Tacuara (Guadua trinii) y Bambú (Guadua angustifolia) como recurso lignocelulósico no tradicional para la obtención de nanocelulosa.

Abstract

En el presente estudio se evalúa la aptitud de dos especies de Bambú (Guadua angustifolia y Guadua trinii) como recurso lignocelulósico para la obtención de nanocelulosa; caracterizando física, química y morfológicamente a las muestras, y realizando un fraccionamiento químico para la producción y caracterización de CNF. Se caracterizó físicamente la materia prima a través de la densidad de cada especie; la caracterización morfológica se realizó mediante la medición de largo, ancho y espesor de pared de las fibras y el análisis de los cortes histológicos de cada cara de la materia prima. La caracterización química de la materia prima se realizó evaluando su contenido de extractivos, cenizas, lignina y carbohidratos dentro de cada especie. El fraccionamiento químico se realizó por medio de dos pulpados químicos a la soda AQ para cada especie, uno con un pre-tratamiento hidro-térmico y el otro sin pre tratamiento. Las condiciones usadas para la cocción de ambas especies, con y sin pre tratamiento hidro-térmico, fue de 18% de NaOH y antraquinona (AQ) al 0,1%, el programa utilizado en ambos casos fue de 170°C durante 60 minutos. El tiempo de calentamiento hasta 170°C fue de 75 minutos. La relación sólido:líquido para el material con pre tratamiento fue de 1:4 y para el material sin pre tratamiento fue de 1:3. También se realizó una caracterización del material sólido obtenido luego del pulpado, en el cual se obtuvieron los valores de rendimiento, retención de agua, contenido de lignina, grado de polimerización y de alfa, beta y gama celulosa. Se realizó también la producción de nanocelulosa con el método de reactivo de oxidación TEMPO; esta nanocelulosa también fue caracterizada obteniendo su consistencia y viscosidad. La densidad promedio obtenida de Guadua trinii fue de 0,53 g/cm3 y de Guadua angustifolia 0,47 g/cm3 datos que confieren diversas propiedades a cada una de las especies. Mediante la caracterización morfológica se obtuvo un largo promedio de fibra de Guadua trinii de 1,044 mm y para Guadua angustifolia de 1,441 mm, y un espesor de pared promedio de 3,78 μm y 2,01 μm, respectivamente. A partir de la caracterización química se obtuvo para Guadua trinii un porcentaje de extractivos totales de 8,66%, 4,05% de ceniza, 23,9% de lignina total y 65,6% de carbohidratos estructurales; y para Guadua angustifolia un porcentaje de extractivos totales de 9,55%, 4,58% de ceniza, 25,2% de lignina total y 63,8% de carbohidratos estructurales. Durante el fraccionamiento químico se obtuvieron valores de rendimiento de pulpado con pre-tratamiento hidro-térmico para Guadua trinii de 36,53%, y para Guadua angustifolia de 37,28%; mientras que para el material sin pre tratamiento se obtuvo un rendimiento de 47,28% y 44,82%, respectivamente. Si bien son valores cercanos, el número de kappa fue de 19,8 para Guadua trinii y 37,2 para Guadua angustifolia, ambas con pre tratamiento; y un Kappa de 21,8 y 29,3 para las mismas especies sin pre tratamiento hidro-térmico. Ello demuestra que Guadua trinii tiene aptitudes optimas en comparación con Guadua angustifolia, para la industria de pulpa y papel. Dentro de la caracterización de la pulpa obtuvimos un WRV de 1,863 para Guadua trinii sin pre-tratamiento hidro-térmico y 1,852 para la misma especie con pretratamiento; y de 1,895 para Guadua angustifolia sin pre-tratamiento y 1,855 con pre-tratamiento. Un grado de polimerización de 3324 para Guadua trinii sin pretratamiento y de 4059 para la misma especie con pre-tratamiento; 3019 para Guadua angustifolia sin pre-tratamiento y de 3460 con pre-tratamiento. Dentro de Guadua trinii sin pre-tratamiento se obtuvo un porcentaje de alfa, beta y gama celulosa de 91,61%, 6,68% y 1,44%, respectivamente, y para la misma especie con pre-tratamiento fue de 97,72%, 1,16% y 1,12%, respectivamente; mientras que para Guadua angustifolia sin pre-tratamiento se obtuvo 91,61%, 6,72% y 1,66% respectivamente, y para la misma especie con pre tratamiento 97,72%, 1,16% y 1,12%, respectivamente. Se evaluó el potencial de las fracciones celulósicas de ambas especies con y sin tratamiento hidro-térmico para la producción de nanocelulosa mediante un pretratamiento químico de oxidación TEMPO, seguido de un tratamiento mecánico de nanofibrilación utilizando un molino helicoidal. Las nanofibras fueron caracterizadas mediante la tasa de grupos carboxílicos promedio alcanzadas en la oxidación y la viscosidad de suspensiones acuosas diluidas de la nanocelulosa. El contenido de grupos carboxílicos de Guadua angustifolia con y sin tratamiento hidro-térmico fueron 895,7 μEq/g y 1162,7 μEq/g, respectivamente, mientras que para Guadua trinii con y sin tratamiento hidrotérmico presenta una tasa de grupos carboxílicos promedio de 978,7 μEq/g y 1293,6 μEq/g, respectivamente. El efecto de la especie y el proceso para la obtención de pulpa sobre la relación de aspecto (relación entre ancho y altura) de la nanofibras de celulosa, fueron determinadas en base a la viscosidad de diferentes suspensiones acuosas. Se determinó que existe una significativa correlación entre el contenido de grupos carboxílicos y la viscosidad de las suspensiones, lo que indica que cuanto mayor es el contenido de grupos carboxílicos mayor es la viscosidad de las suspensiones, lo cual puede relacionarse con una mayor relación de aspecto de las nanofibras. Los datos obtenidos durante los diversos ensayos fueron comparados entre especies y con la bibliografía mediante un análisis estadístico con el programa Statgraphics. A pesar de pertenecen al mismo género Guadua, presentan distintas propiedades y características; esto se debe a la zona de la que son oriundas y a la disposición y cantidad de sus elementos constitutivos.