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LABORATORIO DE NANOTECNOLOGÍA
Impresión 3D – Nanotecnología - Nanomateriales
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 Julio 2015
NANOCELULOSA – PRIMEROS PININOS EN EL SALVADOR
Por: Rainer Christoph y Romeo Muñoz
Qué es nanocelulosa y para qué sirve?
La nanocelulosa es un componente importante
de la celulosa natural, o lignocelulosa, el
polímero compuesto más abundante del planeta,
que conforma los sistemas estructurales y los de
protección contra permeabilidad e invasión
microbiana de prácticamente todas las plantas
(ver Figs. 1 y 2).
La nanocelulosa es conformada por cadenas
entrelazadas de moléculas de azúcares, que
conforman paquetes de dimensiones
nanométricas. Fue descubierta recién en 1977 y
puede ser utilizado como elemento constitutivo
para la síntesis de un gran número de derivados
con aplicaciones en alimentos, energía, salud,
medio ambiente y materiales avanzados como
polímeros conductivos, filtros moleculares y
biosensores. 
Uno de los atributos más notables de la
nanocelulosa es que puede conformar películas
incandescentes, lo cual revoluciona muchas
aplicaciones como papeles seguros, pigmentos
iridiscentes, filtros y barreras ópticas ajustables,
protectores solares, cosméticos, así como
empaquetados y recubrimientos inteligentes. Es
importante mencionar que la nanocelulosa, por
su origen y naturaleza química, es un material
100% biodegradable que se obtiene de fuentes
sostenibles.
Para el caso de El Salvador, la posible obtención
de nanocelulosa a partir de deshechos agrícolas
vegetales, entre otros el bagazo de azúcar, o la
pulpa de café, representa una fuente de ingreso
adicional para este y otros sectores. Con la
elaboración de aplicaciones innovativas a partir
de nanocelulosa también se estaría realizando
un valor agregado localmente y con
características altamente innovadoras. 
Fig.1. Origen de la nanocelulosa, para el ejemplo de la
madera. La nanocelulosa se encuentra en las paredes
de las células de las plantas. Estas paredes se
conforman de fibriles que a su vez están conformadas
de micro-fibriles. Los micro-fibriles contienen
nanocelulosa amorfa y nanocelulosa cristalina. Ambas
están constituidos por cadenas de azúcares
entrelazadas.
Fig. 2. Microestructura de un microfibril, con un
diámetro aproximado de 10nm) , conformado
principalmente por tres tipos de polímeros:
hemicelulosa ( 19–45%), lignina ( 15–35%) y∼ ∼
nanocelulosa ( 30–50% peso).∼
El uso de nanocelulosa también contrarrestaría
los efectos contaminantes severos que
representa el uso, hoy día prácticamente
ilimitado, de polímeros sintéticos, o plásticos. 
En resumen: un componente con una estructura
molecular tan desarrollada, como la
nanocelulosa, y además 100% renovable y
biodegradable, debería ser aprovechado para
construir, en vez de solamente incinerarla.
Cómo se obtiene la nanocelulosa?
La recalcitrancia (resistencia de la célula vegetal
a su deconstrucción) de la celulosa natural
representa un obstáculo mayor para la
separación de celulosa, hemicelulosa y lignina.
Esta recalcitrancia se debe al carácter cristalino
de la celulosa, la cual se encuentra incrustada en
una matriz de polímeros – lignina y hemicelulosa
(ver Fig. 2). 
La separación de estos tres componentes de la
celulosa natural se logra mediante un primer
paso o pretratamiento, que puede ser realizado
mediante diferentes métodos como la hidrólisis
ácida, básica y combinada, el tratamiento con
solventes orgánicos y por tratamiento iónico
(Ver Fig. 3). Es importante considerar que el
método de pretratamiento depende
fuertemente de la naturaleza de la fuente de
celulosa natural disponible. 
Una vez separados los componentes de la
celulosa natural, se procede a la de-
polimerización de la celulosa, separando las
regiones amorfas de la celulosa y así obteniendo
nanocelulosa cristalina (Ver Fig.4). Para esta de-
polimerización se utilizan diferentes
procedimientos químicos, incluyendo oxidación,
hidrólisis, y la degradación enzimática. 
Cabe mencionar que la eficiencia de la de-
polimerización depende del método de
pretratamiento seleccionado, ya que este puede
afectar el comportamiento químico de la
celulosa. 
Este y otros aspectos como la utilización de
reactantes no contaminantes para el medio
ambiente es un aspecto es actualmente
investigado por numerosos grupos dedicados a
la investigación de la nanocelulosa a partir de un
sin fin de fuentes agrícolas en diferentes
regiones del mundo. 
Fig. 3. Producción de nanocelulosa. Los métodos para la
obtención de nanocelulosa a partir de fuentes
renovables son múltiples y dependen fuertemente del
material base. Algunos procesos, como la hidrólisis
ácida y alcalina, así como el tratamiento con solventes
orgánicos son contaminantes y requieren el
tratamiento de las aguas efluentes del proceso. Se
detallan aplicaciones para la hemicelulosa y lignina,
aquí mostrados como productos secundarios de la
producción de la nanocelulosa.
Fig. 4. De-polimerización de celulosa. La celulosa se
compone de regiones amorfas (nanocelulosa fibrilada o
NFC por sus siglas en inglés), así como regiones
cristalinas (nanocelulosa cristalina, o NCC). La de-
polimerización consiste en separar estas dos regiones.
Este paso se logra mediante hidrólisis ácida,
homogeneización u otros métodos como la degradación
enzimática.
celulosa natural
(lignocelulosa)
Deshechos
alimenticios
Residuos
forestales
Deshechos
agropecuarios
Deshechos
animales
Deshechos sólidos
 municipales
Fracción sólida 
de celulosa
Hemicelulosa
solubilizada
Lignina
 solubilizada
Pretratamiento químico
● Hidrólisis (ácida, alcalina)
● Organosolventes
● Delignificacin oxidativa
● Tratamiento iónico líquido
Azúcares 
(hexosa, glucosa) Nanocelulosa
Depolimerización mediante:
● Oxidación (pre-tratamiento)
● Hidrólisis (ácida, enzimática)
● Otros
Biocomustibles
H
2
 y CH
4
 (g)
etanol, etanol
Éter di-metílico, 
butanol,alcanos, 
butanodiol, xylicol
Biocomustibles
diesel “verde” 
gasolina “verde”
percursores de carbón
azúcares de lignina 
Para el caso de Centro América, el Laboratorio
Nacional de Nanotecnología (LANOTEC) esta
realizando la investigación y el desarrollo
necesario para crear una planta experimental de
producción de nanocelulosa a partir de
deshechos de piña (Ver Fig. 5). Este ambicioso
proyecto es también de gran relevancia para
otros países de la región, incluyendo a El
Salvador, ya que generará muchas lecciones
aprendidas referente la producción, pero
también el uso, de la nanocelulosa.
 
Ensayos en el Laboratorio de Nanotecnología
El enfoque inicial en nuestro estudio de la
Nanocelulosa se concentra en su aislamiento,
utilizando materiales y tecnologías de bajo costo.
Una vez superado este paso se proseguirá con
estudios de su aplicabilidad, por ejemplo como
material de membranas para la purificación y
desalinización de agua, el aislamiento térmico y
otros. 
Producción de muestras
Nuestros primeros ensayos en aislamiento de
nanocelulosa se basan en metodologías
estándar, usando como base a algodón de alta
pureza para aplicaciones farmacéuticas. Este
material se caracteriza por su alto contenido de
celulosa, y por consiguiente bajo contenido de
lignina, que lo vuelve menos resistente a su de-
composición.
Muestras de 1 gramo de algodón fueron
sometidos a un pretratamiento de hidrólisis
ácida en solución acuosa de ácido clorhídrico (2M
HCL, grado p.a.) durante un período de 12 horas,
a condiciones TPN y bajo agitación. La solución
fue filtrada con filtros de celulosa, con diámetro
de por de 5 µm, y el filtrado se lavó repetidas
veces con agua destilada y etanol (96 grados)
antes de someterlo a la hidrólisis en ácido
sulfúrico(6M H2SO4, grado p.a.), durante un
período de 3 horas a 40ºC, y bajo agitación.
Transcurrido este período, la solución fue
neutralizada mediante la adición gradual de una
solución de NaOH (3M, grado pa). El producto
final se obtuvo mediante la remoción del
electrólito excedente, primero por decantación y
luego mediante evaporación al vacío (~10 Torr) a
25ºC). 
Fig. 5: Muestra de nanocelulosa elaborada a partir de
deshechos de piña, proporcionada por el Laboratorio
Nacional de Nanotecnología de Costa Rica (LANOTEC).
Fig. 6: Muestra de material celulósico obtenido a partir
de algodón refinado, mediante el procedimiento de
hidrólisis ácida, descrito en texto.
Fig. 7. Imagen microscópica de muestra de celulosa
aislada de algodón (obtenida con el mismo
procedimiento que la muestra en Fig. 5). Se destaca la
presencia de micro-fibriles con diámetros claramente
inferiores a 10 µm.
1 mm
100 µm
10 µm
Resultados
La caracterización del material obtenido,
mediante microscopía óptica (aumento 200x)
revela la presencia de micro-fibras, con
diámetros superiores a los 10 µm. (ver Figs. 6 y
7).
Este resultado indica claramente que el
procedimiento utilizado no conlleva a fibriles de
celulosa, contiendo muy probablemente un alto
grado de regiones amorfas, e incluso de
hemicelulosa. Para sustentar esta hipótesis, se
comparó, de manera semi-cuantitativa, el
comportamiento térmico de la celulosa obtenida
con el procedimiento arriba descrito, con el
comportamiento de muestras de nanocelulosa
obtenidos con nanocelulosa de piña. 
Ambos materiales muestran un comportamiento
térmico diferente. Mientras la nanocelulosa de
piña muestra permanece estable al ser calentada
bajo atmósfera a temperaturas superiores a
140ºC, las muestras obtenidas en nuestro
laboratorio se degradan a temperaturas
inferiores a 100ºC, cambiando en su totalidad de
color blanco a color negro (carbonización). Este
comportamiento se atribuye a la reacción de
componentes amorfas de micro-fibriles
celulósicos con el oxígeno atmosférico e indica
una presencia mínima de componentes
cristalinos aislados.
Pasos próximos
Como próximos pasos, se realizarán esfuerzos
adicionales para de-polimerizar los micro-fibriles
obtenidos. Para ello, actualmente se ofrecen
procedimientos de oxidación selectiva, así como
procedimientos mecánicos, basados en
tecnologías de homogeneización a alta presión.
Estas últimas requieren el uso de equipos
especializados, cuyo acceso se buscará por
medio de adquisición directa, o mediante
cooperación con centros de investigación
debidamente equipados.
También se procederá a la comprobación
experimental directa de los resultados, mediante
el análisis morfológico en dimensiones
nanométricas, por ejemplo por medio de la
microscopia de fuerza atómica (AFM),
recientemente adquirida para este laboratorio. 
Fig. 8. Dispositivo experimental para realizar
observación del comportamiento térmico de las
muestras celulósicas. Se utilizó la infraestructura de
una impresora 3D de deposición de filamento fundido.
Arriba a la derecha: contenedor de muestras con las
conexiones del calentador y sensor térmico hacia el
controlador de temperatura.
Fig. 9. Comportamiento térmico del material celulósico
obtenido, bajo condiciones atmosféricas normales. Las
imágenes A-D muestran la degradación del material en
función de la temperatura aplicada. 
La imagen A muestra el material original, a
temperatura de ambiente. En la imagen B, tomada a T=
70ºC, se observa un cambio de color: Las Imágenes C y
D, tomadas a T=80ºC y T=100ºC respectivamente,
muestran una coloración oscura cada vez más
pronunciada.
Se presume que el cambio de color irreversible
observado se debe a reacciones de combustión con
oxígeno. Los resultados demuestran que el material
analizado es de muy bajo contenido de nanocelulosa
cristalina, o NCC.