CONICET | Buscador de Institutos y Recursos Humanos

Los materiales compuestos de un solo polímero, en inglés single-polymer composites (SPCs), son materiales altamente prometedores debido a la buena compatibilidad entre matriz y refuerzo, sus buenas propiedades mecánicas y su facilidad de reciclaje. En los compuestos todo-celulosa (ACCs) se aprovechan estos beneficios utilizando un polímero natural, abundante y biodegradable como es la celulosa. En la bibliografía se han propuesto dos métodos para preparar los ACCs: el método de impregnación y el de disolución parcial [1].En el método de impregnación se incorporan fibras a una solución de celulosa previamente preparada. La obtención de una solución homogénea de celulosa y la dispersión adecuada de las fibras son pasos desafiantes en el desarrollo de los ACCs por esta técnica. En el método de disolución parcial, en cambio, se disuelve la superficie de las fibras que generará la matriz, mientras que el interior no disuelto de las fibras funciona como refuerzo del compuesto. En ambos métodos, luego de la solubilización de la celulosa se la debe regenerar para la formación de la matriz del ACC, lo que se realiza en un medio en el que la celulosa disuelta se torna insoluble (p. ej. agua destilada). En este trabajo se resumen resultados de la producción de ACCs por ambos métodos descriptos, usando como materia prima celulosa microcristalina (MCC) y papel de filtro. En ambos casos el sistema solvente fue NaOH/Urea 7/12% p/p y la regeneración se realizó usando agua destilada hasta alcanzar pH igual a 7. Las soluciones acuosas de NaOH/Urea a bajas temperaturas se consideran sistemas promisorios y de bajo impacto ambiental para disolver la celulosa [2].En el método de impregnación, se disolvieron papel de filtro y MCC en soluciones acuosas de NaOH/Urea 7/12% a -12 °C (durante 1 h) y a -18 ºC (durante 24 h), y se estudió el refuerzo con celulosa bacteriana a tres concentraciones diferentes (5, 10 y 20%). La obtención de la solución de celulosa resultó ser un paso complejo que requiere la eliminación de partículas insolubles mediante centrifugación para obtener una matriz de calidad. La alta viscosidad de la solución es deseable para evitar una disgregación de la red de celulosa durante la regeneración en agua, pero perjudicó la buena dispersión del refuerzo. Así, los valores de módulo elástico obtenidos en las pruebas de tracción uniaxial para los ACCs desarrollados por impregnación no superaron los del papel de filtro sin tratamiento, mientras que en el caso de la MCC la matriz formada fue débil y la película formada no soportó la manipulación durante la regeneración.En el método de disolución parcial se trató papel de filtro con una solución acuosa de NaOH/Urea 7/12%, el sistema se mantuvo a -18 °C por diferentes períodos de tiempo (1, 2, 3 y 4 h), se regeneró con agua destilada y se secó con aire (50 55 ºC) o con una prensa de platos calientes (105 ºC, 100 kPa). Los ACCs desarrollados por este método se caracterizaron en términos de morfología, porosidad, estructura, hidratación y propiedades mecánicas. La porosidad disminuyó a medida que se disolvía y regeneraba la capa superficial de las fibras celulósicas, lo que resultó en un llenado progresivo de los poros originales del papel. Las muestras tratadas durante 4 h mostraron valores mínimos de porosidad y opacidad, alta hidratación y un cambio sustancial de celulosa I a celulosa II. El prensado en caliente durante el secado condujo a mejoras significativas en el comportamiento mecánico de los ACCs. Los valores de módulo elástico y resistencia a la tracción para el papel de filtro fueron de 1,30 ± 0,13 GPa y 17,8 ± 2,1 MPa, respectivamente. En comparación, los ACCs tratados durante 4 h y secados en prensa tuvieron valores de 2,14 ± 0,33 GPa y 46,9 ± 5,4 MPa, respectivamente.Globalmente, quedó en evidencia que el método de disolución parcial utilizando soluciones acuosas de NaOH/Urea como solvente fue más simple y efectivo para el desarrollo de ACCs de buena calidad y con propiedades mecánicas atractivas.

enviar mensaje