Evaluación del desempeño mecánico y térmico de películas flexibles PELBD/lignina

CHIAPPERO L.; NICOLAU, V. V.; DIANA ESTENOZ

Congreso; X Congreso Argentino de Ingeniería Química (CAIQ); 2019

El polietileno lineal de baja densidad (PELDB) es un termoplástico de cadena lineal con múltiples números de ramificaciones cortas. Se sintetiza a partir de la copolimerización de etileno con olefinas de cadena más larga en presencia de catalizadores Ziegler-Natta. El PEBLD tiene una viscosidad más baja y una mayor resistencia a la tracción que el polietileno de baja densidad. Sus aplicaciones están muy extendidas e incluyen el envasado de alimentos, juguetes, y tapas, entre otras.Con el propósito de reducir su costo y/o mejorar sus propiedades finales se han empleado cargas minerales tales como vidrio, carbonato de calcio, talco, caolín y silicatos. Factores como el tamaño del material de relleno, la adhesión interfacial matriz-relleno y la cantidad de relleno afectan las propiedades mecánicas del material. En la actualidad, existe un interés creciente en el uso de rellenos orgánicos. Los rellenos orgánicos, en comparación con los inorgánicos, poseen ventajas como la baja densidad, la baja abrasión en equipos, y su renovabilidad. En este sentido, la lignina es el segundo biopolímero más abundante del planeta, siendo la madera proveniente de los árboles la principal fuente de lignina. Sin embargo, la baja compatibilidad entre las ligninas polares y las poliolefinas no polares se traduce en una baja miscibilidad y propiedades mecánicas pobres de los materiales obtenidos. Así, las primeras investigaciones sobre el empleo de ligninas sin modificar fueron poco satisfactorias obteniéndose materiales frágiles donde las partículas de lignina actuaban como centros de acumulación de tensiones. Para superar este obstáculo, se ha propuesto modificar químicamente la lignina por medio de una reacción de esterificación, que consiste en funcionalizar los grupos hidroxilo presentes a fin de reducir la polaridad del biopolímero. Además, estudios recientes han demostrado que la disminución del tamaño de partículas y una distribución de tamaño de partículas más uniforme de la lignina en mezclas de termoplásticos/lignina mejora la resistencia a la tracción.En el presente trabajo se empleó una lignina tipo Kraft con tamaño de partículas en el rango de 38 - 75 μm modificada por reacción de esterificación como relleno de matrices termoplásticas de PELDB. Se obtuvieron películas flexibles de mezclas de PELDB/lignina y se evaluaron las propiedades mecánicas y térmicas.Para la caracterización de la lignina se emplearon técnicas gravimétricas, espectroscópicas (UV-VIS y FTIR) y térmicas (TGA y DSC). La lignina se sometió a un proceso de secado enuna estufa con circulación de aire a una temperatura de 60 °C durante 24 horas. Se realizó la reducción de tamaño de partícula en un molino de bolas y posteriormente se realizó una clasificación granulométrica para seleccionar y utilizar las partículas de tamaño en el rango de 38 - 75 μm. La esterificación de la lignina se llevó a cabo por reacción con ácido acético, utilizando N-metilimidazol como catalizador a 50 °C durante 3 h. La lignina modificada se mezcló con PELDB en tres proporciones (2,5, 5 y 10%). Las mezclas se procesaron por extrusión y luego los pellets se colocaron en un extrusor individual de matriz plana para la preparación de películas flexibles. Los materiales obtenidos se caracterizaron mediante ensayos mecánicos (ASTM D 882), FTIR y TGA.La temperatura de transición vítrea (Tg) de la lignina modificada (133 °C) fue menor que la correspondiente a la lignina original (162 °C). En los ensayos de tracción, todas las mezclas de PELDB/lignina (2,5, 5 y 10 %) exhibieron valores menores de módulo elástico (221, 226 y 192 MPa respectivamente) en comparación con el PELDB convencional (323 Mpa). En cuanto a los valores de alargamiento a la rotura se obtuvieron resultados estadísticamente comparables al valor de PELDB convencional (367%) para un porcentaje de 2,5 % de lignina (351%) y menores para proporciones de 5 y 10 % (212 y 243%).