Nanocelulosa a partir de residuos agro y foresto industriales

Abstract

El aprovechamiento de los residuos lignocelulósicos es un desafío actual que permite obtener productos de alto valor agregado a partir de un desecho típico agro o forestoindustrial. Esta estrategia evita que los residuos sean quemados o almacenados en el propio establecimiento donde se generan. Dentro de los residuos generados en la provincia podemos encontrar aserrines de pino y eucalipto (residuos de aserraderos) y bagazo de caña de azúcar (residuo producido a partir de la producción de azúcar de caña). Uno de los productos que es posible obtener mediante la aplicación de diferentes estrategias sobre el residuo lignocelulósico son las nanofibras lignocelulósicas (LNFC). Las LNFC son agregados de celulosa que poseen diámetros en el orden de los nanómetros y longitudes en micras, presenta gran área superficial y se obtienen por técnicas de tipo top-down a partir de pulpas celulósicas.La hipótesis del trabajo es que es posible obtener nanocelulosa a partir de residuos agro y forestoindustriales (aserrín de pino, aserrín de eucaliptus y bagazo de caña de azúcar) y que puede ser utilizada como refuerzo en papeles y cartones.El objetivo general de este trabajo es verificar la factibilidad técnica de obtener LNFC a partir de residuos agro y forestoindustriales (aserrín de pino, aserrín de eucalipto y bagazo de caña de azúcar) mediante técnicas top-down, con el fin de que sea integrado dentro de un esquema de biorrefinería y probar su utilidad como refuerzo de papeles.Los objetivos específicos fueron: verificar la incidencia del grado de oxidación sobre las propiedades de la nanocelulosa obtenida a partir de aserrín de pino; evaluar la influencia del procesamiento sobre las propiedades de la LNFC; analizar diferentes técnicas de caracterización de nanofibras de celulosa y seleccionar las más adecuadas; evaluar la influencia de los componentes químicos de la muestra inicial sobre las propiedades finales de las LNFC y finalmente evaluar el comportamiento de las LNFC como refuerzo de papeles y cartones. Se plantean esquemas tecnológicos que, debido a los reactivos utilizados y el aprovechamiento integral del recurso, no generen efluentes que puedan producir conflictos ambientales, además de reducir el impacto ambiental de los residuos generados por los sectores involucrados. A lo largo del trabajo se utilizaron pulpas celulósicas provenientes de diferentes tratamientos sobre el aserrín de pino, aserrín de eucalipto y bagazo de caña de azúcar, como soda/etanol, soda/antraquinona, secuencia oxidativa con oxígeno-ozono, oxígeno/soda y además fue empleada una pulpa comercial de pino con pulpado kraft y blanqueo con dióxido de cloro. Todas se caracterizaron químicamente.Para cumplir con el primer objetivo específico se obtuvieron LNFC a partir de pulpa a la soda/antraquinona de aserrín de pino mediante un tratamiento oxidativo al 1% de consistencia utilizando 10% NaBr sobre pulpa seca (sps), 1,6% de reactivo TEMPO sps, y carga de oxidante primario variable de 5,10 y 15 mmoles de NaClO sps. Las muestras oxidadas fueron tratadas en un homogeneizador a 600 bar de presión con el fin de liberar completamente las LNFC. Sobre cada uno de los hidrogeles obtenidos se determinó transmitancia de la suspensión, rendimiento de nanofibrilación, tasa de grupos carboxílicos, demanda catiónica y grado de polimerización. Además se calcularon la superficie específica y el diámetro promedio de las LNFC. Los resultados mostraron que es posible obtener LNFC a partir de pulpas de aserrín de pino. Se demostró que mayores niveles de carga de NaClO produjeron un aumento en el grado de oxidación y una disminución en el número de pasos de la suspensión en el homogeneizador. Además, este aumento en los niveles de carga produjo un aumento en el rendimiento de nanofibrilación, alcanzándose un máximo de 94,4% y los grados de polimerización presentaron valores similares. El área superficial especifica alcanzada para las muestras tratadas con 5,10 y 15 mmoles de NaClO sobre pulpa seca fueron de 291,7 m2/g, 349,2 m2/g y 389,6 m2/g. El diámetro promedio para cada una de las muestra fue 8,57 nm, 7,15 nm y 6,42 nm respectivamente. Para evaluar la influencia del número de Kappa y contenido inicial de hemicelulosas sobre las propiedades de las LNFC se elaboraron nanofibras a partir de tres pulpas de aserrín de pino tratadas con tres condiciones diferentes de soda/etanol. Sobre cada pulpa se realizó una secuencia de dos etapas de oxígeno, una de ozono y una de peróxido de hidrógeno. El tratamiento con ozono se realizó con una consistencia de 2,5%, durante 60 minutos a 20°C. Se evaluaron dos condiciones de pH: medio ácido (pH 2,3) y medio neutro (pH 7). Sobre cada muestra se determinaron contenido de hemicelulosas y número de Kappa. Las pulpas obtenidas fueron tratadas con 10 mmoles de NaClO sps, 10% NaBr sps y 1,6% de reactivo TEMPO sps. Las muestras fueron fibriladas mecánicamente utilizando un mixer de alta velocidad a 35.000 rpm por 18 minutos. Sobre cada uno de los hidrogeles se determinó la transmitancia de la suspensión, tasa de grupos carboxílicos y demanda catiónica. Se calcularon la superficie específica y el diámetro promedio. Se obtuvieron valores de kappa inicial de 8,2; 25,2 y 9,6 con contenidos de hemicelulosas de 6,19%, 7,99% y 5,30% respectivamente. Las superficies específicas estimadas de las partículas obtenidas variaron de 199 a 441 m2/g, y los diámetros promedio variaron entre 6,0 nanómetros y 13,4 nanómetros. Los diámetros de las LNFC más bajos se alcanzan cuando se utiliza la pulpa con el menor contenido de hemicelulosas, obtenido con la aplicación de ozono tanto en ácido como condiciones neutrales. Se verificó que las pulpas de alto número kappa requieren condiciones ácidas de ozono para obtener partículas de diámetros similares a las otras pulpas. La superficie específica y los diámetros de nanofibras de celulosa fueron similares a los obtenidos por aplicación de 10 mmoles de NaClO sps y fibrilación utilizando un homogeneizador. Todas las transmitancias excedieron el 90,0%, mostrando altos rendimientos de fibrilación.Con el fin de evaluar la influencia de los componentes químicos de la muestra inicial sobre las propiedades finales de las LNFC se obtuvieron nanofibras a partir de diferentes pulpas de aserrín de pino, aserrín de eucalipto y bagazo de caña de azúcar. Se determinó la composición química de las pulpas y se procedió a la producción de LNFC empleando 10% NaBr sps, 10 mmoles de NaClO sps y reactivo TEMPO en cantidades variables (0,8% y 1,6% sps), con fibrilación mecánica empleando un molino coloidal. El contenido de hemicelulosas varió desde 11,68% hasta un 28,40%. El contenido de lignina de las muestras varío en un amplio rango entre 0,05% y 14,46%, mientras que los glucanos variaron en un rango de 67,14% a 82,73%. Se determinó que el grado de fibrilación está influenciado por la materia prima mediante la turbidez (p-valor=0,0111) y la transmitancia (p-valor=0,0265). Se obtuvieron valores mayores para las LNFC provenientes de pulpas de bagazo de caña de azúcar. También se demostró que el grado de fibrilación depende de la aplicación del tratamiento oxidativo durante la etapa de pulpado o blanqueo encontrándose que la aplicación de un tratamiento oxidativo produce menores valores de transmitancia. Finalmente, se demostró la influencia significativa (p-valor=0,0000) de la carga de TEMPO aplicada sobre las pulpas durante el tratamiento de oxidación TEMPO, alcanzando mejores grados de fibrilación aquellas muestras sometidas a 1,6% TEMPO sps. Se demostró que existe una correlación negativa (-0,9033) entre los valores de transmitancia y el contenido de lignina inicial de la muestra (p-valor=0,0136) y además una correlación positiva entre el contenido inicial de lignina (+0,9851) y la turbidez de la suspensión de LNFC (p-valor=0,0003). Esto indicaría que un aumento en el contenido de lignina provoca una disminución en el grado de fibrilación. No se observaron correlaciones significativas entre el contenido inicial de glucanos y el grado de fibrilación cualquiera sea el método de determinación empleado, pero sí con algunos componentes hemicelulósicos, como los arabinanos.Se determinó que a mayor carga de oxidante durante la reacción TEMPO, mayor es la tasa de grupos carboxílicos alcanzada. Otro de los factores que ejerce influencia significativa sobre la tasa de grupos carboxílicos es la aplicación o no de un tratamiento oxidativo durante el pulpado o blanqueo (p-valor=0,0371). La mayor cantidad de grupos oxidados se obtiene cuando no se aplican tratamientos oxidativos durante el pulpado o blanqueo.Finalmente, existe una correlación negativa (-0,6503) entre el contenido de grupos carboxílicos y la turbidez de las muestras (p-valor=0,0418). Se puede decir por lo tanto, que cuanto mayor es la cantidad de grupos carboxílicos en la muestra oxidada, mayor es el nivel de fibrilación alcanzado y esto coincide con las primeras experiencias realizadas con el aserrín de pino.Para los valores de viscosidad, el análisis de varianza multifactorial indicó diferencias significativas entre la variable de respuesta y los factores: tipo de materia prima (p-valor=0,0038) y aplicación de tratamiento de tipo oxidativo durante el pulpado o blanqueo (p-valor=0,0000). La materia prima presentó diferencias significativas con respecto a la variable viscosidad debido al bagazo de caña de azúcar. Se encontró que existe una correlación de tipo positiva (+0,7011) entre el contenido de lignina inicial en la muestra y los valores de viscosidad obtenidos (p-valor=0,0052). Es decir, que cuanto mayor es el contenido de lignina en la muestra mayor será la viscosidad obtenida. Por otro lado, existe además una correlación negativa (-0,8353) entre las hemicelulosas y la variable de respuesta viscosidad (p-valor=0,0002). Los componentes hemicelulósicos que presentaron correlación con la viscosidad incluyen xilanos (p-valor=0,0000) con una correlación negativa (-0,9104), mananos (p-valor=0,0000) con una correlación positiva (+0,9213) y galactanos (p-valor=0,0000) con una correlación positiva (+0,8800). Finalmente, se encontró que existe una correlación positiva (+0,7383) entre la turbidez y la viscosidad al 0,5% de consistencia (p-valor=0,0026). Por lo tanto, un incremento en el grado de fibrilación provocará una disminución en la viscosidad de la muestra y con esto podemos demostrar la depolimerización que existe a medida que aumenta la fibrilación de la muestra. En todos los casos los valores de potencial Z fueron mayores a -30 mV, esto significa que todas las suspensiones evaluadas eran estables. Se encontró diferencia significativa entre la carga de TEMPO aplicada durante la oxidación sobre el potencial Z (p-valor=0,0135) obteniéndose mejor estabilidad de las muestras que poseen 1,6% de TEMPO sps durante la oxidación.No se observan diferencias significativas entre los valores de potencial Z para las materias primas pino y bagazo (el análisis no se realizó sobre muestras de LNFC de pulpas de eucalipto). Existe una correlación positiva (+0,6828) entre el contenido inicial de lignina y el potencial Z (p-valor=0,0144), indicando que cuanto mayor es la cantidad de lignina presente en la muestra, más estable es la suspensión. Se demostró que existe una correlación negativa del potencial Z con respecto a la transmitancia (-0,6947) y una correlación positiva (+0,8908) con la turbidez de la suspensión (p-valor=0,0001). No se encontraron influencias significativas entre la variable Diámetro de LNFC y los factores materia prima, tipo de tratamiento oxidativo aplicado durante el pulpado o blanqueo y carga aplicada durante el tratamiento TEMPO. Se observó una correlación positiva (+0,5590) entre las hemicelulosas y el diámetro de las LNFC (p-valor=0,0485). Los componentes hemicelulósicos que contribuyen a esta correlación incluyen a los xilanos (+0,6952) y mananos (-0,6535).Se aplicaron LNFC de diferentes tipos a papeles, en masa y en superficie. La aplicación de LNFC en superficie en papeles blancos no encolados no produce mejoras apreciables respecto a la utilización de almidón. En cuanto a la aplicación en masa de diferentes LNFC a una pulpa quimimecánica para la elaboración de papel marrón ondulado, se observaron diferencias significativas entre la aplicación de las LNFC respecto al blanco para la variable de respuesta tracción (p-valor=0,0000) lográndose incrementos de hasta un 19%. En cuanto a la resistencia al reventamiento, el análisis estadístico mostró diferencias significativas entre las diferentes LNFC (p-valor=0,0000), con un incremento en los valores en todos los casos. Para el índice de rasgado, se obtuvieron diferencias significativas entre los valores debido a la aplicación de LNFC (p-valor=0,0048). El agregado de LNFC produjo un incremento en los valores de rasgado respecto al blanco, pero no se encontró diferencia significativa entre los diferentes tipos. Se demostró además que existen diferencias significativas (p-valor=0,0000) entre el blanco y las muestras sobre las cuales se adicionaron las LNFC, con una diminución en la permeabilidad de las hojas. Finalmente los ensayos compresión de anillo (RCT) y Cáncora Medium Test (CMT) mostraron diferencias significativas entre las muestras (p-valor=0,0000 en ambos casos). La evaluación de la influencia de las características de las LNFC aplicadas en masa indicó numerosas correlaciones con las propiedades físico mecánicas de las hojas. La correlación positiva entre el área superficial y la transmitancia (+0,7919) y la negativa entre área superficial y la turbidez (-0,9934) se relacionan con el grado de fibrilación de la muestra. El área superficial aumenta a medida que el grado de fibrilación es mayor, en tanto que cuanto menores son los diámetros y más fibrilación se produzca, mayor es el área superficial. Existe además una correlación negativa entre el área superficial y el RCT (-0,8242), esto puede deberse al incremento en la densidad de la hoja, lo que conlleva a una disminución en la compresión. El incremento en el área superficial hace que las LNFC se unan en varios puntos a las fibras generando mayores uniones interfibrilares en la trama fibrosa. Esto conduce a mayores resistencias a la tracción (+0,5507) y al reventamiento (+0,7026). Por otro lado, esta acción de unirse en más puntos y el hecho de que las LNFC poseen tamaños menores conduce a que se introduzcan en los espacios vacíos del papel. El incremento de área superficial por lo tanto produce una disminución en la permeabilidad al aire (-0,6397) de la hoja. El análisis estadístico indicó que existe una correlación negativa entre la turbidez y la tracción (-0,4972). Por lo tanto, a medida que mayor es el grado de fibrilación mayor será la tracción de la muestra obtenida. Esto se debe a que el aumento en el grado de fibrilación provoca un incremento en el área superficial de las LNFC, lo que genera un aumento en los enlaces del papel haciéndolo más resistente. Por otro lado, se produce una distribución homogénea de LNFC sobre las fibras provocando uniformidad en el esfuerzo aplicado al papel. Se observa el mismo comportamiento para los valores de resistencia a la explosión y turbidez (-0,6538).Se verifica una correlación positiva entre la permeabilidad y la turbidez (+0,5782), es decir que cuanto mayor es el grado de fibrilación de la muestra, menor será la permeabilidad. El incremento en el diámetro de las LNFC provoca una disminución en el espesor de la muestra (-0,7906), la hoja es menos densa y se produce un aumento en los valores de RCT (+0,7886). El incremento en el diámetro, además, produce un aumento en la permeabilidad (+0,7539), dado que quedan más zonas vacías en el papel y la resistencia al paso de aire es menor. El incremento en el diámetro de las LNFC se correlaciona de manera negativa (-0,9603) con el área superficial (p-valor=0,0000), por lo que el área de contacto es menor y los valores de resistencia a la tracción, TEA y elongación resultan inferiores.

The use of lignocellulosic waste is a current challenge for obtaining high value-added products from a typical agro or forestoindustrial waste. This strategy prevents waste to be burned or stored at the same place where they were generated. The waste generated in the province includes sawdust from pine and eucalyptus (primary processing wood waste) and bagasse from sugarcane (waste produced from sugarcane production). One of the products that can be obtained by applying different strategies on lignocellulosic waste is lignocellulosic nanofibers (LNFC). LNFCs are cellulose aggregates that have diameters and lengths in the order of nanometers and micrometers respectively, have a large surface area, and are obtained by top-down techniques from cellulose pulps. The hypothesis of this work is that it is possible to obtain nanocellulose from agro and forestoindustrial wastes (pine sawdust, eucalyptus sawdust, and sugarcane bagasse) and that it can be used as reinforcement in papers and paperboards. The main objective was to verify the technical feasibility of obtaining LNFC from agro and forestoindustrial waste (pine sawdust, eucalyptus sawdust, and sugarcane bagasse) by top-down techniques, in order to be integrated in a lignocellulosic biorefinery scheme and prove its usefulness as paper reinforcement. The specific objectives were: to verify the incidence of the degree of oxidation on the properties of the nanocellulose obtained from pine sawdust; evaluate the influence of processing on the properties of the LNFC; to analyze different characterization techniques of cellulose nanofibers and select the most appropriate ones; to evaluate the influence of the chemical components of the initial sample on the final properties of the LNFC, and finally, to evaluate the behavior of the LNFC as reinforcement of papers and cartons. Technological schemes are proposed that, due to the used reagents and the integral use of the resource, do not generate effluents that may cause environmental conflicts, and also reduce the environmental impact of the generated waste by the involved sectors. Cellulose pulps of pine sawdust, eucalyptus sawdust, and sugarcane bagasse, produced by different treatments such as soda/ethanol, soda/anthraquinone, oxidative sequence with oxygen-ozone, oxygen/soda, and a commercial ECF bleached kraft pine pulp were used. All were chemically characterized. In order to achieve the first specific objective, LNFC was obtained from the soda/anthraquinone pulp of pine sawdust followed by an oxidative treatment at 1% consistency using 10% NaBr on dry pulp ( odp), 1.6% of TEMPO odp, and 5, 10, and 15 mmols of NaClO odp as a primary oxidant. The oxidized samples were treated in a homogenizer with a pressure of 600 bar to completely liberate the LNFCs. The transmittance of the suspension, the nanofibrillation yield, the carboxylic group content, the cationic demand, and the degree of polymerization were determined on each of the obtained hydrogels. In addition, the specific surface and the average diameter of the LNFCs were calculated. The results showed that it is possible to obtain LNFC from pine sawdust pulps. It was demonstrated that higher levels of NaClO charge produced an increase in the degree of oxidation and a decrease in the number of steps of mechanical treatment in the homogenizer. In addition, this increase in load levels produced an increase in the yield of nanofibrillation reaching a maximum of 94.4%, and the degrees of polymerization presented similar values. The specific surface area reached for the samples treated with 5, 10, and 15 mmoles of NaClO odp were 291.7 m2/g, 349.2 m2/g and 389.6 m2/g. The average diameters for the samples were 8.57 nm, 7.15 nm, and 6.42 nm respectively. To evaluate the influence of Kappa number and initial content of hemicelluloses on the properties of the LNFC, nanofibers were obtained from three pine sawdust pulps treated with three different soda/ethanol conditions. A sequence of two stages of oxygen, one of ozone, and one of hydrogen peroxide was carried out on each pulp. The treatment with ozone was carried out with a consistency of 2.5%, during 60 minutes at 20°C. Two pH conditions were evaluated: acid medium (pH 2.3) and neutral medium (pH 7). On each sample, hemicelluloses content and Kappa number were determined. The obtained pulps were treated with 10 mmols of NaClO odp, 10% NaBr odp and 1.6% of TEMPO odp. The samples were mechanically fibrillated using a high speed mixer at 35,000 rpm for 18 minutes. The transmittance of the suspension, the carboxylic groups, and the cationic demand were determined on each of the hydrogels. The specific surface and the average diameter were calculated. Kappa values of 8.2, 25.2, and 9.6 were obtained with hemicelluloses contents of 6.19%, 7.99%, and 5.30% respectively. The estimated specific surfaces of the obtained particles ranged from 199 to 441 m2/g, and the average diameters varied between 6.0 nanometers and 13.4 nanometers. The lower diameters of LNFCs were reached when the pulp with the lowest content of hemicelluloses was used. It was obtained with the application of ozone in both acid and neutral conditions. It was verified that pulps of high kappa number require acidic ozone conditions to obtain particles of similar diameters than the other pulps. The specific surface and diameters of cellulose nanofibers were similar to those obtained by the application of 10 mmols of NaClO odp and fibrillation using a homogenizer. All transmittances exceeded 90.0%, showing high fibrillation performances. During the third part of the work, nanofibers were obtained from pine sawdust, eucalyptus sawdust, and sugarcane bagasse pulps to evaluate the influence of the chemical components of the initial sample on the final properties of the LNFC. The chemical composition of the pulps was determined and LNFC was produced using 10% NaBr odp, 10 mmols of NaClO odp, and variable amounts of TEMPO (0.8% and 1.6% odp), with mechanical fibrillation using a colloidal mill. The hemicelluloses content ranged from 11.68% to 28.40%. The lignin content of the samples varied in a wide range between 0.05% and 14.46%, while the glucans varied in a range from 67.14% to 82.73%. It was determined that the degree of fibrillation is influenced by the raw material and can be assessed by turbidity (p-value=0.0111) and transmittance at 800 nm (p-value=0.0265). Higher values were obtained for LNFCs from sugarcane bagasse pulp. It was also shown that the degree of fibrillation depends on the application of oxidative treatment during the pulping or bleaching stages, finding that the application of an oxidative treatment produces lower values of transmittance at 800 nm. Finally, a significant influence (p-value=0.0000) of the TEMPO load applied on the pulps during the oxidative treatment was demonstrated. The best degrees of fibrillation were reached by the samples subjected to 1.6% TEMPO odp. It was shown that there is a negative correlation (-0.9033) between the values of transmittance at 800 nm and the initial lignin content of the sample (p-value=0.0136) and also a positive correlation between the initial lignin content (+0.9851) and the turbidity of the LNFC suspension (p-value=0.0003). This would indicate that an increase in the lignin content causes a decrease in the degree of fibrillation. No significant correlation was observed between the initial content of glucans and the degree of fibrillation whatever the method of determination used, but there was with some hemicellulosic components, such as arabinans. It was determined that the higher the oxidant load during the TEMPO reaction, the higher the carboxylic groups content reached. Another factor with significant influence on the content of carboxylic groups is the application, or not, of an oxidative treatment during the pulping or bleaching stage (p-value=0.0371). The largest number of oxidized groups is obtained when no oxidative treatments are applied during pulping or bleaching. Finally, there is a negative correlation (-0.6503) between the content of carboxylic groups and the turbidity of the samples (p-value = 0.0418). The greater the amount of carboxylic groups in the oxidized sample, the higher the level of fibrillation reached, similar to the first experiences with pine sawdust. For viscosity at 0.5% consistency, ANOVA indicated significant differences between the response variable and the factors: raw material (p-value=0.0038) and application of oxidative treatment during pulping or bleaching (p-value=0.0000). The raw material presented significant differences respect to viscosity due to sugarcane bagasse. It was found that there is a positive correlation (+0.7011) between the initial lignin content in the sample and the obtained viscosity at 0.5% consistency (p-value=0.0052). The higher the initial lignin content on sample, the higher the viscosity obtained. On the other hand, there is also a negative correlation (-0.8353) between hemicelluloses and viscosity (p-value= 0.0002). The hemicelluloses components that correlated with viscosity include xylans (p-value=0.0000) with a negative correlation (-0.9104), mannans (p-value=0.0000) with a positive correlation (+0.9213), and galactans (p-value=0.0000) with a positive correlation (+0.8800). Finally, it was found that there is a positive correlation (+0.7383) between the turbidity and the viscosity at 0.5% consistency (p-value=0.0026). Therefore, an increase in the degree of fibrillation causes a decrease in the viscosity of the sample, probably due to the depolymerization produced with the increase of the fibrillation of the sample. The Z potential values were higher than -30 mV, this means that all the suspensions evaluated were stable. A significant difference on the Z potential was found between the TEMPO loads applied during the oxidation (p-value=0.0135), obtaining better stability the samples with 1.6% of TEMPO odp in the oxidation. No significant differences were observed between Z potential values for pine and bagasse pulps (the analysis was not performed on LNFC samples of eucalyptus pulps). There is a positive correlation (+0.6828) between the initial lignin content and the Z potential (p-value=0.0144), indicating that the greater the amount of lignin present in the sample, the more stable the suspension. It was shown that there is a negative correlation of the Z potential with the transmittance (-0.6947) and a positive correlation (+0.8908) with the turbidity of the suspension (p-value=0.0001). No significant influences were found between the LNFC diameter and the different raw materials, type of oxidative treatment applied during pulping or bleaching, and load of TEMPO applied. A positive correlation (+0.5590) was observed between the hemicelluloses and LNFC diameter (p-value=0.0485). The hemicellulosic components that contribute to this correlation includes xylans (+0.6952) and mannans (-0.6535). Different LNFCs types were applied to papers, in mass and on surface. The application of LNFC on surface using bar coating process in white papers did not produce appreciable improvements in physical-mechanical properties. When applied different LNFC in mass to an unbleached chemi-mechanical pulp for paperboard production, significant differences were observed in tensile strength (p-value=0.0000) achieving increases of up to 19%. The statistical analysis showed significant differences in bursting strength with the application of different LNFC types (p-value=0.0000), with an increase in all cases. For tear index, significant increases were obtained with the application of LNFC (p-value=0.0048), but no significant difference was found between the different LCNF types. It was also shown that there are significant decreases in the permeability of the sheets (p-value=0.0000) between the original paper and the samples with the LNFCs. Finally, the Ring Compression Test (RCT) and the Concora Medium Test (CMT) showed significant differences with LNFC addition (p-value=0.0000 in both cases). The characteristics of the LNFC applied in mass present numerous correlations with the final physical-mechanical properties. A positive correlation between the surface area and the transmittance (+0.7919) and a negative correlation between surface area and turbidity (-0.9934) were found and are related to the degree of fibrillation of the samples. The surface area increases with the increase of the degree of fibrillation, diameter and with high fibrillation. There is also a negative correlation between the surface area and the RCT (-0.8242), probably due to the increase in sheet density, which leads to a decrease in compression. The increase in the surface area of the LCNF causes greater interfibrillar bonds in the structure of the paper, leading to higher tensile strength (+0.5507) and burst strength (+0.7026). On the other hand, the small the size of the LNFC, the easier their introduction in the empty spaces of the paper. The increase in surface area therefore produces a decrease in air permeability (-0.6397) of the sheet. The statistical analysis indicated that there is a negative correlation between turbidity and tensile strength (-0.4972). Therefore, at higher degree of fibrillation, higher tensile strength of the obtained sample. This is because the increase in the degree of fibrillation causes an increase in the surface area of the LNFC, which generates an increase in the bonds of the paper making it more resistant. On the other hand, there is a homogeneous distribution of LNFC over the fibers, causing uniformity in the stress applied to the paper. The same behavior is observed for the values of burst strengh and turbidity (-0.6538). There is a positive correlation between permeability and turbidity (+0.5782), that is, the greater the degree of fibrillation of the sample, the lower the permeability. The increase in the diameter of the LNFC causes a decrease in the thickness of the sample (-0.7090), the sheet is less dense and there is an increase in the values of RCT (+0.7886). The increase in diameter also produces an increase in permeability (+0.7539), since there are more empty areas in the paper and the resistance to the passage of air is lower. The increase in the diameter of the LNFC is negatively correlated (-0.9603) with the surface area (p-value=0.0000), therefore, the contact area is smaller and the values of tensile strength, TEA, and strain are lower.