obtencion de nanocelulosa

1. OBTENCIÓN DE FIBRA NANOCELULOSECOCOVERDE Y FUSIÓN contenidode almidón
biodegradablesPELÍCULASplastificadasconglicerol
INTRODUCCIÓN
Actualmente,labúsquedade lasostenibilidad,diversasinvestigacionesyestudiosenel campode
losmaterialespoliméricosycompuestoshansidoyestánsiendollevadasacabopara garantizar la
preservacióndel medioambienteyproporcionarunamejorcalidadde losmateriales
desarrolladosymejornivelde vidaasociedade.1- 4Entre las investigacionesenestaárea,en
busca de la aplicaciónde losrecursosnaturalesenlapreparaciónde materialesestáncreciendoy
se puedendestacarel usode la matrizpoliméricarenovable yfibrasnaturalesysusderivados.4,5
la incorporaciónde unapequeñacantidadde aditivonanoescalapuedeproducirmateriales
compuestosconpropiedadesmejoradasypuede tenerdiversasaplicacionesindustrialesy
tecnológicas.6,7hasidobiendescritosenlabibliografíael términodescribe unaclase de
nanocompuestosdosfasesde material,enel que unafase tiene al menosuntamañode menosde
100 nm.8 Algunosestudiosmuestranque el interéscomercial enlaobtenciónde nanopartículas
para su usocomo aditivosyse incorporanenlos materialescompuestosse hacentrado
principalmente enfuentestalescomoarcilla,sílica9yotros materialesinorgánicos,talescomo
nanotuboscarbono.10Sin embargo,enlasúltimasdécadas,lospolímerosreforzadoscon
nanofibrasde celulosaode susderivadoshanatraído laatenciónde muchosinvestigadores
debidoalosproblemasambientales,8y tambiéndebidoalamejorade propiedadesmecánicas,
térmicasy biodegradabilidad,debidoprincipalmente al tamañonanométricoaltacristalinidadde
la celulosaincorporada.Nanocompuestosconnanocelulose construidopuedentenersusmejores
propiedadesmecánicasyde barreraen comparacióncon polímerossinlapresenciade aditivo.11-
15.
La fibrade coco es un material lignocelulósico,que se caracterizaporuna altaresistenciay
durabilidad,debidoprincipalmente asualtocontenidode ligninaencomparaciónconotras fibras
naturais.16,17 La ampliadisponibilidadde lasfuentesde Brasil de fibrasvegetalesricosde
celulosa,talescomococo,y subajo coste,justificanel usode estasfibrascomofuentesde materia
primapara la obtenciónbiodegradablenanomaterial nanocelulose reforzadoextraídode fibrade
coco. Las ventajasde utilizareste tipode material incluyen:sunaturalezarenovable,
biodegradabilidad,propiedadesmecánicasmejoradasyde bajocosto encomparacióncon
nanofibrassintéticas.
La producciónde lapelículaa partirde almidónde yucaha sidoestudiadoporel hechode que el
material se encuentrafácilmente,tenerunbajocosto y tambiéndebidoasuspropiedades
filmógenas.18,19películasflexibleshechasde almidónde yucase desarrollóconéxitoen
diferentesusoestudos.12,13,20-23 de plastificante,tal comoglicerol,permite unmayor
porcentaje de alargamientode laspelículas,13.21 mejorarla viabilidaddel material,yrepresenta
un importante impactocientíficodebidoalacapacidad actual la producciónmundial de glicerina
vegetal,yestofue utilizadoparael desarrollode nanobiocompósitoseste estudio.Ladispersióny
la incorporaciónde diferentesfuentesde celulosade laspelículasde almidónnanocristalesse han
reportado12,13,24-26 obteniendoasínanobiocompósitosconpropiedadesmejoradas.
En este trabajo,nanobiocompósitosobtenidosapartirde fuentesrenovablesse prepararonen
concentracionesapropiadasypre-establecidasapartirde las pruebasde preliminares27utilizando

2. un almidónde yucamatrizpolimérica,plastificadoconglicerol yel contenidonanocelulose bajos
obtenidosapartirde la fibrade coco.Teniendoencuentaque laincorporaciónde nanopartículas
de celulosapuede se prepararonablesenconcentracionesapropiadasypre-establecidaapartirde
laspruebasde preliminares27utilizandounalmidónde yucamatrizpolimérica,plastificadocon
glicerol yel contenidonanocelulose bajosobtenidosapartirde la fibrade coco verde.Teniendo
encuenta que laincorporaciónde nanopartículasde celulosapuedemejorarlaspropiedadesde
películasbasadasenmatricesbiodegradables,el objetivode este estudiofue obtenerpor
nanocelulosehidrólisisácidade fibrade cocoy investigarlainfluenciade laincorporaciónde estas
nanopartículasenlaspropiedadesmecánicas,térmica,labarreray labiodegradabilidadde
nanobiocompósitosobtenidos.
EXPERIMENTAL
Material
A medidaque se utilizaronmaterialesde almidónde yuca(Cargill AgricolaSA),glicerol (Synth®),
fibrade coco obtenidoenlosmercadoscallejeros(Salvador - Bahia- Brasil),reactivostalescomo
hidróxidode sodio,hipocloritode sodio,ácidosulfúrico(98, 08%) y ácido acéticoVetec® y
celulosamembranade diálisisparaD9777 - 100 FTO (corte de 12.000 Da),de Sigma-Aldrich.
Extracción de la celulosade la fibra de coco
Las fibrasde coco se secaronenun horno(100 ° C) y posteriormentese molieronenunmezclador
para obtenerunmaterial enpartículasy se tamizaron enun tamiz de mallafina40. A
continuación,30 g de la muestrase lavaroncon 1200 ml de soluciónde NaOH2 % durante 4 horas
bajoagitaciónconstante (80 ° C). La soluciónresultante se filtróavacío usandounembudo
Büchnery Kitassatoyse lavócon agua destiladaparaobtener lapulpa.El procesode lavadoy
filtraciónse repitiócuatrovecesparalaeliminacióncompletade los agentessolublesenagua.
Despuésde lavarlasfibrasse realizóprocesode deslignificaciónde lapulpaa travésdel escaldado
usandouna mezclade 300 ml de hipocloritode sodio1,7% y 300 ml de solucióntampón.La
soluciónresultantese colocóbajoagitación(80 ° C) durante 6 horas,se filtróysecóen estufa(40 °
C),produciendode este modoel residuoocelulosade pulpaque se pulverizaposteriormente
usandoun molino.Lametodologíautilizadafue adaptadode Rose etal17 y Samiret al28
Obtenciónde nanocelulosade fibra de coco
Los nanocristalesde celulosase prepararonporhidrólisisácidausando64% de H2SO4 como
metodologíaadecuadaRose etal.17 Un total de 12 g ml-1 pastase sometióaagitaciónconstante
durante 10 a 15 minutosa50 ° C.Despuésdel tratamientoporhidrólisisácida,lasmuestrasse
filtraronhinchadoconagua destiladahasta40 ml en tubosFalcony se centrifugódurante 10 mina
4400 rpm a 10 ° C con el finde separarla suspensiónde cristales.Este procedimientose repitió
hasta que el sobrenadante nomostrómás(promediode 6a 7 veces).A continuación,las
suspensionesse sometieronadiálisisutilizandounamembranade celulosa,ydespuésde alcanzar
un pH de entre 6 a 7 muestrasse colocaronenun bañode ultrasonidosdurante 5minutospara
dispersarlosnanocristales.

3. Microscopía electrónicade transmisión(TEM)
La nanocelulosade fibrade coco suspensiónse analizóporTEMpara determinarlalongitudde la
fibra(L),el diámetro(D) ypara indicarel estadode agregaciónde loscristales.NanoceluloseLa
suspensiónse mezclóenvolúmenesigualesconacetatode uraniloacuosoal 2% (AU) y 10 ml de
mezclade UA-nanocelulose se dispensósobre unarejillade cobre (malla400) yse dejóreposar
durante 30-60 segundos.Larejillase secóyse visualizaenel microscopioelectrónicode
transmisiónFEITecnai G2-Espírituvoltaje de aceleraciónde 120 kV.Las longitudesylosdiámetros
de loscristalesse midierondirectamentede lasmicrografíaselectrónicasde transmisiónutilizando
Image Tool 6.3 (MediaCybernetics,Inc.,Bethesda,MD) 30 mediante larealizaciónde mediciones
para determinarlosvaloresmediosylasdesviacionesestándar.
Desarrollode nanobiocompósitospor colada
Los nanobiocompósitosse procesaronde acuerdoalatécnica de fundición,que consistíaenla
preparaciónde unasoluciónde películadisolviendoalmidónde yucaenaguadestilada(3,6;4,5; y
6,0% g / 100 g), usadoglicerol comoplastificante (0,5;0,9; 1,5% g / 100 g) y nanocelulose
suspensión(0,18y0,30%, g / 100 g),que se calentóentonceshastalatemperaturade
gelatinizacióndel almidón(70° C) bajo agitaciónmanual constante.Lasoluciónfilmógena(40g) se
pesóenplatosde Petri de poliestirenoyse secaenun hornocon circulaciónde aire (35 ± 2 ° C)
durante 18 a 20 horas.Los mentosnanobiocompó- obtenidosse acondicionaron(60% de
humedadrelativa,23° C) endesecadoresque conteníanunasoluciónsaturadade clorurode
sodio,durante 10 días antesde sercaracterizadocomo la adaptaciónde lametodologíapropuesta
por Veiga-Santosy3 El Scamparini.29lasformulacionespreparadas(F1,F2y F3) se obtuvieronde
un estudiorealizadopreliminar27partirde un diseñocompuestocentral (CCRD2³) (Tabla1),que
culminóconla obtenciónde 17 formulaciones.Lastresformulacionesestudiadasfueron
seleccionadasenvistade lasexcelentespropiedadesmecánicaspresentadas.Paracada
formulaciónde prueba,losresultadosidentificadosse compararonconuna películade control (C
1 a 4,5% de almidóny0,9% de glicerol g/ 100 g) sinlaadiciónde nanoceluloseparael análisis
comparativode laspropiedadesde barreraymecánicas. El control se basa enlosvaloresde
almidónintermedios(X1) yglicerol (X2) obtenidosenel diseño.
Determinacióndel espesory propiedadesmecánicas
El espesorde nanobiocompósitosyel control pre-envasados (60% de humedadrelativa,25° C) se
evaluóusandoel espesormediode 6medicionesenposicionesaleatorias,conunapuntaplana
micrómetrodigital Mitutoyo(conunaresoluciónde 1uM) por triplicado.Losensayosde tracción
se llevaronacabo en unamáquinade ensayosEMIC, DL2000 / 700 modelouniversal,concarga
máximade 20 KN siguiendolanormaASTMD-882.30 con unavelocidadde 12,5 mm min -1 yla
temperatura25 ° C , que se determinaronenel esfuerzomáximo,el módulode Young(elasticidad)
y el porcentaje de desviación.Losensayosde tracciónse llevaronacaboen 8 muestrasde ensayo
para cada muestracon dimensionesde 50 mmde largoy 25 mm de ancho. Las propiedades
mecánicasde nanobiocompósitosse monitorizaroninmediatamente alos90 días para evaluarla
estabilidadde losnanocristalescomorefuerzoaditivo.Lasformulacionesse colocaronen
desecadoresque contienenclorurode sodiosaturado(60% de humedadrelativa,23 ° C) yse
evaluaronenlosdías 0, 30, 60 y 90.

4. Determinaciónde la actividadde agua (aw),la solubilidad,lahumedad y sólidostotales
La mediciónde lasnanobiocompósitosycontrol de aw se realizaronconun decágono,Labmaster
(Novasina) concontrol de temperatura(25° C) usandoel Software NovalogMC.La humedadyel
total de sólidosde lapelículade secadose obtuvieronenel,infrarrojosequilibrioShimadzu
infrarrojosconla intensidadde laradiaciónde modoque lamuestraalcanzó 110 ° C. La solubilidad
enagua de lasformulacionesyel control se determinóde acuerdoconGontardet al.31 Todaslas
determinacionesse realizaronportriplicado.
El análisistermogravimétrico(TGA) y calorimetríadiferencial de barrido (DSC)
El análisistermogravimétricode nanobiocompósitosse realizaronenunanalizadortérmicoDTG
Shimadzu-60.Enlas pruebasse utilizaronmasasde aproximadamente8mg crisol de platino,una
atmósferainerte de nitrógenode 30ml min-1,con una velocidad de calentamientode 10 ° C min-
1 enel intervalode temperaturade 25 a 600ºC. Los resultadosse expresaronporlacurvade TGA
y la curva DTG de solapamiento(termogravimetríaDerivative) derivadode laprimeracurva.Para
el análisisde calorimetríadiferencial de barrido(DSC) Se utilizóuninstrumentouniversalPerkin
ElmermodeloDSC7. Aproximadamente 8-10mg de muestraspreacondicionadas(60% de
humedadrelativa,25° C) fueronselladasherméticamente enrecipientesde aluminioparaevitar
la evaporacióndel aguadurante laexploración.Unabandejade aluminiovacíasirviócomo
referencia.Escaneose realizóatemperaturasde -50 ° C a 250 ° C a una velocidadde 10 ° C min-1y
N2 10 mm min-1.Las muestrasse evaluaronde acuerdoconla metodologíapropuestapor
Sobral.32 se calcularonTonset(bajatemperaturade gelatinizacióncaso),Tp(picode temperatura
de gelatinización) yDH(encaso de gelatinizacióncambiode entalpía) del termogramagenerada
enescanear.
Análisisestadístico
Los resultadosdeterminadosenel estudiofuerontratadosporlapruebade Tukeypara identificar
diferenciassignificativasentrelasformulacionesyformulacionesycontrol,conunnivel de
significacióndel 95%para cada parámetroevaluado.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
A 10 g de fibrasometidaal procesode lavadoyblanqueo,se obtuvieronaproximadamente 1,25g
de pasta de celulosa,el rendimientode extraccióndel12,5% (Figura1H). Los patronesde
difracciónde rayosX de fibrade coco enla naturaleza,lapastade celulosaobtenidastrasel
procesode blanqueoynanocristalesde celulosaliofilizadosse representanenlaFigura2S. La
suspensióncuandose ve atravésde lospolarizadores,mostróunafase nemática,resultandoen
luzbirrefringêngia,consideradaunaindicaciónde lapresenciade nanocristalesensuspensión
(fase líquida-cristalina) (Figura3S).LaFigura 1 muestralas micrografíasTEM de los nanocristales
de celulosade fibrade coco ensuspensiónacuosa(0,66 g / 10 ml).Estasimágenesdemuestranla
eficaciadel tratamientoporhidrólisisácidaparaobtenerel nanocelulose de fibrade coco,loque
confirmalapresenciade suspensionesnanaocristaisenque consistenprincipalmentede fibrillas
individualesyalgunosagregados.Estoesconsistenteconel modeloestructural propuestopor
Battistay Smith35 y losresultadosobtenidosporSamiretal.,28 Rose etal., 17 y 36,37 Mesquita
et al .. Las longitudesse identificaron(L) mínimoymáximo98nm y 430 nm, respectivamente,
tuvieronunpromediode 201 ± 57 nm.Los nanocristalesmostraronde anchura(D) de 5,6 ± 0,98

5. nm.La relaciónmedia(L/D) se determinóa38,9 ± 4,7 enun intervalode 18,2 a 75,4, que está en
el rango de nanocelulosetienenungranpotencial paraserutilizadocomorefuerzoenmateriales
nanocompuestosonanobiocompósitos.17,37
Es de destacarque lascondicionesde hidrólisisutilizadasparalapreparaciónde losnanocristales
son responsablesde laspropiedadesdimensionalesde estaspartículas,36,38 grabadocomo
prolongadanosólo puede destruirlaspartesamorfasde lacelulosa,perotambiéndestruye las
áreas parcialmente cristalinasde lasfibras,loque resultaenunareducciónde lalongitudde
nanocristales.Mesquitaetal.,36 por mediode imágenesde TEMse obtuvieronvaloresmediosde
la longitud(L) yla anchura(D) de nanoceluloseeucalipto145± 25 ± 6,0 nmy 1,5 nm,
respectivamente,dandounarelaciónde aspecto(L/ D) de aproximadamente 24.losresultadosde
este estudiotambiénsonconsistentesconlosencontradospor otrosautoresque caracterizanlas
dimensionesde nanoceluloseobtuvieronapartirde diferentesfontes.11,38-40lastres
formulacionesnanobiocompósitosobtenidosapartirde un diseñocompuestocentral (CCRD2³)
de control preliminar27de Cine (C1) fueroninvestigadosporlospropridadesde barrera(espesor,
aw,solubilidadenaguayhumedad) ylaspropiedadesmecánicas(tensiónmáxima,móduloypor
cientode deformaciónde Young) ybiodegradabilidadenel suelopreparado(formulacionesde
control y C2). Hemostratado de evaluarlainfluenciade laadiciónde soluciónnanocelulose de
coco en estosparámetros.Tambiénse evaluaronlaspropiedadestérmicasde los
nanobiocompósitospreparadosatravésde la TGA y análisisde DSC.
Uno de losparámetrosmásimportantesque se utilizanparalaconservaciónde losalimentosesel
control de la actividadde agua (aw).AWse consideraunparámetrode alimentosde humedad
completamenteconectado,loque determinasucapacidadde conservaciónde lapropagación
microbianayquímicas.42 reaccioneseventoReducirlacantidadde agua libre enrecipientespara
productosalimenticiosse hatraducidoenlaminimizandoladisponibilidadde aguapara el
crecimientode microorganismos,evitandoasíloscambiosquímicosnodeseadosparael
almacenamientode destacarprodutos.43estambiénque losproductosconvaloresmásbajosde
Awde 0.600 estánrelativamenteprotegidascontralacontaminaciónmicrobiana,mientras
proliferaciónde microorganismosespecíficospuede ocurrircon mayoraw valora0,600.43
Teniendoencuentaque el aguamigrade áreascon altosvaloresde Aw a áreas de valoresde Aw
baja,es importante tenerbajosvaloresparaeste parámetrocuandoel usode recipientespara
productosalimenticiostalescomopelículasde base biológica.11,13,22,44 que comparan los
nanocompuestosdesarrolladosconel control de lapelícula,se puede verque laadiciónde
nanocristalesde fibrade celulosade cocodisminuye losvaloresde aw (p<0,05 ) (Tabla2). Los
valoresvariaronaw 0,638-0,686 y lahumedaddel 81,13-84,39% de lasformulaciones,yporlo
tanto se considerancomoproductosde humedadintermedia.Silvaetal12formuladoy
caracterizadopelículasde almidónque contienennanocelulose eucaliptoyencontraronvalores
aw que van desde 0,461 hasta 0,630, y se encontróque lasformulacionesque contienen
porcentajessuperioresananoceluloseteníanaw inferior.
La solubilidaddelaguaenlaspelículasesunapropiedadimportante ypuede actuarcomouna
protecciónpara losalimentosque Aw esaltacuandoel alimentoentraencontactocon agua
durante cocção31 o inclusocuandose consumenlaspelículas(comestible).45Todos los
nanobiocompósitosestudiadosdespuésde habersidosumergidoenaguadurante 24 horas bajo
agitaciónconstante se habíanconvertidoentodaaparentemente intactoyencuantoa cómo y

6. permanecióinmóvil conbuenaflexibilidaddurante lamanipulaciónyplegado.Enel aspectovisual,
laspelículashabíanperdidolatransparenciayes opaca.Resultadossimilaresse encontraronen
este estudioparaMatta et al ..45 La solubilidadmásaltase encontrópara la muestrade control,
entonceslaF1 formulación,42.55 y 23.11%, respectivamente.LosnanobiocompósitosF2y F3, con
lasmismasconcentracionesde nanocelulose incorporados(0,30%) mostraronunasolubilidaden
agua de 12.05 y 12.76%, respectivamente,sindiferenciassignificativasentre lasmuestras(p>
0,05); loque indicaque la presenciade losnanocristalesenunaconcentraciónmásaltadisminuye
la solubilidaddel biopolímeroenágua.11
nanocristalesde celulosapuedeproporcionarunabarrerafísicaa travésde lainteracciónconla
matrizpoliméricadel almidónyel plastificante,dificultandoporlotantolapermeaciónde agua,
mediante laobservación delefectode reducirsuabsorción.Comose ve obstaculizadala
interacciónentre lamatrizde almidónenlasmoléculasde agua,se observa,porlotanto,una
disminuciónde lasolubilidadenaguade nanobiocompósitosencomparaciónconel control.El
comportamientode losnanocristalesde celulosacomounabarrerafísica para la penetraciónde
agua se puede explicarporel altogrado de cristalinidadde estasnanopartículas(69,1% del índice
de cristalinidad).Resultadossimilaresalosencontradoseneste estudioporRodríguezetal.,46
Paralikaraetal.47 y Saxenay Ragauskas.48 observartambiénque laadiciónde plastificante,en
particular,glicerol,tiene unagraninfluenciasobre lasolubilidadde laspelículasde almidón
debidoasu carácter hidrófilo.Glicerol interactúaconlamatrizde lapelículaaumentandoel
espaciolibre entre lascadenas,facilitandoasílaentradade agua, y por lotanto el aumentode
solubilidade.49-51
La incorporaciónde lasoluciónde nanocelulose de cocode laspelículas de almidón
biodegradablesplastificadasconglicerol,adiferentesconcentraciones,diolugaraalteraciónde
laspropiedadesmecánicasde lasformulacionesestudiadas(Tabla3).Los nanocristalesde celulosa
eraneficacespara aumentarlatensiónmáxima de hasta1,109% (F3) en comparaciónconel
control (sinnanocelulose películade almidón - C1).Esde destacarque estapropiedadhasido
alteradode manerasignificativa(p<0,05) con la incorporaciónde nanoceluloseentodaslas
concentraciones.Tabla3muestralosresultadosparala determinaciónde propiedadesmecánicas
de nanobiocompósitosestudiadosencomparaciónconel módulode control que muestrael
aumentoyla presiónmáximay,porlo tanto,la disminuciónenel porcentajede deformación.
F2 y F3 se monitorizaronformulacionesque mostraronexcelentesresultadosparamóduloyla
resistencia,ylaformulaciónF1que a pesarde tenermenoresvaloresde estosparámetros,mostró
una altadeformaciónporcientoencomparaciónconotras formulaciones(Tabla3).Se ha
encontradoque laspropiedadesmecánicasde estasformulacionesnose hancambiado
signicativamente (p>0,05) para 90 días de almacenamiento(60% de humedadrelativa,23° C), y
por lotanto losnanobiocompósitostienenunaaltaestabilidad conrespectoalaspropiedades
mecánicas( 1S mesa) puedenser,porejemplo,serutilizadosparael envasadode diversostiposde
productosque requierenunalmacenamientoprolongado,talescomoproductosconun alto
contenidode gordura.13
Cao etal.15 informótendenciasimilaraeste estudio,cuandose formulaymecánicamente
caracterizapelículasbiodegradablesde almidóntermoplásticoylafibrade cáñamo nanocelulose
como material de refuerzo.Lafuerza(esfuerzomáximo) aumentóde 3,9MPa a 111,5 MPa cuando

7. nanocelulosecontenidoaumentóde 0% a 30%. Porlas mismasconcentracionesde nanocelulose,
el módulode Youngaumentóde 31,9 MPa a 823,9 MPa, respectivamente.Benini52fibras
incorporadasblanqueadosde coco(celulosa) enpoliestirenode altoimpacto(HIPS) comomatriz
termoplástica,ylatensiónmáximayel módulode Youngfueron23,7 MPa y 3,0 MPa,
respectivamente,paralosmaterialescompuestosque contienen30% fibras.Losvalores
reportadossonsimilaresalosencontradoseneste estudiopara laF1 y F2, y muchomenorpara la
formulaciónF3.Esto puede indicarque lapulpade coco,inclusocuandose incorporaen una
matrizde HIPS,nopuede promoverunamayorfuerzatan eficientementecomolosnanocristales
obtienende estafuentede celulosa. Esde destacarque losnanocristalesde celulosase
incorporanenuna matrizmenosresistente,el almidón,que eralamatrizutilizadaeneste estudio.
Palvaetal., 53 valorespreparadoycaracterizadonanocompuestosde polipropilenoy
montmorillonitaorganófilacomercial endiferentesconcentraciones(2,5a 10%) por lamasa
fundidade entrelazadotécnicaenunaextrusorade doble tornillo,yse encuentrande 371,4 MPa
para el móduloy29,9 MPa para los nanocompuestosde tensiónmáximosque contienen10% de
montmorillonitaorganófila.Aunquelamatrizutilizadaenel estudioesunamatrizsintética,los
resultadosobtenidoseneste estudioparael móduloylatensiónmáxima,laformulaciónF3que
contiene 0,30%de nanocelulose incorporadoenunamatrizde almidónbiodegradable,son
similares,siendoencontradosparaestapelículavaloresde 470,9 MPa para el móduloy14,09 MPa
para la cepa(véase laTabla 3).El análisistermogravimétricoesunanálisisfundamentalenla
caracterizaciónde películasbiodegradables.Conlacaracterizaciónportermogravimetríafue
posible establecerlatemperaturade degradacióntérmica,el efectode laadiciónde nanocristales
de celulosade coco y nanobiocompósitosestabilidadtérmica.Lascurvasde TGA y DTG (derivados)
de las diferentesformulacionesse muestranenlaFigura2, y muestrala pérdidade pesodel
material cuandose calienta.
Se encontróque las formulacionesestudiadassontérmicamenteestablesenel rangode
temperaturaaproximadaentre 50° C y 180 ° C. A partir de estatemperaturase inicióel proceso
de descomposicióntérmica,que se llevóacabo enuna solaetapa,entre 330 ° C a 380 ° C, y se
asociacon la descomposiciónde lamatriz,que eneste casoparece bastante uniforme (interacción
óptimaentre lamadre,nanoceluloseyel plastificante).Se consideróunpequeñoeventotérmico
se produce enaproximadamente 100° C para todaslas formulaciones,yaque este eventose debe
a la pérdidade agua de nanobiocompósitos.Paraevitarlaformaciónde este evento,laspelículas
se puedensecarenun hornoantesdel análisis.Rose etal.17 informóde que la pérdidade masa
eventotérmicomediante TGA parananocelulose de cocohechaporseparadose produce enel
intervalode 120-200 ° C.SegúnBonn,54 en lacurva característica de almidónde yucaTGA esla
presenciade dosetapasde descomposición,laprimeraestaralrededorde 60 a 70 ° C y terminaa
una temperaturaalrededorde 183,8 ° C, característicode humedadpresenteenlamuestra.A
partir de estatemperaturacomienzalasegundaetapa,que esel cambiode masa,que se completa
enel intervalode temperaturade 595,2 ° C,cuando la curva tiene sustancialmente unafase
constante ningunavariaciónde peso.Latemperaturade ladescomposicióntérmicamáximade
tasa de almidónesde alrededorde 354,0 ° C. Silvaetal.12 evaluadasporTGA, películasde
almidónde yucacontiene nanocelulose eucaliptoyinformadode que lapresenciade altas
concentracionesde estosnanocristales(3,0a5,0%) promueve laocurrenciade uneventotérmico
aún más cuandose compara con películasque contienenmenorporcentajede nanocristales(0,1a

8. 2,0%) y otrossugierenque laestabilidadtérmicade laspelículasdisminuyóconel aumentode
incorporaciónde estasnanopartículas.Tomasiketal.,55 de analizarel comportamientotérmico
del almidónobservóque muchoscompuestosvolátilespuedenestarpresentesatemperaturas
superioresa250 ° C, incluyendoCO2,algunosaldehídosycetonasinferiores,asícomo
metilfuranos,que puedeseridentificadoyseparadoaguaenel análisisDSC.Porlotanto, los
valoresde latemperaturainicial de descomposicióntérmicasonimportantes,yaque indicanel
límite superiorde latemperaturade procesoode fabricacióntérmicade losmateriales.
La estructuracristalinadel almidónse pierde cuandose calientaatemperaturasentre 70-90 ° C en
presenciade plastificantestalescomoaguao glicerol.56Este procesose llamagelatinizacióny
estáasociadocon la rupturade losenlacesintermoleculares, disminuyendoel tamañoyel número
de las regionescristalinasenel material,loque permite laformaciónde nuevosenlacesde
hidrógeno,que absorbenmásaguayla disoluciónde losgránulosamido.57
La temperaturade gelatinizacióndepende,entre otros factores,lafuente de almidón,el pHdel
medio,del contenidode humedadylacantidadytipode plastificanteutilizado,comolatécnica
glicerol.56DSCpermite,cuandose aplicaal almidón,lasmedidasflujode calorcuantitativa
asociadaa lagelatinización,que produce unaseñal endotérmicaenel DSC.58termogramaen la
Tabla 4 se reportanlosdatosextraídosde la curva de DSC (Figura4S): latemperaturade
gelatinizacióninicial de la(Tonset),latemperaturapicoparaeste eventotérmico(Tp) yel cambio
de entalpía(DH) asociadoscon el mismoevento.
Valoresde TPpara lagelificación,sinlapresenciade glicerol adiferentestiposde almidón
típicamente sonentre 65 a 75 ° C. Sinembargo,estosvaloresaumentansignificativamentetrasla
adiciónde un plastificante conunamasa molarmás altaen comparaciónconel agua, talescomo
el glicerol.59se ha propuestoque este efecto(aumentode latemperaturade gelatinizaciónconla
cantidadde glicerol) se produce yaque lanaturalezahidrófilade la glicerol interfiere conla
absorciónde humedaddel almidónyporlotanto reduce lahumedadeficazdel almidón
disponiblesparaayudarenla gelificación.56.59
Se observa,de hecho,que el TP fue menorpara nanobiocompósitosteníanmenores
concentracionesde glicerol.
El Tonsetvarióde 31.81 a la 37.44 ° C, mientrasque Tptiene unrango de 86,28 a 91,80 ° C. La
formulaciónF3era el que teníael Tonsetmás bajo(31,81 ° C) (Tabla4), que puede estar
relacionadoconreducireste contenidode glicerol en estaformulaciónencomparaciónconlos
otros.La energíanecesariaparala desorganizacióndelordenmoleculardifiere de acuerdoconla
formulaciónde lapelícula,siendomayorenel F3 formulación,DH= 371,7 J g-1, que muestralos
valoresde almidónintermedios,menorporcentajede plastificante yde mayorvalornanocelulose
incorporada,e inferiorparalaformulaciónF1,DH = 275,2 J g-1, que tiene laconcentraciónmás
baja y plastificante nanocelulose.
El procesode biodegradacióneneste estudiose siguierondurante 17semanasenel suelo
preparadosa 30 ° C segúnla norma ASTMestándaresdesde 160hasta 0.334 G (Tabla 5).La
viabilidaddelsuelopreparadase ensayóde acuerdoconNBR 11912,60 Los resultadosde la
pruebade viabilidadsuelopreparado fue satisfactorio,yaque fue lapérdidade 85% de la
resistenciamecánicade latelade algodóncrudo.

9. Comose esperaba,se observóque lapérdidade masadurante el ensayode biodegradabilidad
aumentóconel tiempo.Se encontróque todaslasformulacionesestudiadassufrieron
degradaciónsimilarsobre las17 semanas,independientementedel porcentaje de nanocelulose
añadena la matrizde almidónplastificadoconglicerol (Figura5S).El control de ladegradación
(C2) fue similara lasmuestras,loque indicaque lapresenciade cristalesde coconanocelulose
ningunainfluenciasobre labiodegradabilidadde procesode nanocompuestos.Todaslas
formulacionesyel control (C2) mostraronuna pérdidade masade aproximadamente 80% conla
masa residual de 20% despuésde 119 días. SegúnJayasekaraetal.,61 cambioprincipal que esun
polímerodegradable se someteaunadisminuciónenel pesomolecularcomose forman
productosmás pequeños.El almidónpuede serdegradadoporloshongosy/ o bacteriaspor la
acción de enzimas,loque resultaenlaformaciónde CO2,el agua y azúcares.En el caso de
mezclasde almidón/(plásticos),el almidónse degradamásrápido,loque favorece ladegradación
de la matrizsintéticaparafacilitarel accesode microorganismosolosotroscomponentesde esta
mezclapuedensertotal oparcialmente biodegradável.62este estudiotodosloscomponentes
añadidosenlamatriz de almidónpoliméricosonbiodegradables,esdecir,el glicerol plastificantey
nanopartículasobtenidasapartir de pulpade coco.
Beltránetal. 63 películasbiodegradablesclasificaciónalmidónemitidosconlaadiciónde arcillaa
concentracionesde 1,3 y 5% fueronsometidosaestudiode biodegradaciónenel suelo
enriquecidoconhumus.Laspelículasmostraronbuenadegradabilidadinclusoconlaadiciónde
arcilla(5%) y tenía 29% de lamasa residual despuésde 30 días. Paulaetal. 64 evaluólainfluencia
de nanocristalesde eucaliptoenladegradaciónhidrolíticade lapolilactidautilizandounmedio
tampóny se observóque lapresenciade lasnanopartículasindujounafuerte retrasoenla
degradaciónhidrolíticadel polímero.Este efectose relacionaconlabarrera físicacreada por el
eucaliptonanopartículasaltamente cristalinasinhibieronlaabsorciónde agua por el retrasode la
degradaciónhidrolítica.
CONCLUSIÓN
Los resultadosdel estudioconfirmanque lananocelulose fibrade cocodel almidónde yucay
glicerol se presentancomomaterialesprometedoresparael desarrollode compuestos
biodegradables.Laobtenciónde lafibrade coco nanocelulose porhidrólisisácidaesventajoso
porque este procesodacomo resultadonanocristalesque tienenungranpotencial parasuuso
como refuerzode matricespoliméricasbiodegradables,debidoasutamaño nanométricoyel alto
grado de cristalinidad.Laaplicaciónde estasnanocargasenplastificadoconpelículasde almidón
glicerol diocomoresultadolaobtenciónde unmaterial homogéneoconcaracterísticasmecánicas,
barrera adecuaday térmicay con ladiferenciade ser biodegradable.Se encontróque la
concentraciónnanoceluloseeraresponsable de alterarsignificativamente laspropiedades
mecánicas,solubilidadenaguay actividad.El nanorellenoeranresponsablesdel aumentode
módulode Youngy la derivamáxima,y reducirlasolubilidadylaactividadde agua,estos
resultadossonconsistentesconlaliteratura.Tambiénse encontróque labiodegradaciónde
nanobiocompósitosfue altaensuelopreparado,yque lapresenciade nanocristalesde celulosade
coco no interfiereconladescomposicióndel biomaterial preparado.
La obtenciónde NANOCELULOSA partirde fibrasde cocoverde E INCORPORACIÓN EN PELÍCULAS
biodegradablesdel almidónplastificadoconglicerina.

10. MaterialescompuestosreforzadosconNANOCELULOSA se han desarrolladoconel objetivode
mejorarla mecánica,barrera,ylas propiedadestérmicasde losmateriales.Estamejorase debe
principalmente al tamañonanométricoylaaltacristalinidadde lacelulosaincorporado.Películas
de almidónde yuca plastificadasconglicerol e incorporadasconNANOCELULOSA apartirde fibras
de coco se han desarrolladoeneste estudio.El efectode estaincorporaciónse estudiócon
respectoa laactividadde agua, solubilidad,propiedadesmecánicas,análisistérmico,yla
biodegradabilidad.El estudiodemostróQue laspropiedadesde lapelículapuede ser
significativamentealteradaatravésde la incorporaciónde pequeñasconcentracionesde
NANOCELULOSA.