Biocompuestos de almidón termoplástico: procesamiento, caracterización y aplicaciones

OLIVIA V. LÓPEZ; LUCIANA A. CASTILLO; MARIO D. NINAGO; GABRIELA M. PASSARETTI; FLORENCIA VERSINO; SILVIA E. BARBOSA; MARÍA A. GARCÍA; MARCELO A. VILLAR

San Rafael

Congreso; Congreso Latinoamericano de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (CLICAP 2018); 2018

Actualmente, tanto el sector académico como el industrial se han enfocado hacia el desarrollo de biomateriales. Se ha reportado el uso de almidones de diferentes fuentes como materia prima para el desarrollo de películas y recubrimientos, demostrando la potencialidad de este carbohidrato en este campo de aplicación. Cuando el almidón nativo es procesado en presencia de plastificantes a altas temperaturas y elevados esfuerzos de corte se destruye su estructura granular, convirtiéndose en almidón termoplástico (TPS). Debido a la naturaleza hidrofílica del almidón, los materiales de TPS presentan ciertas limitaciones relacionadas con el desempeño mecánico y la permeabilidad al vapor de agua. Con el propósito de mejorar las propiedades mecánicas y de barrera se incorporan diferentes rellenos naturales o minerales a la matriz de TPS, obteniéndose biocompuestos. Respeto a los rellenos inorgánicos, los más empleados son las partículas minerales como los silicatos laminares. La bentonita es un aluminosilacato hidratado natural, constituido principalmente por montmorillonita, un mineral del grupo de las esmectitas. La montmorillonita ha recibido considerable atención como relleno de matrices poliméricas ya que las láminas de la arcilla pueden ser intercaladas y exfoliadas por las cadenas poliméricas, permitiendo obtener materiales con adecuada rigidez, resistencia y estabilidad dimensional. Otro mineral que puede emplearse como carga de materiales compuestos es el talco, silicato de magnesio con una estructura laminar en la cual una capa octaédrica de brucita se ubica entre dos láminas tetraédrica de silicio. Las nanopartículas de talco se han empleado como relleno de matrices de TPS, actuando como agente reforzante de la matriz debido a su morfología laminar, espesor nanométrico y alta relación de aspecto. Respecto a los rellenos de naturaleza orgánica, las fibras celulósicas naturales se proponen como agentes reforzantes de diferentes matrices poliméricas de diferente naturaleza. El uso de este tipo de fibras presenta varias ventajas en relación a las fibras sintéticas, entre las cuales se pueden mencionar tenacidad, flexibilidad, fácil procesamiento y origen renovable. Muchos autores han desarrollado y caracterizado compuestos a base de almidón y fibras de diferentes orígenes botánicos, reportando que la presencia de estos rellenos orgánicos mejora la resistencia mecánica, el módulo elástico y modifica las propiedades de barrera de los materiales finales. En este trabajo se propone el desarrollo de compuestos de TPS y rellenos minerales (talco, bentonita, arena granítica, etc) y orgánicos (bagazo de diferentes orígenes). Los materiales se obtuvieron mediante mezclado en fundido y posterior termo-compresión, obteniéndose películas flexibles, translúcidas y fáciles de manipular. Los materiales compuestos fueron caracterizados estructuralmente mediante técnicas de análisis complementarias que permitió evaluar la distribución y adhesión de los diferentes rellenos a la matriz de TPS. La influencia de las partículas minerales y del bagazo sobre las propiedades finales de las películas de almidón se estudió a partir de ensayos térmicos, mecánicos y de barrera al vapor de agua y al oxígeno. Los resultados derivados de este estudio permiten concluir que la incorporación de rellenos a matrices de TPS mejora las propiedades finales y otorga funcionalidades diferenciales, ampliando así el rango de aplicación de estos materiales.