Desarrollo de nuevos agentes espesantes y/o gelificantes de aceites vegetales a partir de diferentes fracciones lignocelulósicas modificadas químicamente mediante epoxidación / development of new thickening and/or gelling agents of vegetable oils from different lignocellusic fractions chemically modified through epoxidation

Resumen

En las últimas décadas, existe una mayor concienciación sobre la contaminación y los efectos negativos que los diferentes productos químicos ejercen sobre el medioambiente, especialmente los que proceden del petróleo. En este sentido, la industria de los lubricantes ha aumentado sus sensibilidad sobre el impacto ambiental 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. Sin embargo, en relación con las grasas lubricantes, éstas contienen espesantes no naturales, como jabones metálicos y poliureas, que implican una reducción de las características biodegradables del producto final. De esta forma, existe un campo abierto hacía la búsqueda de bio-espesantes naturales cuyas características proporcionen propiedades adecuadas al producto final. Así, este trabajo pretende desarrollar dispersiones tipo gel biodegradables constituidas por un aceite vegetal y materiales lignocelulósicos químicamente modificados que actúen como espesantes para su aplicación como grasas lubricantes. De este modo, materiales lignocelulósicos como la lignina, subproducto residual en la fabricación de la pasta de papel y producción de bioetanol; y la pasta de celulosa, materia prima renovable y abundante, han sido seleccionadas como biopolímeros para reemplazar los espesantes basados en jabones metálicos empleados en grasas lubricantes. Con este propósito, se modificaron químicamente estos biopolímeros usando epóxidos (epiclorhidrina y derivados del diglicidil éter), variando tanto la naturaleza del epóxido como la proporción utilizada en la reacción de epoxidación, y después se dispersaron en aceite de ricino obteniendo geles químicos físicamente estables. Con el fin de evaluar el grado de modificación de los biopolímeros, se realizaron ensayos de determinación del índice de epóxido, espectroscopia infrarroja, análisis termogravimétrico y calorimetría diferencial de barrido. Además, se realizó una amplia caracterización reológica y tribológica de los oleogeles obtenidos, estudiando también la microestructura de a algunos de ellos. En general, un mayor grado de epoxidación de los materiales lignocelulósicos mejora la compatibilidad con el aceite de ricino y favorece la estabilidad física de los oleogeles resultantes, debido al entrecruzamiento químico producto entre los grupos epóxidos y los grupos hidroxilos del aceite de ricino. Estas interacciones químicas determinan las propiedades finales de estos oleogeles, obteniendo propiedades reológicas más adecuadas para su uso como grasa bio-lubricante cuando el material lignocelulósico posee un alto índice de epóxido. Además, el grado de epoxidación puede controlarse modificando las condiciones de reacción (temperatura, tiempo y proporción de reactivos). Por otra parte, el uso de epóxidos aromáticos como agente modificador proporciona, en general, propiedades reológicas y tribológicas más convenientes comparados con los epóxidos alifáticos, para el mismo grado de epoxidación del material lignocelulósico. De este modo, el comportamiento reológico de una gran parte de los oleogeles 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 150º C. 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 resultado principal, puede concluirse que todas las formulaciones estudiadas, presentan propiedades adecuadas para ser propuestas como alternativas prometedoras a las grasas lubricantes convencionales.