Endo-beta-1,4-glucanasa para la fabricación de micro/nanocelulosapropiedades y aplicaciones

Resumen

En los últimos años, entre la comunidad científica y tecnológica se ha despertado un gran interés en la producción, caracterización y utilización de las nanofibras de celulosa. Esta especial atención se debe, principalmente, a su carácter biodegradable, su origen renovable y la versatilidad que presentan, haciéndolas aptas para ser utilizadas en multitud de aplicaciones. El estallido de esta temática de recerca tuvo lugar aproximadamente diez años atrás, tal y como se puede observar mediante el crecimiento exponencial de publicaciones científicas y patentes des de ese momento. Una gran cantidad de documentos hacen referencia a metodologías de producción y posibles aplicaciones. Sin embargo, la mayoría de técnicas de pretratamiento desarrolladas para la producción de nanofibras de celulosa se han centrado en procesos químicos, tales como la oxidación catalizada por TEMPO, la carboximetilación o la carboximetilación con clorito-periodato, carbonato sódico, sulfonación o hidrólisis ácida suave. Así mismo, estos pretratamientos químicos representan un elevado consumo de productos químicos no respetuosos con el medio ambiente y, adicionalmente, un coste de producción inviable cuando las nanofibras de celulosa van destinadas a sectores tecnológicos maduros como puede ser la industria papelera. Por otra parte, otras metodologías de producción de nanofibras de celulosa como el pretratamiento por hidrólisis enzimática o pretratamientos mecánicos se presentan como a alternativas con un menor coste económico e impacto ambiental. Aun así, en la bibliografía también se demuestra que las nanofibras de celulosa obtenidas mediante esta tipología de pretratamientos presentan características muy inferiores. En este sentido, la presente tesis explora la optimización del pretratamiento de hidrólisis enzimática para la obtención de nanofibras de celulosa con elevadas prestaciones. La optimización de este proceso se ha realizado mediante el estudio del efecto de la temperatura de trabajo, concentración de la suspensión, pH, concentración de enzima y tiempo de hidrolisis. La aplicación de estas nanofibras de celulosa enzimáticas, una vez optimizado el pretratamiento de hidrólisis, sobre suspensiones papeleras ha sido demostrado como a altamente efectivo, alanzando incrementos en las propiedades mecánicas del mismo orden que el que producen las nanofibras de celulosa obtenidas mediante oxidación TEMPO. Por otra parte, también se ha estudiado la aplicación de estas en combinación con otros métodos para al incremento de las propiedades mecánicas del papel como son el refino mecánico y el biorefino, con tal de obtener papeles con elevadas prestaciones. También en este sentido, se ha estudiado su compatibilidad cuando son utilizadas en masa con una posterior aplicación superficial de nanofibras de celulosa TEMPO. Una de las principales ventajas que presentan estos resultados son la conservación en cierta medida de las propiedades originales de las fibras, la posibilidad de reducir el gramaje de los papeles y/o la adición de una mayor cantidad de cargas minerales. Todas estas medidas, permitirían alargar la vida útil de las fibras y el aumento del número de ciclos de reciclado al que estas pueden ser sometidas. Así mismo, en la presente tesis también se ha evaluado el uso de estas nanofibras de celulosa en otros campos diferentes al papelero. Los experimentos realizados han demostrado que es posible su utilización en la fabricación de aerogeles con una superficie específica suficiente como para generar una gran capacidad de absorción y por otra parte nanopapeles con unas elevadas propiedades mecánicas y ópticas. Estos nanopapeles fueron modificados con nanopartículas de magnetita, dando lugar a membranas con un potencial uso en altavoces. De forma general, la presente tesis pretende demostrar que las nanofibras de celulosa obtenidas mediante un pretratamiento de hidrólisis enzimática pueden ser producidas de forma efectiva, de modo que puedan ser aplicadas en una gran variedad de campos científicos y tecnológicos. Su gran versatilidad, disponibilidad, bajo coste y bajo impacto medioambiental, justifican que en el futuro se continúe con su investigación sobre nuevas aplicaciones.