Pretratamiento químico-enzimático de pulpa Kraft de Eucalipto para la producción de nanocelulosa fosforilada.

Abstract

La pulpa Kraft de especies de Eucalyptus es una de las fuentes de fibra más importantes para la generación de productos a base de celulosa. Las nanofibras de celulosa (CNF) son un nanomaterial que tiene múltiples aplicaciones debido a su buen potencial para la modificación de la superficie y relativamente gran superficie específica. Estas nanocelulosas se producen por medio de pretratamientos químicos y/o enzimáticos seguidos por tratamientos mecánicos de fibrilación. En este trabajo se evaluaron pretratamientos químicos y enzimáticos para la producción de CNF utilizando pulpa Kraft blanqueada de eucalipto (BEKP). La pulpa BEKP fue sometida a tratamientos químicos-enzimáticos con xilanasa de Aspergillus oryzae, extracción cáustica en frío al 15% (CCE15), endoglucanasa comercial (EG) de Trichoderma ressei y fosforilación con urea y fosfato amónico dibásico (P), con diferentes combinaciones, previo a la homogeneización mecánica para obtención de nanofibras de celulosa (CNF). El efecto de tratamientos seleccionados en la producción de CNF se evaluó sobre algunas propiedades físico-mecánicas de películas (films) elaboradas por drop-casting desde las diferentes nanocelulosas obtenidas. Resultados preliminares indicaron que las enzimas xilanasas no fueron efectivas en la disminución del contenido de xilanos residuales en la pulpa (determinados por solubilidad al álcali 18%), por lo cual no se utilizaron en los tratamientos siguientes. De las diferentes pulpas obtenidas, solo las codificadas como BEKP-EG, BEKP-P, BEKP-EG-P, CCE15-P, CCE15-EG-P pudieron ser homogeneizadas para producir CNF, obteniendo nanocelulosas con diferentes propiedades mecánicas y apariencia. Todas las películas de CNF fosforiladas obtuvieron impermeabilidad al aire. En términos de alta transparencia de las películas (baja opacidad) se destacaron las muestras BEKP-EG, BEKP-EG-P y CCE15-P, mientras que las propiedades mecánicas de índices de resistencia a la tracción y explosión fueron superiores en la muestra BEKP-EG. En síntesis, los resultados obtenidos demostraron que, dependiendo del tipo o combinación de tratamiento químico-enzimático aplicado sobre las fibras de celulosa, se obtendrán nanocelulosas con características variadas. Esto permite generar materiales celulósicos para diferentes aplicaciones. Además, se da énfasis a la fosforilación como una alternativa de modificación química de la celulosa para producción de CNF, con o sin la utilización de enzimas hidrolíticas en el proceso.

Kraft pulp from Eucalyptus species is one of the most important fiber sources for the generation of cellulose-based products. Cellulose nanofibers (CNF) are a nanomaterial that has multiple applications due to its good potential for surface modification and relatively large specific surface area. These nanocelluloses are produced by means of chemical and/or enzymatic pretreatments followed by mechanical fibrillation treatments. In this work, chemical and enzymatic pretreatments for CNF production from bleached eucalyptus Kraft pulp (BEKP) were evaluated. The BEKP pulp was subjected to chemical-enzymatic treatments with xylanase from Aspergillus oryzae, 15% cold caustic extraction (CCE15), commercial endoglucanase (EG) from Trichoderma ressei and phosphorylation with urea and dibasic ammonium phosphate (P), with different combinations, prior to mechanical homogenization to obtain cellulose nanofibers (CNF). The effect of selected treatments on the production of CNF was evaluated on some physical-mechanical properties of films made by drop-casting from the different nanocelluloses obtained. Preliminary results indicated that the xylanase enzymes were not effective in reducing the content of residual xylans in the pulp (determined by 18% alkali solubility), therefore they were not used in subsequent treatments. Of the different pulps produced, only those coded as BEKP-EG, BEKP-P, BEKP-EG-P, CCE15-P, CCE15-EG-P could be homogenized to produce CNF, obtaining nanocelluloses with different mechanical properties and appearance. All phosphorylated CNF films obtained air impermeability. In terms of high transparency of the films (low opacity), the BEKP-EG, BEKP-EG-P and CCE15-P samples stood out, while the mechanical properties of the tensile strength and explosion indexes were higher in the BEKP-EG sample. In summary, the results obtained showed that, depending on the type or combination of chemical-enzymatic treatment applied to the cellulose fibers, nanocelluloses with varied characteristics will be obtained. In addition, emphasis is given to phosphorylation as an alternative for the chemical modification of cellulose for the production of CNF, with or without the use of hydrolytic enzymes in the process.