Publication: Sustainable Production of Cellulose Nanofibrils in Paper Industry
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Publication Date
2023-11-29
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Universidad Complutense de Madrid
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Abstract
Nanocelluloses (NCs) or cellulose nanomaterials are materials with at least one dimension in the nanoscale. They are mainly obtained by defibrillation of cellulose fibers from different raw materials such as wood, plant fibers, agricultural by-products, algae, fungi, tunicates or bacteria. Before mechanical fibrillation of cellulose fibers other treatments such as chemical, mechanical or biological facilitate the separation of the fibers, increasing the yield of cellulose nanofibrils (CNFs) and reducing the energy required for the fibrillation. NCs can also be obtained by the hydrolysis of cellulose fibers obtaining nanocrystals (CNCs). Among the different categories of NCs, this doctoral thesis focuses on CNFs. These are cellulose nano-objects with crystalline and amorphous regions. They have two similar external dimensions in the nanoscale, approximately from 3 to 100 nm, and the third dimension significantly larger, up to 100 μm in length.CNFs began to develop in the 1980s, but it was not until the beginning of the 21st century when the number of related research increased exponentially. This was mainly due to the high number of applications where CNFs can be used to improve the final product properties. They have very desirable properties, for example, high strength, surface area and reactivity. Furthermore, they are considered biodegradable and renewable. These properties made possible to use them in multiple applications both in papermaking as strength additive, and in other areas with the same purpose (cement, polymeric composite, biomedical applications), or other applications, for instance, as stabilizer of oil-water emulsions or for environmental remediation treatments...
Las nanocelulosas (NCs) o materiales nanocelulósicos son materiales que se caracterizan por tener al menos una dimensión en la nanoescala. Se obtienen principalmente por la desfibrilación de las fibras de celulosa de diferentes materias primas como madera, fibras vegetales, subproductos agrícolas, algas, hongos, tunicados o bacterias. Previamente a la fibrilación mecánica, otros tratamientos, ya sean químicos, mecánicos o biológicos, facilitan la separación de las fibras, aumentando el rendimiento de las nanofibrillas de celulosa (CNFs) y reduciendo la energía necesaria para la fibrilación. Las NCs también pueden obtenerse mediante la hidrólisis de las fibras de celulosa obteniendo nanocristales (CNCs). Entre las diferentes categorías de NCs, esta tesis doctoral se centra en las CNFs. Estos son nanoobjetos de celulosa con regiones cristalinas y amorfas, con dos de sus dimensiones externas similares en la nanoescala, aproximadamente de 3 a 100 nm, y una tercera dimensión significativamente mayor de hasta 100 μm de longitud.Las CNFs empezaron a desarrollarse en los años 80 del siglo pasado, pero no fue hasta principios del siglo XXI cuando el número de investigaciones relacionadas aumentó exponencialmente. Esto se debió principalmente al elevado número de aplicaciones en las que las CNFs pueden utilizarse para mejorar las propiedades del producto final, puesto que tienen numerosas propiedades, por ejemplo, elevada resistencia, área superficial y reactividad. Además, se consideran biodegradables y renovables. Estas propiedades han hecho posible el uso de las CNFs en múltiples aplicaciones, tanto en la fabricación de papel como aditivo de resistencia, así como en otras áreas con la misma finalidad (cemento, compuestos poliméricos, aplicaciones biomédicas), u otras aplicaciones, por ejemplo, como estabilizador de emulsiones agua-aceite o para tratamientos de remediación ambiental...
Las nanocelulosas (NCs) o materiales nanocelulósicos son materiales que se caracterizan por tener al menos una dimensión en la nanoescala. Se obtienen principalmente por la desfibrilación de las fibras de celulosa de diferentes materias primas como madera, fibras vegetales, subproductos agrícolas, algas, hongos, tunicados o bacterias. Previamente a la fibrilación mecánica, otros tratamientos, ya sean químicos, mecánicos o biológicos, facilitan la separación de las fibras, aumentando el rendimiento de las nanofibrillas de celulosa (CNFs) y reduciendo la energía necesaria para la fibrilación. Las NCs también pueden obtenerse mediante la hidrólisis de las fibras de celulosa obteniendo nanocristales (CNCs). Entre las diferentes categorías de NCs, esta tesis doctoral se centra en las CNFs. Estos son nanoobjetos de celulosa con regiones cristalinas y amorfas, con dos de sus dimensiones externas similares en la nanoescala, aproximadamente de 3 a 100 nm, y una tercera dimensión significativamente mayor de hasta 100 μm de longitud.Las CNFs empezaron a desarrollarse en los años 80 del siglo pasado, pero no fue hasta principios del siglo XXI cuando el número de investigaciones relacionadas aumentó exponencialmente. Esto se debió principalmente al elevado número de aplicaciones en las que las CNFs pueden utilizarse para mejorar las propiedades del producto final, puesto que tienen numerosas propiedades, por ejemplo, elevada resistencia, área superficial y reactividad. Además, se consideran biodegradables y renovables. Estas propiedades han hecho posible el uso de las CNFs en múltiples aplicaciones, tanto en la fabricación de papel como aditivo de resistencia, así como en otras áreas con la misma finalidad (cemento, compuestos poliméricos, aplicaciones biomédicas), u otras aplicaciones, por ejemplo, como estabilizador de emulsiones agua-aceite o para tratamientos de remediación ambiental...
Description
Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Químicas, leída el 13-10-2022. Tesis formato europeo (compendio de artículos)