Desarrollo de nuevos agentes espesantes y/o gelificantes de aceites vegetales a partir de diferentes fracciones lignocelulósicas modificadas químicamente mediante epoxidación

Resumen

Durante las últimas décadas, se ha desarrollado una mayor concienciación sobre la contaminación y los efectos negativos que los diferentes productos químicos y/o de uso final ejercen sobre el medioambiente, especialmente aquellos que proceden del petróleo. En este sentido, la industria de los lubricantes ha aumentado también su sensibilidad sobre el impacto de estos materiales en el medioambiente y está intentando reemplazar el uso de materias primas no renovables por aquellas procedentes de fuentes renovables. El primer objetivo de esta iniciativa fue la sustitución de los aceites minerales por otras bases lubricantes amigables con el medioambiente, tales como aceites vegetales, o derivados de ellos, cuyas propiedades los convierte en candidatos prometedores como bases lubricantes biodegradables. Sin embargo, en relación con las formulaciones de grasas lubricantes, éstas, además, contienen generalmente espesantes no naturales, tales como jabones metálicos y poliureas, cuyo uso implica una reducción de las características biodegradables del producto final. De esta forma, y con objeto de producir formulaciones de grasas lubricantes completamente biodegradables y renovables, existe un campo abierto hacía la búsqueda de bio-espesantes basados en productos renovables cuyas características proporcionen las propiedades adecuadas al producto final. Con este objetivo, en este trabajo se pretende desarrollar dispersiones tipo gel biodegradables constituidas por un aceite vegetal (aceite de ricino) y materiales lignocelulósicos químicamente modificados que actúen como espesantes para su aplicación como grasas lubricantes. De este modo, materiales lignocelulósicos como la lignina, la cual está considerada un subproducto residual en la fabricación de la pasta de papel y producción de bioetanol, con una gran producción a nivel global; y la pasta de celulosa, compuesta por celulosa, hemicelulosa y lignina y que representa una materia prima renovable, abundante y asequible para muchas aplicaciones, han sido seleccionadas como biopolímeros para reemplazar los espesantes basados en jabones metálicos tradicionalmente empleados en grasas lubricantes. Con este propósito, se modificaron químicamente estos biopolímeros usando compuestos epoxídicos, tales como epiclorhidrina y derivados del glicidil éter, variando tanto la naturaleza del epóxido como la proporción utilizada en la reacción de epoxidación, y después se dispersaron en aceite de ricino con objeto de obtener geles químicos físicamente estables. Con el fin de evaluar el grado de modificación de los diferentes materiales lignocelulósicos y las propiedades de las grasas biolubricantes, se aplicaron diferentes técnicas de caracterización. Así, se realizaron ensayos de determinación del índice de epóxido, espectroscopía infrarroja, análisis termogravimétrico y calorimetría diferencial de barrido para verificar la modificación química de los biopolímeros. Además, se realizó una amplia caracterización reológica y tribológica de los oleogeles obtenidos, estudiando también la microestructura de algunos de ellos. En general, un mayor índice de epóxido, es decir un mayor grado de epoxidación de los materiales lignocelulósicos estudiados, mejoran la compatibilidad con el aceite de ricino y favorecen la estabilidad física de los oleogeles resultantes, como consecuencia del entrecruzamiento químico producido entre los grupos epóxidos libres y los grupos hidroxilos del aceite de ricino. Estas interacciones químicas son, por otra parte, las responsables de las propiedades finales de estos oleogeles. Así, se obtienen propiedades reológicas más adecuadas para su uso como grasa bio-lubricante cuando la lignina o la pasta de celulosa poseen un alto índice de epóxido. El grado de modificación de estos materiales lignocelulósicos puede controlarse variando las condiciones de la reacción de epoxidación (temperatura, tiempo y proporción de reactivos). Por otra parte, el uso de epóxidos aromáticos como agentes modificadores permite obtener, en general, propiedades reológicas y tribológicas más adecuadas en relación a las obtenidas utilizando epóxidos alifáticos, para el mismo grado de epoxidación del material lignocelulósico, debido a un mayor nivel de entrecruzamiento en la red tridimensional de los oleogeles químicos. De este modo, el comportamiento reológico de una gran parte de los oleogeles desarrollados fue muy similar al de las grasas lubricantes tradicionales. Por otro lado, las formulaciones espesadas con pasta de celulosa epoxidada muestran una excelente estabilidad térmica, sin cambios significativos en las propiedades reológicas hasta 150 ºC. Además, tanto la fricción como el desgaste, evaluados en un contacto tribológico, disminuyeron al introducir los bio-espesantes consistentes en material lignocelulósico epoxidado en las formulaciones, en comparación con el uso de aceite de ricino como único lubricante. Como principal resultado de esta investigación, puede concluirse que todas las formulaciones estudiadas y sintetizadas con compuestos procedentes de recursos completamente renovables, presentan propiedades adecuadas para ser propuestas como alternativas prometedoras a las grasas lubricantes convencionales.