Nanocompuestos basados en almidón termoplástico y bentonita modificada obtenidos por extrusión reactiva

GUARÁS, MARÍA PAULA; ALVAREZ, VERA ALEJANDRA; LUDUEÑA, LEANDRO NICOLÁS

Buenos Aires

Conferencia; NANOMERCOSUR 2017; 2017

Los polímeros convencionales derivados de combustibles fósiles no sólo son recursos no renovables y finitos, sino que también causan problemas en el procesamiento posterior al consumo, ya que son en gran medida inertes al ataque microbiano. El uso de polímeros capaces de degradarse por la acción de microorganismos y / o enzimas sin causar efectos nocivos es una estrategia en la gestión de residuos. El almidón es un biopolímero natural, abundante y versátil obtenido de recursos vegetales renovables como el maíz, el trigo y las cosechas de papa. Además, el almidón es económicamente competitivo con polímeros derivados del petróleo para la fabricación de materiales de envasado. Sin embargo, la estructura del almidón nativo debe ser modificada ya que su temperatura de degradación es inferior a su temperatura de fusión. Por esta razón, el almidón nativo no puede ser procesado por métodos tradicionales de procesamiento de polímeros sin ser previamente modificado. La formación de almidón termoplástico (TPS) requiere la disrupción de las regiones cristalinas de los gránulos de almidón procesándolos en presencia de una cantidad específica de plastificante, bajo ciertas condiciones de extrusión [1].El almidón termoplástico neto no es adecuado para su uso como material de embalaje debido a sus pobres propiedades mecánicas y alta hidrofilicidad. Diferentes métodos pueden ser implementados para mejorar su competitividad con una alta relación costo / eficiencia. Por una parte, se han desarrollado diversos métodos de modificación fisicoquímica de TPS para mejorar estos aspectos. La derivatización del almidón es un tipo de modificación química mediante la cual los grupos hidroxilo se sustituyen por otros grupos con la funcionalidad deseada. Por otra parte, se pueden incorporar nano-refuerzos en las mezclas. De esta manera, los nanocompuestos de biopolímero/arcilla son una nueva clase de materiales con propiedades mecánicas y térmicas potencialmente mejoradas [2]. Estos compuestos se preparan mediante la adición de pequeñas cantidades de arcilla a la matriz de biopolímero. El principal desafío para la preparación de nanocompuestos con propiedades mejoradas es la dispersión nanométrica de arcilla en la matriz polimérica. La bentonita es una de las arcillas naturales más utilizadas y ha sido aplicada con éxito en numerosos sistemas nanocompuestos. Sin embargo, muchos nanocompuestos de almidón y arcilla sufren una dispersión deficiente, factor clave para obtener materiales de alto rendimiento. Para mejorar la dispersión de arcilla, pueden utilizarse la estrategia del intercambio iónico entre cationes alcalinos inorgánicos sobre la superficie de arcilla con el catión orgánico deseado [3]. Cuanto más compatible sea el modificador con el almidón, mayor será la dispersión de arcilla.El objetivo de este trabajo fue preparar nanocompuestos biodegradables de TPS / organobentonita por intercalación en fusión mediante técnica de extrusión reactiva. Con este propósito, la bentonita se intercambió en primer lugar con cloruro de benzalconio. La organobentonita resultante se utilizó como nano-refuerzo de la matriz de almidón termoplástico. La derivatización del almidón nativo se realizó con anhídrido maleico y una vez modificado se procesó en presencia de un plastificante adecuado en un extrusor de doble tornillo. Se estudió y discutió en detalle el efecto de la modificación de la arcilla en la morfología (difractometría de rayos X, XRD), propiedades térmicas (calorimetría diferencial de barrido, DSC y termogravimetría, TGA), absorción de agua, propiedades mecánicas y biodegradabilidad de los nanocompuestos.