Biorrefinerías de nanocelulosa – Un biomaterial con perspectivas sin parangón

Biorrefinerías de nanocelulosa – Un biomaterial con perspectivas sin parangón – 2a parte: Nanocristales de celulosa

By BioRefineries Blog - April 23, 2019

Fecha de publicación: 22/04/2019.

Última actualización: 22/04/2019.

Introducción

Véase “Biorrefinerías de nanocelulosa - Un biomaterial con perspectivas incomparables - 1era parte: Introducción”.

Forma y dimensiones

Forma: Alargada. En la literatura se les compara con granos de arroz, varillas, husillos y bigotes.

Dimensiones: Típicamente, 4-15 nm de ancho y 50-500 nm de largo.

Figura 1. CNC producidos por Blue Goose Biorefineries (tomado de la página web de Blue Goose Biorefineries). Ancho: 9–14 nm. Largo: 100–150 nm.

Propiedades

- Abundantes, renovables y sostenibles.

- Biocompatibles.

- Electromagnéticos (carga superficial).

- Alta relación de aspecto (largo a ancho).

- Estabilidad a altas temperaturas.

- Alta resistencia (en línea con materiales sintéticos de alto rendimiento como el Kevlar®).

- Elevada área superficial.

- Ligeros.

- Auto-ensamblado.

- Adelgazamiento por cizalladura / Propiedades reológicas únicas.

- Química de superficie versátil.

Procesos de producción

El primero en preparar CNC fue Ránby en 1949. Utilizó varios ácidos minerales (incluido el ácido clorhídrico y el ácido fosfórico), para hidrolizar selectivamente los segmentos desordenados de la celulosa nativa. En aquel momento, la reciente comercialización del TEM fue fundamental para visualizar los nanocristales. Históricamente, los CNC se han producido siguiendo este método de hidrólisis ácida, la mayoría de las veces con ácido sulfúrico pero también con ácido clorhídrico. Durante la hidrólisis ácida, la región amorfa se elimina y las partículas cristalinas se liberan como se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Aislamiento de CNC a partir de celulosa por hidrólisis con ácido sulfúrico (tomado de la Referencia [6] de la primera parte de esta serie)

Actualmente, la hidrólisis ácida sigue siendo el método químico predominante y más eficiente para producir CNC, con un consumo mínimo de energía. Sin embargo, es importante mencionar que, en el último año, se han desarrollado y escalado nuevos procesos (como la conversión catalítica y la hidrólisis enzimática).

Aplicaciones

Se ha hablado mucho en los últimos años sobre el potencial de los nanocristales de celulosa. CNC ha ganado un enorme nivel de atención debido a sus propiedades físicas y químicas insuperables, su abundancia y su capacidad de renovación y sostenibilidad inherentes. Estos son algunos de los mercados y aplicaciones mencionadas en las referencias:

- Adhesivos: Modificador de viscosidad.

- Automoción: refuerzo de polímeros y aligeramiento.

- Construcción: reforzador de hormigón.

- Cosmética: modificador de textura.

- Electrónica: tintas conductoras.

- Filtración: películas y membranas mesoporosas.

- Alimentación: Estabilizante no calórico.

- Médico: Medicamento excipiente y administración de medicamentos.

- Pinturas y recubrimientos: modificador de reología.

- Papel y embalaje: Embalaje flexible con propiedades barrera mejoradas.

Productores

La siguiente tabla resume el estado actual del mercado global de CNC. La capacidad de producción total es cercana a las 600 toneladas/año. El criterio que se ha elegido para la clasificación de escala es el siguiente: comercial >10 toneladas/año, piloto de 1 tonelada/año a 10 toneladas/año y laboratorio < 1 tonelada/año o desconocido. De esta manera, hay 4 plantas a escala comercial, 5 plantas a escala piloto y 5 instalaciones a escala de laboratorio.

Empresa / Institución	País	Producto [Nombre comercial]	Escala
CelluForce	Canadá	CNC sulfatados [CelluForce NCC]	Comercial
American Process (ha pasado a formar parte de GranBio recientemente)	EEUU	CNC [Bioplus]	Comercial
Sweetwater Energy	EEUU	CNC	Comercial
Melodea	Suecia	CNC sulfatados	Comercial
Alberta Innovates	Canadá	CNC sulfatados	Piloto
Forest Products Laboratory	EEUU	CNC sulfatados	Piloto
ICAR CIRCOT	India	CNC	Piloto
Blue Goose Biorefineries	Canadá	CNC carboxilados [BGB Ultra]	Piloto
Innotech Materials LLC	EEUU	CNC oxidados [SuCellose]	Piloto
Caspian Nanocellulose Polymer Development Co.	Irán	CNC	Laboratorio
Cellulose Lab	Canadá	CNC Modificaciones	Laboratorio
FPInnovations	Canadá	CNC sulfatados	Laboratorio
Guilin Qihong Technology	China	CNC sulfatados [QHCNC]	Laboratorio
Tianjin Haojia Cellulose Co. / Tianjin Woodelf Biotechnology Co., Ltd.	China	CNC [SHCNC] Modificaciones	Laboratorio