• Técnicas de microscopía

Para la determinación de las dimensiones de los materiales nanocelulósicos se utilizan técnicas de microscopía, como la microscopía electrónica de barrido (SEM) o de transmisión (TEM) y la microscopía de fuerza atómica (AFM). Estas técnicas, en combinación con el análisis de imagen, pueden proporcionar información sobre el diámetro de las nanofibras, mientras que la determinación de su longitud es más complicada ya que las nanofibras, debido su elevada superficie específica y reactividad, suelen formar un entramado complejo entre ellas, siendo difícil su aislamiento individual (Zimmermann y col. 2010).

• Transmitancia

La transmitancia de los nanomateriales celulósicos es otra propiedad importante sobre todo cuando se van a utilizar en compuestos ópticamente transparentes. En el caso de la CNF, la transmitancia se considera una medida indirecta del rendimiento de producción ya que la presencia de impurezas y agregados producen una absorción de luz, reduciendo de este modo el valor de transmitancia (Siro y Plackett 2010; Spence y col. 2010). Por otra parte, la CNC debido a su alto IC y corta longitud, presenta valores de transmitancia generalmente más altos que la CNF (Luna-Martínez y col. 2011; Geng y col. 2012).

La transmitancia se determina sobre suspensiones de CNF diluidas al 0,1% p/p. Para ello, las muestras se introducen en una cubeta de cuarzo y se determina la transmitancia de las suspensiones utilizando un espectrofotómetro en el intervalo de 400 a 800 nm de longitud de onda, utilizando agua destilada como referencia.

• Rendimiento de nanofibrilación

El rendimiento de nanofibrilación es un parámetro que indica aproximadamente qué porcentaje de materia nanofibrilada hay presente en la suspensión. Para su determinación se lleva a cabo la centifugación de la suspensión de CNF.

El rendimiento de nanofibrilación se determina centrifugando la suspensión de CNF al 0,1-0,2% p/p durante 20-30 minutos a 4500 RPM, para separar el material nanofibrilado (en el sobrenadante) de la parte no fibrilada o parcialmente fibrilada (el sedimento). Posteriormente, el sobrenadante se seca en la estufa a 70-80ºC y el rendimiento de nanofibrilación (%) se calcula según la siguiente ecuación:

Donde Ps son los g secos de material nanofibrilado presentes en el sobrenadante, Pt son los g secos de la suspensión diluida de CNF al 0,1-0,2 % p/p antes de la centrifugación.

• Potencial zeta

Desde un punto de vista físico, el potencial zeta (PZ) es el potencial eléctrico en la doble capa interfacial; es decir, es el punto donde se unen la capa difusa y la de Stern. Para medir el PZ de las nanocelulosas se requiere un analizador de PZ y disoluciones diluidas de nanocelulosa (0,001-0,01% p/p) para evitar posibles apantallamientos debidos a altas concentraciones de partículas.

• Grado de polimerización

El grado de polimerización (GP) se define como el número de veces que se repite la unidad monomérica, en este caso el monómero de anhidroglucosa, en la cadena polimérica. Para su determinación se ha utilizado el método de la viscosidad límite utilizando como disolvente una disolución de cuprietilendiamina (CED) conforme a la norma ISO 5351. La determinación de la viscosidad se realiza en un viscosímetro de capilar utilizando una baja concentración de la suspensión de nanofibras de celulosa (0,5% p/p). La relación entre la viscosidad de la suspensión diluida de CNF, h y la viscosidad de la mezcla disolvente, h_o se obtiene mediante la ecuación 1.

Donde t es el tiempo de elución de la suspensión diluida de CNF y to es el tiempo de elución de la mezcla disolvente.

Conocida esta relación, la viscosidad límite de la suspensión diluida de CNF [h], puede calcularse mediante la ecuación de Martin (ecuación 2):

Donde k es una constante empírica, con valor de 0,13 para el sistema celulosa-CED y c es la concentración de la suspensión diluida de CNF en g/mL.

Una vez conocida la viscosidad límite de la suspensión diluida de CNF es posible determinar el GP considerando la ecuación de Staudinger-Mark-Houwink (ecuación 3) y los estudios realizados por Marx-Figini (1978) y M. Henriksson y col. (2008).Cuando el GP>950, los valores de KDP y a utilizados fueron de 2,28 y 0,76, respectivamente; mientras que para GP<950, los valores de KDP y a utilizados fueron de 0,42 y 1,0, respectivamente (M. Henriksson y col. 2008).

• Capacidad de retención de agua

Las nanofibras de celulosa se caracterizan por su alta capacidad de absorción de agua medida normalmente como el contenido de agua retenida o absorbida (“Water retention value” WRV). La metodología utilizada para determinar el WRV se basa en la norma TAPPI UM 256. Este parámetro es un indicador de la capacidad que tienen las CNF de hidratación e hinchamiento. Para su determinación se centrifuga un determinado volumen de gel de CNF a 2400 RPM durante 30 minutos para eliminar el agua no asociada químicamente utilizando una membrana de nitrocelulosa con un diámetro de poro de 0,22µm en la parte inferior del tubo de centrífuga con el objetivo de retener las CNF. Una vez centrifugadas, las CNF presentes en la superficie de la membrana se secan en una estufa a 105°C hasta peso constante. El WRV se calcula a partir de la siguiente ecuación:

Donde Ph es el peso húmedo (después de centrífugar) y Ps es el peso seco.

• Espectroscopía Infrarroja por Transformada de Fourier

 Esta técnica de caracterización se basa en la absorción que presentan las moléculas con respecto a la radiación infrarroja. El FTIR arroja resultados del tipo cualitativo, lo cual permite identificar y/o determinar los grupos funcionales de una molécula para los que se observan bandas características en regiones específicas del espectro generado por la prueba. Esto permite poder identificar si existe alguna transformación o modificación de los grupos funcionales de la celulosa después de haberse sometido a los diversos tratamientos. 

• Difracción de Rayos X

 La Difracción de Rayos X es uno de los fenómenos físicos que se producen al interaccionar un haz de Rayos X, de una determinada longitud de onda, con una sustancia cristalina. La Difracción de Rayos X se basa en la dispersión coherente del haz por parte de la materia, y en la interferencia constructiva de las ondas que están en fase y que se dispersan en determinadas direcciones del espacio. Con cada tratamiento se va reduciendo la cantidad de celulosa amorfa, por lo tanto la cristalinidad de la muestra aumenta, lo cual ocasionará que en los difractogramas realizados se distinga una mayor cristalinidad después de los tratamientos realizados. A partir de los datos obtenidos mediante esta técnica, y utilizando fórmulas como la de Sherrer y la cristalinidad, se puede obtener información como el tamaño de las nanofibras y el grado de cristalinidad de la muestra.