Microfibrilas de celulosa

Microfibrilas de celulosa 2017-08-28T11:11:06+00:00

Las microfibrilas y nanofibrilas de Celulosa, MFC/NFC, son fibras de celulosa muy pequeñas, de gran superficie específica y, con ello, alta capacidad de interacción con fibras de mayor tamaño. Se obtienen de la desintegración mecánica de fibras vegetales y una secuencia de tratamientos químicos y mecánicos específicos. Las MFC/NFC ofrecen una amplia gama de aplicaciones, como aditivo reforzante de altas prestaciones, en las industrias del plástico y de resinas adhesivas, entre otras.

En Chile, la fabricación de cajas de cartón para la industria frutícola y cárnica para exportación requiere más de 200 mil toneladas de papeles de embalaje anualmente. Esto es impulsado por la alta tasa de exportación de alimentos en el país, la cual crece a razón promedio de 1000 millones de dólares al año. El crecimiento de este mercado es sostenido, muestra de ello es que las exportaciones netas de alimentos en los últimos 10 años se han duplicado.

Estas cajas, que cumplen la función de asegurar que los alimentos lleguen en condiciones óptimas al cliente, están fabricadas con papeles elaborados con fibras recicladas, las cuales producto del uso sucesivo se deterioran, perdiendo la resistencia y calidad original. Las alternativas para mejorar el desempeño mecánico de estos papeles son limitadas, siendo la más usada aumentar el gramaje del producto. 

La ejecución del proyecto InnovaChile CORFO 13IDL2-18588 del año 2013, “Fabricación y uso de NFC en papelería”, demostró la factibilidad de producir MFC/NFC a nivel laboratorio y permitió concebir un proceso para su producción industrial, cuya propiedad intelectual se protegió. La aplicación de estas MFC/NFC en papeles a nivel de laboratorio arrojó resultados sorprendentes, debido a que las propiedades mecánicas fueron muy superiores a las alcanzadas por aditivos tradicionales. La incorporación de sólo un 0.5% de NFC mejoró el índice de tensión del papel en hasta un 26%. A modo de comparación, el almidón catiónico (el producto más usado industrialmente para estos fines) ofrece mejoras de máximo un 7%, con un 2% de aditivación. El escalamiento de la tecnología se está ejecutando a través del proyecto INNOVA CHILE15VEIID-45654 “Papeles industriales de altas prestaciones mecánicas reforzados con NFC”, cuyo objetivo es validar a nivel industrial la fabricación de nuevos papeles de alto desempeño, incorporando nanofibras de celulosa (NFC). 

Paralelamente se está explorando nuevos ámbitos de aplicación, controlando la polaridad de las MFC/NFC. Para ello, se evalúa la acetilación parcial de las fibras y su aplicación como aditivo reforzante en bioplásticos (ácido poliláctico) y resinas adhesivas para madera. Estos desarrollos forman parte del proyecto Fundación COPEC UC 2015.R.536 “Microfibras de celulosa (MFC) con polaridad controlada”.

La planta piloto de producción de MFC/NFC fue construida, con una capacidad de producción de 10 kg/ensayo. Actualmente se produce MFC/NFC a partir de pulpa kraft blanqueada de eucalipto (BEKP), para ensayos de aplicación industrial. El pretratamiento de la pulpa y las condiciones de operación se encuentran optimizados.

Los ensayos de aplicación de MFC/NFC en la planta productiva de Forestal y Papelera Concepción (FPC) están en ejecución, con la finalidad de evaluar el desempeño y mejoras en las propiedades físicas y mecánicas del papel. Las propiedades en estudio son índices de tensión, de rasgado y de explosión, de acuerdo a la norma TAPPI T-205 cm-88. Entre los desafíos principales cabe mencionar el lugar y forma de aplicación del aditivo, su grado de fibrilización y la retención en el papel.

En cuanto a las MFC/NFC con polaridad controlada, se ha podido demostrar que una acetilación controlada es una alternativa tecnológica válida. Se ha establecido las condiciones más adecuadas de funcionalización, el efecto de la acetilación sobre la polaridad y el requerimiento energético asociado a la refinación mecánica. El consumo de energético es significativamente menor en la medida que aumenta el grado de sustitución de las fibras. Aún están pendientes los ensayos de aplicación demostrativa en formulaciones de bioplásticos basados en PLA y en resinas adhesivas.