Obtención de películas para embalaje basadas en xilano extraído de madera. Mejora de sus propiedades mediante modificación química y/o agregado de celulosa nanofibrilar

Abstract

Con el objetivo de tener un mundo más sustentable, en la actualidad numerosas investigaciones apuntan a reemplazar el uso de polímeros sintéticos por naturales para la obtención de distintos materiales. En este proyecto en particular, se propone obtener películas para embalaje basadas en xilano (Xil) extraído de madera de álamo combinado con quitosano (Q). Para lograr buenas propiedades mecánicas y de barrera al vapor de agua se proponen las siguientes alternativas: a) formación de entrecruzamientos covalentes entre las cadenas de xilano y quitosano utilizando un ácido policarboxílico e hipofosfito de sodio como catalizador, y b) agregado de celulosa nano/microfibrilar (CNMF) de propiedades adecuadas para esta aplicación. Esta última será obtenida a partir de pulpa celulósica blanqueada de eucalipto y utilizando un tratamiento químico con ácido oxálico previo a la fibrilación. De esta manera se pretende desarrollar aplicaciones del xilano en productos de uso masivo para embalaje como son las películas. Éstas podrían además formar parte de un material multicapa o podrían constituir un recubrimiento de papel. Las películas obtenidas se caracterizarán mediante FTIR, DRX, SEM, AFM y análisis térmico (TGA). Además, se evaluarán sus propiedades mecánicas en seco y en húmedo a través de ensayos de resistencia a la tracción-elongación y análisis mecánico-dinámico (DMA). Se determinará también su capacidad de absorción de agua, permeabilidad al vapor de agua y al oxígeno. Esta información permitirá establecer la relación que existe entre la estructura química de los constituyentes de las películas y su interacción en las propiedades de las películas. Por otro lado, la posibilidad de contar con xilano extraído a escala piloto y de una metodología optimizada de preparación de celulosa nanofibrilar, permitirá analizar otras posibles aplicaciones de estos constituyentes.

Several new investigations have been based on replacing the use of synthetic polymers by natural ones to obtain different materials. In this particular project, it is proposed to obtain packaging films based on xylan (Xil) extracted from poplar wood combined with chitosan (Q). To achieve good mechanical and water vapor barrier properties, the following alternatives are proposed: a) formation of covalent crosslinks between the xylan and chitosan chains using a polycarboxylic acid and sodium hypophosphite as catalyst, and b) the addition of nano/microfibrillar cellulose (CNMF) of specific properties for this application. The CNMF will be obtained by oxalic acid treatment of bleached eucalyptus cellulosic pulp followed by fibrillation. The objective is to find new applications of xylan in products used for packaging, such as films. These films can also be part of a multilayer material or used as coating for papers. Their will be characterized by FTIR, DRX, SEM, AFM and thermal behavior (TGA). Besides, their dry and wet mechanical properties will be evaluated by determining the stress-strain behavior using a universal technical machine and the dynamic mechanical analysis (DMA). Besides, the water absorption capacity, and water and oxygen permeabilities (OP) will be determined. This information could allow establishing a relationship between the chemical structure of the components of the films and the interaction between them on the properties of the films. On the other hand, obtaining xylan at pilot scale and an optimizing nanofibrillar cellulose preparation, will allow analyzing other possible applications of these compounds.