Desarrollo de nanocompuestos basados en almidón termoplástico a escala planta piloto
El uso de polímeros capaces de ser degradados por la acción de microorganismos y / o enzimas sin causar efectos nocivos es una estrategia en la gestión de los residuos y cuidado ambiental. El objetivo principal de esta tesis fue obtener nanocompuestos a partir de materias primas provenientes de fuen...
| Autor: | |
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| Tipo de documento: | tese |
| Estado: | Versão publicada |
| Data de publicação: | 2018 |
| País: | Argentina |
| Recursos: | Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas |
| Repositório: | CONICET Digital (CONICET) |
| Idioma: | espanhol |
| OAI Identifier: | oai:ri.conicet.gov.ar:11336/91843 |
| Acesso em linha: | http://hdl.handle.net/11336/91843 |
| Access Level: | Acesso embargado |
| Palavra-chave: | Almidón termoplástico Planta Piloto Extrusión Nanocompuestos https://purl.org/becyt/ford/2.5 https://purl.org/becyt/ford/2 |
| Resumo: | El uso de polímeros capaces de ser degradados por la acción de microorganismos y / o enzimas sin causar efectos nocivos es una estrategia en la gestión de los residuos y cuidado ambiental. El objetivo principal de esta tesis fue obtener nanocompuestos a partir de materias primas provenientes de fuentes naturales totalmente biodegradables mediante un método de procesamiento utilizado habitualmente en la producción de los “commodities” en aplicaciones de envases y embalajes. El almidón es un biopolímero natural, renovable, abundante y de bajo costo. Sin embargo, la estructura del almidón nativo debe ser modificada, ya que su degradación térmica y fusión son procesos que se encuentran solapados. La modificación se realiza procesándolo en presencia de un plastificante bajo ciertas condiciones de temperatura y esfuerzos de corte. Este proceso se denomina gelatinización y el producto resultante se conoce como almidón termoplástico (TPS). En esta tesis se sintetizó TPS mediante extrusión reactiva utilizando una extrusora de doble tornillo a partir de almidón nativo de maíz. Se evaluó el cambio de sus propiedades térmicas, mecánicas y morfológicas con la temperatura de procesamiento, la formulación del plastificante y el tiempo y la humedad de almacenamiento. No se observaron cambios significativos en la estabilidad térmica, la absorción de humedad ni las propiedades mecánicas del material en función de los parámetros de procesamiento y formulación. Sin embargo, fue posible confirmar la existencia de cristales provenientes de la recristalización de amilosa que afectaron a las propiedades mecánicas del material en función del tiempo de almacenamiento, aumentando su rigidez. El almidón presenta propiedades mecánicas y de barrera pobres y es susceptible al cambio de propiedades con la humedad ambiente. Se evaluó el uso de dos estrategias para disminuir sus desventajas. Por un lado, el almidón nativo puede ser modificado químicamente produciendo la reacción de almidón nativo con reactivos químicos que introducen nuevos grupos funcionales en función de las propiedades que se desean mejorar. Por otro lado, la incorporación de nano-refuerzos a las mezclas poliméricas produce mejoras en las propiedades mecánicas y de barrera, con una alta relación desempeño/costo. Otras desventajas del TPS están relacionadas con la alta susceptibilidad a la variación de propiedades con la humedad ambiente y a la evolución de las mismas en el tiempo, lo cual influye en la calidad final del producto. Estas variaciones se atribuyen a la reorganización molecular, que depende tanto de las condiciones de procesamiento como de las de almacenamiento. Las estrategias de modificación química e incorporación de nanoarcillas modificadas plantean una posible solución a estos inconvenientes. El almidón de maíz se modificó mediante una reacción química en solución de acetona y anhídrido maleico, en la cual se sustituyeron los grupos-OH del almidón por otros grupos de carácter mayormente hidrofóbico. Luego se sintetizó TPS por extrusión reactiva en una extrusora de doble tornillo bajo las condiciones de procesamiento y formulación optimizadas previamente. El producto resultante se denominó MTPS. Se pudo ver que la modificación condujo a una disminución del 49 % en el porcentaje de cristalinidad del material, una disminución del 84 % del módulo de Young y del 85 % en la tensión máxima, con un incremento dela elongación a la rotura del 400 % y una reducción de la absorción de humedad del 8 % con respecto al TPS. Luego se prepararon nanocompuestos utilizando ambas matrices (TPS y MTPS) con 3 % en peso de bentonita (BENT) y bentonita modificada con cloruro de benzalconio (BENT-CBK) como refuerzos. La BENT-CBK absorbe un 6.7 % menos de humedad que la BENT, con un aumento del espacio interlaminar (d001) de 4.9 Å mientras que su temperatura de inicio de la degradación que corresponde al 5% de pérdida de peso es de 190 °C, lo que evitaría la degradación térmica del modificador durante el procesamiento. El agregado de nano-refuerzos a la matriz de TPS provocó una disminución del 33 % en la absorción de humedad mientras que el nanocompuesto que menor absorción presentó fue el de matriz de MTPS reforzado con BENT-CBK, (85 % menor que en la matriz de TPS). El agregado de BENT y BENT-CBK no produjo mejoras apreciables de la resistencia del TPS mientras que la matriz MTPS reforzada con BENT-CBK mostró un aumento del 700 % en el módulo de Young a expensas de una pérdida del 25 % en la elongación a la rotura del material. Por último, se estudió la procesabilidad del material utilizando reometría capilar y se aplicó una técnica de selección de materiales utilizando el método de factores ponderados, con el objetivo de seleccionar los materiales que presentan el mejor desempeño para la aplicación propuesta, que resultaron ser: MTPS3-3BENT y MTPS3-3CBK. |
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