Compuestos reforzados con celulosa: De la micro a la nanoescala

Cellulose-reinforced Composites: From Micro-to Nanoscale

En este artículo se presentan los avances más relevantes en los campos de: i) la modificación de la superficie de las fibras de celulosa; ii) los materiales compuestos basados en fibras de celulosa; y iii) los nanocompuestos basados en bigotes de celulosa o en nanopartículas similares a plaquetas de almidón. Los verdaderos avances logrados en el primer tema se refieren al uso de procesos de injerto sin disolventes (plasma) y al injerto de la matriz en la superficie de las fibras de celulosa mediante injerto mediado por isocianato o gracias a la "química del clic". En cuanto al segundo tema, cabe mencionar que para algunas combinaciones celulosa/matriz y en presencia de auxiliares adecuados o de un tratamiento de superficie específico, podrían obtenerse materiales compuestos de alto rendimiento. Por último, los nanocompuestos permiten utilizar la naturaleza semicristalina y la estructura jerárquica de las fibras lignocelulósicas y los gránulos de almidón para alcanzar más profundamente este objetivo aprovechado por la Madre Naturaleza.

INTRODUCCIÓN

La explotación de fibras de celulosa y/o nano-vástagos constituye un tema de rápido crecimiento, porque encaja muy bien con la marcada tendencia de utilizar materias primas renovables y biodegradables[1,2]. De hecho, estos elementos de refuerzo poseen propiedades mecánicas similares a las de sus contrapartes de base mineral. Desafortunadamente, las fibras orgánicas naturales presentan dos limitaciones principales cuando se utilizan como elementos de refuerzo en materiales compuestos, a saber: i) tienen una fuerte sensibilidad al agua y la humedad; y ii) muestran poca compatibilidad con las matrices poliméricas hidrofóbicas generalmente usadas en este campo. Las consecuencias de tales características son dramáticas en el contexto de los materiales compuestos, porque la adsorción de humedad induce una pérdida de sus propiedades mecánicas y la poca compatibilidad produce una débil adhesión interfacial y dispersabilidad, y consecuentemente compuestos de bajo rendimiento.

Las fibras lignocelulósicas consisten en microfibrillas de celulosa incrustadas en una matriz cementante de otros polímeros, principalmente hemicelulosas y lignina. Las propiedades de las fibras naturales están fuertemente influenciadas por muchos factores, particularmente la composición química y la estructura interna de la fibra, que difieren entre las diferentes partes de una planta así como entre diferentes plantas. En la mayoría de las fibras naturales, las microfibrillas se orientan en un ángulo respecto al eje de la fibra, llamado "ángulo de microfibrilla". Se encuentra una débil correlación entre la resistencia y el contenido de celulosa y el ángulo de microfibrilla o espiral para diferentes fibras vegetales.