Tesis doctoral en el grupo CELBIOTECH-Ingeniería Papelera: “IONIC LIQUID-ASSISTED THE PREPARATION OF TRANSPARENT CELLULOSIC BIOCOMPOSITE FILMS”

El pasado 14 de diciembre de 2023, Elahe Amini defendió su tesis doctoral en la Escuela Superior de Ingenierías Industrial, Aeroespacial y Audiovisual de Terrassa (ESEIAAT) de la Universidad Politécnica de Catalunya_BarcelonaTech. Esta tesis ha sido dirigida por las doctoras M. Blanca Roncero y Cristina Valls en el marco del Programa de Doctorado en Ingeniería Textil y Papelera. El trabajo reflejado en la tesis fue realizado en los laboratorios del grupo de investigación en Ingeniería Papelera (CELBIOTECH) del Departamento de Ingeniería Gráfica y de Diseño, y ha sido financiado gracias a diferentes proyectos de investigación del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades.

El trabajo de Elahe Amini se ha centrado en abordar un nuevo enfoque para desarrollar films de celulosa con elevadas propiedades barrera. El material de partida ha sido un papel hecho a partir de línteres de algodón que ha sido disuelto con un líquido iónico. El líquido iónico actúa como agente inteligente de nanosoldadura para ensamblar estructuras de celulosa nanométrica. Se han obtenido diferentes tipos de bionanocomposites combinando la celulosa regenerada con ácido poliláctido, policaprolactona y nanopartículas de óxido de zinc, o con nanopartículas de lignina como agentes de refuerzo.

La tesis se inicia con una extensa revisión sobre los distintos líquidos iónicos y su enorme potencial en distintas aplicaciones, entre ellas la disolución de la biomasa lignocelulósica. Seguidamente, se aplica el líquido iónico acetato de 1-etil-3-metilimidazol ([Emim]OAc) con los polímeros hidrofóbicos PCL (policaprolactona) y PLA (ácido poliláctico) mediante la presencia de nanopartículas de óxido de zinc. El [Emim]OAc y las nanopartículas de óxido de zinc se utilizan para catalizar la polimerización por apertura de anillo de L-láctido y ε-caprolactona en la matriz de celulosa en condiciones suaves. Se evalúa la función de cada componente de los films obtenidos con el fin de optimizar sus propiedades barrera (en el agua y en el oxígeno), su resistencia mecánica y su capacidad de bloqueo de los rayos UV. Además, se mejora tanto la actividad antioxidante como las propiedades ópticas de los films.

En la última parte de la tesis el líquido iónico [Emim]OAc se utiliza para sintetizar in situ nanopartículas de lignina (LNP) mediante un método de sonicación, lo que permite una distribución uniforme sin necesidad de agentes reductores o estabilizadores adicionales. Estos bionanocomposites se producen utilizando un proceso de disolución parcial de celulosa que atrapa a las LNP sintetizadas. Se investiga el efecto de la cantidad de LNP en la resistencia mecánica, en las actividades antioxidantes y antimicrobianas, así como en las propiedades barrera al vapor de agua, oxígeno y rayos UV de los films obtenidos.

El interés en los nuevos biomateriales basados en celulosa ha aumentado enormemente en los últimos años. Éstos se presentan en diversas formas y presentan potenciales aplicaciones en diferentes sectores gracias a la abundancia y versatilidad de la celulosa como biopolímero. Además, presentan la ventaja de ser biodegradables lo que les hace ser respetuosos con el medio ambiente.