso como membranas funcionales en diversas aplicaciones.
Pickering emulsiones y espumas
Las nanocelulosas pueden estabilizar emulsiones y espumas mediante un mecanismo de Pickering, es decir, se adsorben en la interfaz aceite-agua o aire-agua y evitan su contacto energético desfavorable. Las nanocelulosas forman emulsiones de aceite en agua con un tamaño de gota en el rango de 4 a 10 μm que son estables durante meses y pueden resistir altas temperaturas y cambios de pH. [48] [49] Las nanocelulosas disminuyen la tensión de la interfaz agua-aceite [50] y su carga superficial induce la repulsión electrostática dentro de las gotas de emulsión. Tras el cribado de la carga inducida por la sal, las gotitas se agregan pero no experimentan coalescencia , lo que indica una fuerte estabilización estérica. [51] Las gotas de emulsión incluso permanecen estables en el estómago humano, lo que convierte a las emulsiones estabilizadas con nanocelulosa en un interesante sistema de administración oral de fármacos lipofílicos . [52] A diferencia de las emulsiones, las nanocelulosas nativas generalmente no son adecuadas para la estabilización Pickering de espumas, lo que se atribuye a sus propiedades superficiales principalmente hidrófilas que dan como resultado un ángulo de contacto desfavorable por debajo de 90 ° (preferiblemente se humedecen con la fase acuosa). . [53] Utilizando modificaciones superficiales hidrófobas o injertos de polímeros, se puede incrementar la hidrofobicidad superficial y el ángulo de contacto de las nanocelulosas, permitiendo también la estabilización Pickering de las espumas. [54] Al aumentar aún más la hidrofobicidad de la superficie, se pueden obtener emulsiones inversas de agua en aceite, lo que denota un ángulo de contacto superior a 90 °. [55] [56] Se demostró además que las nanocelulosas pueden estabilizar emulsiones de agua en agua en presencia de dos polímeros solubles en agua incompatibles. [57]
Placa de nanofibras de celulosa (CNFP)
Se puede utilizar un enfoque de abajo hacia arriba para crear un material a granel de alto rendimiento con baja densidad, alta resistencia y tenacidad, y gran estabilidad dimensional térmica. El hidrogel de nanofibras de celulosa se crea por biosíntesis. A continuación, los hidrogeles se pueden tratar con una solución de polímero o mediante modificación de la superficie y luego se prensan en caliente a 80 ° C. El resultado es material a granel con excelente maquinabilidad. "La estructura de red de nanofibras ultrafinas en CNFP da como resultado enlaces de hidrógeno más extensos, la orientación alta en el plano y" puntos de ramificación de tres vías "de las redes de microfibrillas". [58] Esta estructura le da a CNFP su alta resistencia al distribuir la tensión y agregar barreras a la formación y propagación de grietas. El eslabón débil de esta estructura es la unión entre las capas prensadas, lo que puede provocar deslaminación. Para reducir la delaminación, el hidrogel se puede tratar con ácido silícico, que crea fuertes enlaces cruzados covalentes entre las capas durante el prensado en caliente. [58]
Modificacion superficial
La modificación de la superficie de la nanocelulosa está recibiendo actualmente una gran atención. [59] La nanocelulosa muestra una alta concentración de grupos hidroxilo en la superficie que pueden reaccionar. Sin embargo, los enlaces de hidrógeno afectan fuertemente la reactividad de los grupos hidroxilo de la superficie. Además, las impurezas en la superficie de la nanocelulosa, como los fragmentos glucosídicos y de lignina, deben eliminarse antes de la modificación de la superficie para obtener una reproducibilidad aceptable entre diferentes lotes. [60]
Aspectos de seguridad
El procesamiento de nanocelulosa no causa una exposición significativa a partículas finas durante la molienda por fricción o el secado por pulverización. No se puede observar ninguna evidencia de efectos inflamatorios o citotoxicidad en macrófagos humanos o de ratón después de la exposición a nanocelulosa. Los resultados de los estudios de toxicidad sugieren que la nanocelulosa no es citotóxica y no causa ningún efecto sobre el sistema inflamatorio de los macrófagos. Además, la nanocelulosa no es extremadamente tóxica para Vibrio fischeri en concentraciones ambientalmente relevantes. [61]
Aplicaciones potenciales
Las propiedades de la nanocelulosa (por ejemplo, propiedades mecánicas, propiedades de formación de película, viscosidad, etc.) lo convierten en un material interesante para muchas aplicaciones. [62]
Papel y carton
En el área de la fabricación de papel y cartón, se espera que las nanocelulosas mejoren la fuerza de unión fibra-fibra y, por lo tanto, tengan un fuerte efecto de refuerzo en los materiales de papel. [65] [66] [67] La nanocelulosa puede ser útil como barrera en tipos de papel a prueba de grasa y como aditivo de extremo húmedo para mejorar la retención, resistencia en seco y húmedo en productos de papel y cartón de tipo básico. [68] [69] [70] [71] Se ha demostrado que la aplicación de CNF como material de recubrimiento sobre la superficie del papel y cartón mejora las propiedades de barrera, especialmente la resistencia al aire [72] y la resistencia a grasas / aceites. [72] [73] [74] También mejora las propiedades estructurales de los cartones (superficie más lisa). [75] La viscosidad muy alta de las suspensiones de MFC / CNF con un bajo contenido de sólidos limita el tipo de técnicas de recubrimiento que se pueden utilizar para aplicar estas suspensiones sobre papel / cartón. Algunos de los métodos de recubrimiento utilizados para la aplicación de superficies de MFC sobre papel / cartón han sido el recubrimiento con varillas, [74] prensa encoladora, [73] recubrimiento por pulverización, [76] recubrimiento de espuma [77] y recubrimiento con matriz ranurada. [72] También se está estudiando la aplicación superficial en húmedo de pigmentos minerales y mezclas de MFC para mejorar las propiedades de barrera, mecánicas y de impresión del cartón. [78]
La nanocelulosa se puede utilizar para preparar papel flexible y ópticamente transparente. Dicho papel es un sustrato atractivo para dispositivos electrónicos porque es reciclable, compatible con objetos biológicos y se biodegrada fácilmente . [64]
Compuesto
Como se describió anteriormente, las propiedades de la nanocelulosa hacen que sea un material interesante para reforzar plásticos. La nanocelulosa se puede hilar en filamentos que son más fuertes y rígidos que la seda de araña. [79] [80] Se ha informado que la nanocelulosa mejora las propiedades mecánicas de las resinas termoendurecibles, matrices a base de almidón , proteína de soja , látex de caucho , poli (lactida) . Los compuestos híbridos de nanofibrillas de celulosa y minerales de arcilla presentan interesantes propiedades mecánicas, de barrera a los gases y retardantes del fuego. [81] Las aplicaciones compuestas pueden ser para uso como revestimientos y películas, [82] pinturas, espumas, envases.
Comida
La nanocelulosa se puede utilizar como un sustituto bajo en calorías de los aditivos de carbohidratos utilizados como espesantes, portadores de sabor y estabilizadores de suspensión en una amplia variedad de productos alimenticios. Es útil para la elaboración de rellenos, triturados, chips, barquillos, sopas, salsas, pudines, etc. Las aplicaciones alimentarias surgen del comportamiento reológico del gel de nanocelulosa.
Productos higiénicos y absorbentes
Las aplicaciones en este campo incluyen: material superabsorbente de agua (por ejemplo, para material de almohadillas para incontinencia), nanocelulosa utilizada junto con polímeros superabsorbentes, nanocelulosa en tisú, productos no tejidos o estructuras absorbentes y como películas antimicrobianas. [ cita requerida ]
Emulsión y dispersión
La nanocelulosa tiene aplicaciones potenciales en el área general de aplicaciones de emulsión y dispersión en otros campos. [83] [84]
Médico, cosmético y farmacéutico
Se ha sugerido el uso de nanocelulosa en cosméticos y productos farmacéuticos:
- Aerogeles de nanocelulosa liofilizados utilizados en toallas sanitarias, tampones, pañales o como apósitos para heridas
- El uso de nanocelulosa como agente de recubrimiento compuesto en cosméticos, por ejemplo, para cabello, pestañas, cejas o uñas.
- Una composición seca de nanocelulosa sólida en forma de comprimidos para el tratamiento de trastornos intestinales.
- Películas de nanocelulosa para el cribado de compuestos biológicos y ácidos nucleicos que codifican un compuesto biológico
- Medio de filtrado basado en parte en nanocelulosa para transfusión de sangre sin leucocitos
- Una formulación bucodental, que comprende nanocelulosa y un compuesto orgánico polihidroxilado.
- También se ha sugerido la nanocelulosa en polvo como excipiente en composiciones farmacéuticas.
- Nanocelulosa en composiciones de un agente de purga de sustancias nocivas fotorreactivas
- Geles elásticos crioestructurados para potencial aplicación biomédica y biotecnológica. [85]
- Matriz para cultivo celular 3D
Electrónica de base biológica y almacenamiento de energía
La nanocelulosa puede allanar el camino para un nuevo tipo de "electrónica de base biológica" donde los materiales interactivos se mezclan con nanocelulosa para permitir la creación de nuevas fibras, películas, aerogeles, hidrogeles y papeles interactivos. [86] Por ejemplo, nanocelulosa mezclada con polímeros conductores como PEDOT: PSS muestra efectos sinérgicos que dan como resultado una extraordinaria [87] conductividad mixta electrónica e iónica , que es importante para aplicaciones de almacenamiento de energía . Los filamentos hechos a partir de una mezcla de nanocelulosa y nanotubos de carbono muestran buena conductividad y propiedades mecánicas. [88] Los aerogeles de nanocelulosa decorados con nanotubos de carbono se pueden construir en dispositivos supercondensadores 3D comprimibles y robustos . [89] [90] Las estructuras de nanocelulosa se pueden convertir en generadores triboeléctricos de base biológica [91] y sensores .
Lentejuelas de base biológica para la moda
Los nanocristales de celulosa han mostrado la posibilidad de autoorganizarse en estructuras nemáticas quirales [92] con colores iridiscentes dependientes del ángulo . Por lo tanto, es posible fabricar lentejuelas totalmente de base biológica que tengan un brillo metálico y una huella pequeña en comparación con las lentejuelas de origen fósil .
Otras aplicaciones potenciales
- Como material altamente dispersante para recubrimientos ultrablancos. [93]
- Activar la disolución de celulosa en diferentes disolventes
- Productos de celulosa regenerada, como películas de fibras, derivados de celulosa
- Aditivo para filtros de tabaco
- Nanocelulosa organometálica modificada en separadores de baterías
- Refuerzo de materiales conductores
- Membranas de altavoz
- Membranas de alto flujo
- Componentes informáticos [31] [94]
- Condensadores [90]
- Chalecos antibalas ligeros y vidrio balístico [31]
- Inhibidores de la corrosión [95]
Producción comercial
Aunque la nanocelulosa impulsada por madera fue producida por primera vez en 1983 por Herrick [6] y Turbak [5], su producción comercial se pospuso hasta 2010, principalmente debido al alto consumo de energía de producción y al alto costo de producción. Innventia AB (Suecia) estableció la primera planta piloto de producción de nanocelulosa en 2010. [96] Las empresas e institutos de investigación que producen activamente celulosa micro y nano fibrilada incluyen: American Process (EE. UU.), Borregaard (Noruega), CelluComp (Reino Unido), Chuetsu Pulp and Paper (Japón), CTP / FCBA (Francia), Daicel (Japón), Dai-ichi Kyogo (Japón), Empa (Suiza), FiberLean Technologies (Reino Unido), InoFib (Francia), Nano Novin Polymer Co. (Irán), Nippon Paper (Japón), Norske Skog (Noruega), Oji Paper (Japón), RISE (Suecia), SAPPI (Países Bajos), Seiko PMC (Japón), Stora Enso (Finlandia), Sugino Machine (Japón), Suzano (Brasil), Tianjin Haojia Cellulose Co.Ltd (China), Universidad de Maine (EE. UU.), UPM (Finlandia), Laboratorio de productos forestales de EE. UU. (EE. UU.), VTT (Finlandia) y Weidmann Fiber Technology (Suiza). [97] Entre las empresas e institutos de investigación que producen activamente nanocristales de celulosa se encuentran: Alberta Innovates (Canadá), American Process (Estados Unidos), Blue Goose Biorefineries (Canadá), CelluForce (Canadá), FPInnovations (Canadá), Hangzhou Yeuha Technology Co. (China) , Melodea (Israel / Suecia), Sweetwater Energy (EE. UU.), Tianjin Haojia Cellulose Co.Ltd (China) y el Laboratorio de productos forestales de EE. UU. (EE. UU.). [97] Entre las empresas e institutos de investigación que producen activamente filamentos de celulosa se encuentran: Kruger (Canadá), Performance BioFilaments (Canadá) y Tianjin Haojia Cellulose Co. Ltd (China). [97]
Ver también
- Celulosa
- Fibra de celulosa
- Celulosa microcristalina
- Material compuesto
Referencias
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