Influencia de la modificación química de nanofibrilas de celulosa (NFC) en las propiedades térmicas y de compatibilización en la preparación de nanocompuestos a base de PLA

RODRIGUEZ RAMIREZ CARLOS; GARCIA, NANCY L.; D'ACCORSO NORMA B.; DUFRESNE, ALAIN

Buenos Aires

Simposio; XIII Simposio Argentino de Polímeros 2019; 2019

El enorme consumo de material plástico derivado de combustibles fósiles así como la inadecuada eliminación de estos ha creado problemas constantes de producción de desechos que causan contaminación ambiental. En consecuencia, el desarrollo de biopolímeros provenientes de la biomasa renovable se ha convertido en una opción alentadora para reducir la acumulación de residuos plásticos en el medio ambiente. Desafortunadamente, el rendimiento térmico y mecánico de la mayoría de los polímeros renovables es generalmente inferior en comparación con los polímeros tradicionales a base de petróleo por lo que las nuevas tendencias están orientadas en el mejoramiento de estos materiales con el uso de nanocargas naturales. Recientemente, la nanocelulosa ha despertado interés entre los investigadores, como un material de refuerzo óptimo para mejorar las propiedades físicas deficientes de los polímeros naturales. Sin embargo debido a la naturaleza hidrófilica de las fibras celulósicas hace que sean difíciles de dispersar en matrices hidrofóbicas como el ácido polilactico (PLA), hecho que conlleva a estudiar métodologías que logren compatibilizar materiales con estas características. La presente investigación tiene como objetivo validar la influencia de la modificación química de nanofibrilas de celulosa obtenidas de un tipo de bambu argentino (NFC) en las propiedades mecánicas, térmicas y de compatibilización de bionanocompuestos con base de PLA, usando un poliláctico de bajo peso molecular, previamente sintetizado en nuestro laboratorio [1]. Materiales y MétodoLa Caña Tacuara (Guadua angustifolia) se recolecto en la zona norte de la provincia de Buenos Aires, Argentina. Los pellets comerciales de PLA ( Wuhan, China) utilizados como matriz de las películas finales (90% L-LA, 10% D-LA, Mn 200000 g / mol determinado por SEC) fueron purificados y reprecipitado con con methanol. Todos los reactivos fueron de calidad analítica provistos por Aldrich Co. Aislamiento de las Nanofibrilas de Celulosa por un método ?Green Procesing?Las NFC fueron extraídas de la Caña Tacuara (Guadua angustifolia) a través de diferentes procedimientos: primero una extracción con soxhlet de los trozos de caña cortados, posteriormente los trozos eran sometidos a tratamiento alcalino y molienda para luego ser blanqueadas. Las NFC fueron obtenidas desintegrando la pulpa de celulosa haciéndola pasar por un homogeneizador por presión.Modificación del PLA y grafting onto de NFC?Síntesis de PLA de bajo peso molecular.La síntesis fue llevada a cabo por condensación usando un reactor a baja presión a 175°C, usando como catalizador el ácido p-toluensufónico.?Modificación del PLA de bajo peso molecular, con NFC.La ruta de síntesis aplicada para la generación de la nanocargas modificadas se llevó a través de tres reacciones (Figura 1). La primera consiste en la protección de los grupos hidroxilo del PLA de bajo peso molecular realizando una benzoilación PLABz. En el segundo paso se procedió a activar los grupos carboxilo , y en el tercero, el producto resultante fue usado inmediatamente en la última reacción donde ocurre el grafting de las NFC obteniendo el PLABz-g-NFC. Figura 1.- Reacción de modificación de NFC.Procesamiento de nanocompuestos basados en PLA Se disolvió una cantidad predeterminada de PLA y PLABz-g-NFC en diclorometano. La solución se agito constantemente durante 12 h y se vertió en una capsula de Petri sometiéndolo luego a secado en un horno de vacío por un lapso de 24 h a 40 °C. Los films fueron preparados con el material modificado sobre una matriz de PLA de alto peso molecular utilizando diferentes porcentajes de nanocargas: 2%, 3% y 5% en peso de PLABz-g-NFC. A fines comparativos se preparó un film teniendo en cuenta el procedimiento antes descripto con un 2% en peso de un blend de PLABz/NFC en PLA.Resultados y DiscusiónEl producto sintetizado (PLABz-g-NFC), mejoró la adhesión interfacial y la dispersión homogénea de las NFC modificadas en la matriz de PLA. La adición de las nanocargas químicamente modificada, así como del blend (PLABz/NFC), tuvo un efecto en la coloración de los films, tomando la tonalidad ámbar característica de la carga. Como se observa en la Figura 2, la coloración de los films fue intensificándose a medida de que aumentaba el porcentaje de nanocarga en la matriz de PLA. Figura 2.- Film con diferentes porcentajes de nanocargas.En lo que respecta a los análisis térmicos (Figura 3), se pudo observar que al adicionar el PLABz-g-NFC al 2%, 3% y 5% en la matriz de PLA tuvo como resultado un aumento de la de descomposición al compararlo con la matriz de PLA y al film cargado con un 2% de PLABz/NFC.