Obtención de nanocompuestos de ácido poliláctico y nanofibrillas de celulosa bacteriana y vegetal por mezclado intensivo y moldeo por compresión

J. BOVI; J. DELGADO; O. DE LA OSA; M. PELTZER; C. BERNAL; M.L. FORESTI

Bernal

Jornada; V Jornadas de Investigadores e Investigadoras en Formación CyT ? UNQ; 2023

Universidad Nacional de Quilmes

Durante el desarrollo de materiales compuestos de matriz polimérica a través de técnicas de procesamiento en fundido, el secado de los componentes es usualmente requerido. En el caso de los compuestos basados en ácido poliláctico (PLA) reforzados con nanofibrillas de celulosa, la deshidratación de las mismas durante el secado puede afectar negativamente su dispersión en la matriz debido a su agregación irreversible (“hornificación”). Esto compromete su tamaño y las propiedades que derivan de su nanoescala. Una forma conocida de evitar dicha hornificación es la elaboración de un masterbatch por evaporación del solvente como paso previo al procesamiento en fundido1. Por otro lado, la incompatibilidad química que existe entre ambos componentes también puede dificultar la dispersión de la carga en la matriz, limitando las propiedades de los compuestos que conforman. Una alternativa para reducir este efecto es la hidrofobización superficial de las nanofibrillas de celulosa a través, por ejemplo, de reacciones de esterificación (acetilación) enfocadas en modificar químicamente su superficie, pero sin alterar su ultraestructura2. En el presente trabajo se desarrollaron compuestos de PLA reforzados con nanocelulosa bacteriana (BNC) obtenida a partir del sub-producto de la elaboración de Kombucha3 por un lado, y con celulosa nanofibrilada (NFC) extraída de cáscara de arroz, por otro4, a través de mezclado en fundido seguido de moldeo por compresión. A fin de mejorar la dispersión de ambas nanocelulosas en el PLA, su incorporación en la matriz se realizó mediante tres estrategias distintas: en primer lugar, se introdujeron en la mezcladora las nanofibrillas secas y molidas de forma “directa”; en segundo lugar, se procesaron masterbatches elaborados previamente por evaporación de solvente; y por último, se utilizó esta misma técnica pero empleando BNC y NFC acetiladas (grado de sustitución = 0.15-0.20) en lugar de las nanofibrillas nativas. La concentración de refuerzo fue del 16.7% p/p en ambos masterbatches. Luego, los materiales fueron procesados en una mezcladora intensiva Brabender (170ºC-50 rpm-8 min) y moldeados por compresión a fin de obtener láminas (170°C sin presión-8 min + 170°C-2 MPa-5 min). En todos sistemas las concentraciones finales de carga fueron 0.5, 1, 1.5, 3, 5 y 7% p/p. La elaboración de los masterbatches por evaporación de solvente previa al mezclado en fundido permitió alcanzar niveles superiores de dispersión de ambas nanocelulosas en la matriz -en comparación a la introducción directa de las nanofibras secadas en estufa y molidas- lo cual se tradujo a aumentos del módulo de hasta un 35%. Por otro lado, si bien la acetilación de las nanofibrillas permitió mejorar su dispersión en la matriz, esto no se tradujo en mejoras significativas en las propiedades de los compuestos respecto de sus contrapartes nativas.