Las nanopartículas son partículas extremadamente pequeñas, con dimensiones inferiores a 100 nanómetros (nm) en al menos una de sus tres dimensiones. Recuerda que ¡un nanómetro es al metro como una cereza a la Tierra! Debido a su tamaño reducido, presentan propiedades únicas que no se observan en materiales de mayor escala. Entre estas propiedades destacan su potencial para una buena dispersión y estabilidad, aunque estas características dependen en gran medida del medio en el que se encuentren.
Una dispersión uniforme permite que las propiedades de las nanopartículas se distribuyan homogéneamente en el material, incrementando la superficie activa disponible y favoreciendo su integración en matrices líquidas, especialmente aquellas de baja viscosidad. La estabilidad se refiere precisamente a la capacidad de las nanopartículas para mantener una dispersión homogénea en el tiempo, sin formar agregados. Esta propiedad es crucial para asegurar que conserven su funcionalidad y rendimiento durante su aplicación.
Con vistas a alcanzar la plena lubricación sostenible, nuestra propuesta se basa específicamente en dos tipos de nanopartículas naturales:
Nanocelulosas
Las nanocelulosas son nanomateriales derivados de la celulosa, el polímero renovable más abundante en la Tierra. Existen dos tipos de nanocelulosa, ambos de ellos usados en nuestros estudios:
- Nanocelulosa fibrilar (CNF): Consiste en largas fibras (d: 4-10 nm; L: 1-3 µm) con estructura amorfa obtenidas mediante tratamiento mecánico de alta cizalla (nanofibrilación) de la pulpa de celulosa.
- Nanocelulosa cristalina (CNC): Mediante hidrólisis ácida se eliminan las regiones amorfas de la celulosa, dejando casi exclusivamente las cristalinas, lo que resulta en fibras más cortas (d: 10-20 nm; L: 300-900 nm) y rígidas.
En cuanto a la nanocelulosa fibrilar, la pasta de celulosa se somete previamente a refinado mecánico o a tratamiento químico (oxidación con catalizador TEMPO o carboximetilación) para reducir los consumos energéticos de la posterior etapa de nanofibrilación. Una última opción son los tratamientos enzimáticos, que emplean enzimas como las celulasas para descomponer la celulosa en nanofibras. Cada uno de estos métodos tiene sus propias ventajas y limitaciones en términos de eficiencia, costo y propiedades finales de la nanocelulosa obtenida.
Nanoarcillas
Las nanoarcillas son nanomateriales formados por minerales de arcilla que presentan espesores de capa del orden del nanómetro. Estas partículas tienen una estructura laminar y una alta capacidad de intercambio catiónico, lo que les otorga propiedades únicas, como una gran reactividad superficial y capacidad de adsorción.
En este proyecto se ha trabajado principalmente con montmorillonita, un tipo de arcilla con estructura en capas y destacada por su elevada capacidad de hinchamiento e intercambio catiónico. Además, se ha considerado el uso de sepiolita, una arcilla fibrosa con una estructura porosa y canales internos que le confieren una excelente capacidad de adsorción y dispersión, y ¡con una notable capacidad de espesamiento!
