MATERIALES COMPUESTOS BIOBASADOS CON MATRIZ DE PROTEÍNA DE SOJA COMO REEMPLAZO DE RESINAS SINTÉTICAS EN TABLEROS DE MADERA

SUAREZ, NATALIA; INALBON, C.; MEYER, C.I.; REGENHARDT, SILVINA; DUARTE, H.; ZANUTTINI, MIGUEL; MARCHI, ALBERTO

Mar del Plata

Congreso; XX Congreso Internacional de Metalurgia y Materiales, SAM 2022; 2022

INTEMA

Materiales como los compositos de madera y plástico (wood plastic composite - WPC), MDF, aglomerados, etc. han ganado popularidad gracias a propiedades como alta durabilidad, bajo mantenimiento, rigidez y resistencia mecánica aceptables, resistencia al deterioro biológico, precios inferiores comparados con materiales de uso similar etc. Los polímeros utilizados en estos compositos son de origen sintético: termoplásticos como PP, PE, PVC en el caso de los WPC y resinas de urea-formaldehído o fenol- formaldehído para los tableros de partículas y fibras. Esta situación provoca cierta preocupación relacionada con la disposición final de los compositos, ya que estos polímeros sintéticos son muy poco biodegradables.En este trabajo se desarrollaron biocompositos denominados WBPC (wood bioplastic composite), donde tanto la matriz como el refuerzo se obtienen de recursos renovables y son biodegradables. Además, los materiales empleados provienen de residuos o sub-productos de bajo valor comercial de algunas industrias de la región litoral argentina. Particularmente, se utilizó aserrín de madera (AM) y excedentes de harina de soja (HS), procedentes de las industrias maderera y aceitera, respectivamente.De la HS, se extrajeron las proteínas que constituirán la matriz bioplástica. En una primera etapa, la HS se trató con solución acuosa de NaOH a 60°C durante 45 min. Posteriormente, la suspensión obtenida se filtró para recuperar el líquido sobrenadante, al cual se le adicionó HCl(dis) hasta alcanzar el punto isoeléctrico de las proteínas. Por último, y mediante sucesivas etapas de concentración a baja temperatura, se obtuvo un aislado de proteína de soja (soy protein isolate - SPI). Al SPI obtenido se le adicionó una solución de glutaraldehído al 50% (GTA) en el rango 0-1 g GTA por g SPI y luego, a esta mezcla, se le agregó el AM en relaciones SPI/AM entre 20/80 y 65/35. Los biocompositos se prepararon a partir de estas mezclas utilizando una prensa hidráulica calefaccionada, manteniendo una presión de 70 bar y una temperatura de 120 °C por 30 minutos, calentando desde temperatura ambiente con una rampa de 2,5 °C/min. Las muestras obtenidas se caracterizaron mediante ensayos de flexión, dureza, absorción e hinchamiento en agua, según norma internacional ASTM D1037-99, y por microscopía electrónica de barrido (SEM). Además, se analizó cualitativamente la degradación de estas muestras en contacto con el ambiente. Finalmente, se estudió la reacción de entrecruzamiento por espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier (FTIR).Se obtuvieron WBPC con densidades entre 750 y 900 kg/m3. Se determinó que un alto porcentaje de fibras (AM) y un porcentaje intermedio de entrecruzante, entre 0,19 y 0,38 g GTA/g SPI, contribuyen a alcanzar un grado de entrecruzamiento óptimo, obteniéndose los máximos valores de dureza (5720±330 N) y módulo de elasticidad (2631±100 MPa) en estos biocompositos. Tanto las propiedades mecánicas como la absorción e hinchamiento en agua de los WBPCs son intermedios entre los valores normalizados para tableros de partículas (IRAM 9723-2) y para MDF (IRAM 9723-3). Se destaca que los WBPCs preparados recuperan sus dimensiones originales luego de la inmersión en agua y posterior secado, lo cual no ocurre con el MDF, el cual se deforma irreversiblemente durante el proceso. Esto puede deberse a que la estructura del MDF es más abierta que la de los WBPCs, según lo observado por SEM (no mostrado en este trabajo). Por otro lado, se estableció que un alto contenido de GTA, entre 0,5 y 1 g GTA/g SPI, mejora la resistencia de los WBPCs al ataque biológico, ya que no se visualizaron signos de daños luego de 5 meses de exposición al ambiente, como pérdida del material o desarrollo de hongos. Esto se atribuye a la presencia de exceso de GTA sin reaccionar, corroborado por FTIR, cuyo efecto biocida protege al biocomposito. Sin embargo, las propiedades mecánicas de los WBPCs con relaciones GTA/SPI = 0,5 resultaron inferiores.Los biocompositos obtenidos en este trabajo presentan ventajas medioambientales y ecológicas respecto de los compositos convencionales. Su buen acabado superficial y propiedades mecánicas motivan a continuar con el desarrollo de los mismos para satisfacer los requerimientos establecidos en normas, necesarios para las aplicaciones como tableros basados en madera.