ESTRATEGIAS PARA MEJORAR LA DISPERSIÓN DE NANOFIBRAS DE CELULOSA EN NANOCOMPUESTOS BASADOS EN ÁCIDO POLILÁCTICO OBTENIDOS POR TÉCNICAS DE PROCESAMIENTO CONVENCIONALES PARA PLÁSTICOS

BOVI, JIMENA; DELGADO, JUAN FRANCISCO; DE LA OSA, ORLANDO; DOMINICI, FRANCO; PELTZER, MERCEDES ANA; PUGLIA, DEBORA; BERNAL, CELINA RAQUEL; FORESTI, MARÍA LAURA

Mar del Plata

Simposio; XV Simposio Argentino de Polímeros; 2023

INTEMA

El desempeño de las nanopartículas como refuerzo de matrices poliméricas está estrechamente vinculado con lograr su dispersión homogénea en la matriz [1]. En el caso particular de los materiales compuestos basados en ácido poliláctico (PLA) y nanofibrillas de celulosa (sean éstas de origen bacteriano (BNC) o vegetal (NFC)), la incompatibilidad química que existe entre ambos componentes generalmente dificulta la dispersión de la carga en la matriz, limitando las propiedades de los compuestos resultantes. Una alternativa para reducir este efecto es la derivatización superficial de las nanofibras de celulosa a través, por ejemplo, de reacciones de esterificación (acetilación) enfocadas a hidrofobizar su superficie, pero sin alterar su cristalinidad [2]. Por otro lado, el secado de las nanofibrillas de celulosa usualmente requerido para el procesamiento en fundido también afecta negativamente su dispersión en la matriz termoplástica como consecuencia de la agregación irreversible que tiene lugar durante la deshidratación de las nanofibras, en un proceso conocido como “hornificación”. Este fenómeno compromete la nanoescala del material y las propiedades que de ella derivan. Una forma conocida de evitar la hornificación de las nanofibras durante el secado es la elaboración de un masterbatch por evaporación del solvente como paso previo al procesamiento en fundido [1].En este marco, en el presente trabajo se desarrollaron nanocompuestos basados en PLA reforzados con nanofibras de celulosa extraídas de cáscara de arroz mediante tratamientos químicos y mecánicos previamente reportados [3], ensayándose estrategias de derivatización superficial de las nanofibras y de elaboración de un masterbatch para mejorar la dispersión de la NFC en el PLA. Se utilizaron dos técnicas de procesamiento diferentes y se compararon los niveles de dispersión de la carga obtenidos en cada caso. Por un lado, se utilizó una mezcladora intensiva Brabender (170ºC - 50 rpm - 8 min) seguida de moldeo por compresión (170°C sin presión - 8 min + 170°C - 2 MPa - 5 min) ("MI"); y por otro lado, se llevó a cabo la extrusión de los materiales empleando una microextrusora de doble tornillo DSM Xplore 5 & 15 Micro Compounder (165-170-175ºC - 90 rpm - 3 min) (“E”). En todos los casos, las concentraciones finales de carga fueron 0.5, 1, 1.5 3, 5 y 7% p/p. La incorporación de la carga en la matriz se realizó mediante tres estrategias distintas: en primer lugar, se introdujo la NFC seca y molida de forma “directa” (“PLA/NFC-D”); en segundo lugar, se incorporaron las nanofibras contenidas en un masterbatch desarrollado previamente mediante la técnica de evaporación de solvente (“PLA/NFC-MB”); y por último, se utilizó esta misma técnica pero empleando NFC acetilada (“PLA/AcNFC-MB”, grado de sustitución= 0.15-0.20) en lugar de las nanofibrillas nativas. En ambos masterbatches la concentración de nanofibras fue del 16.7% p/p.Los resultados obtenidos a partir de la caracterización realizada hasta la fecha indican, por un lado, que la acetilación de las nanofibrillas efectivamente permitió mejorar la dispersión de la NFC en la matriz, aunque esto no necesariamente se tradujo en mejoras significativas en las propiedades de los compuestos. Por otro lado, la elaboración previa de los masterbatches por evaporación de solvente permitió alcanzar niveles significativamente superiores de dispersión de las nanofibras de celulosa en la matriz en comparación a la introducción directa de la NFC secada en estufa, lo que impactó positivamente en las propiedades finales de los nanocompuestos obtenidos.