An Alternative Approach for the Incorporation of Cellulose Nanocrystals in Flexible Polyurethane Foams Based On Renewably Sourced Polyols

Abstract

Este trabajo analiza tanto el efecto de los nanocristales de celulosa en las propiedades finales de espumas flexibles de poliuretano basadas en castor oil y maíz, sino que además se realiza un análisis en profundidad sobre los cambios en la micro/nanoestructura y la morfología. Los nanocristales de celulosa se aislaron a partir de celulosa microcristalina mediante hidrólisis ácida, y se incorporaron en forma de suspensión acuosa a polioles de origen renovable para la síntesis de las espumas. El efecto del porcentaje de nanocristales de celulosa en la morfología de las celdas, la nano/microestructura y las propiedades de los nanocomposites de espuma se analizó mediante microscopía electrónica de barrido, microscopía de fuerzas atómicas, espectroscopía infrarroja de transformada de Fourier, ensayos mecánicos de compresión, ensayos de histéresis y resiliencia, así como análisis mecánico dinámico. Para verificar la presencia de nanocristales de celulosa en las paredes de las celdas de las espumas, se emplearon las técnicas de microscopía de infrarrojo cercano y nanoespectroscopía. Los resultaron sugirieron que se generaron interacciones entre los nanocristales de celulosa y los segmentos rígidos del poliuretano y, como consecuencia, se reforzaron las paredes de las celdas de las espumas. El efecto reforzante global mostró ser dependiente de la estructura celular de las espumas, que a su vez estaba influenciada por la presencia de los nanocristales de celulosa.

Lan honek zelulosazko nanokristalek kastore oil eta artoan oinarritutako poliuretanozko apar malguen azken propietateetan duten eragina aztertzen du, eta, gainera, mikro/nanoegituraren eta morfologiaren aldaketei buruzko azterketa sakona egiten da. Zelulosazko nanokristalak zelulosa mikrokristalinotik isolatu ziren hidrolisi azidoaren bidez, eta ur-dispertsio moduan gehitu zitzaizkien jatorri berriztagarriko poliolei, aparren sintesia egiteko. Zelulosa-nanokristalen ehunekoak gelaxken morfologian, nano/mikroegituran eta apar-nanokonpositeen propietateetan duen eragina honako hauen bidez aztertu zen: ekortze-mikroskopia elektronikoa, indar atomikoen mikroskopia, Fourierren transformatu-espektroskopia infragorria, konpresio-saiakuntza mekanikoak, histeresi eta erresilientzia-saiakuntzak, eta analisi mekaniko dinamikoa. Aparren gelaxketako hormetan zelulosazko nanokristalak zeudela egiaztatzeko, infragorri hurbileko mikroskopiaren eta nanoespektroskopiaren teknikak erabili ziren. Emaitzek zelulosazko nanokristalen eta poliuretanoko segmentu zurrunen artean interakzioak sortu zirela iradoki zuten, eta, ondorioz, aparretako gelaxken hormen zurruntasuna igo zela. Indartze-efektu globalak aparren egitura zelularraren mende zegoela erakutsi zen, eta egitura hori, aldi berean, zelulosazko nanokristalen presentziak eragiten zuela.