Desarrollo de nanocompuestos basados en polímeros biodegradables y nanoarcillas

ROMINA OLLIER; DAVID D'AMICO; WALTER SCHROEDER; VERA ALVAREZ; VIVIANA CYRAS

La Plata

Workshop; 1er Workshop de Nanoarcillas y sus Aplicaciones; 2012

Los polímeros biodegradables se han investigado ampliamente en las últimas décadas con el fin de reducir la contaminación ambiental causada por la acumulación de desechos plásticos. Algunos de los materiales que pueden utilizarse para reemplazar los actualmente usados incluyen proteínas, polisacáridos y poliésteres. El polihidroxibutirato (PHB) es un poliéster lineal y biodegradable, producido por microorganismos a partir de recursos renovables. Su principal ventaja es la baja permeación a los gases, similar a la del polietileno de baja densidad. Sin embargo, es muy frágil y su temperatura de fusión es muy cercana a la de degradación, por lo que su ventana de procesamiento es muy estrecha. La policaprolactona (PCL) es un poliéster parcialmente cristalino y lineal que puede ser consumido por microorganismos y, debido a sus propiedades físicas y disponibilidad comercial, es un candidato muy atractivo como sustituto de polímeros no-biodegradables en diversas áreas. Sabiendo que la incorporación de un refuerzo nanométrico, en bajos porcentajes, puede mejorar las propiedades de barrera, mecánicas y térmicas de estos materiales, se desarrollaron nanocompuestos, utilizando arcillas, tanto natural como modificada. La posibilidad de obtener un nanocompuesto con propiedades mejoradas, está restringido por la morfología del material final obtenido. Por esto, es deseado obtener estructuras bien dispersas donde las láminas de la arcilla se encuentren exfoliadas en la matriz polimérica (Roelofs y Berben, 2006). Existen diferentes métodos por los que se puede mejorar la compatibilidad arcilla/polímero, y así optimizar la dispersión, entre los que se encuentran: reacciones de intercambio iónico, activación química, y reacciones de sililación (Xie et al, 2002). A fin de estudiar el efecto del agregado de nanoarcillas sobre las propiedades de los poliésteres biodegradables, en este trabajo se prepararon películas conteniendo 4 % P/P de dos clases de montmorillonitas con diferentes modificaciones químicas. Se analizaron dos estrategias de modificación: activación ácida e intercambio de los cationes interlaminares con una sal de fosfonio. Las películas fueron obtenidas por casting, empleando el solvente más adecuado para cada matriz. Se estudió la morfología de los nanocompuestos por difracción de rayos X. Las películas obtenidas se caracterizaron térmicamente, por medio de calorimetría diferencial de barrido y análisis termogravimétrico y mecánicamente, vía tracción uniaxial. El efecto de las organoarcillas en la estabilidad térmica de las matrices fue más marcado en el caso del PHB, registrándose un incremento del 20% en la temperatura de degradación del material. Esto es importante dado que permite ampliar la ventana de procesamiento. Por otro lado, se registró un aumento del 30% en el módulo de la PCL con el agregado del mismo refuerzo. Actualmente se está profundizando el análisis morfológico de estos materiales mediante Microscopía Electrónica de Transmisión. Como trabajo a futuro se estudiará la posibilidad de procesar estos materiales mediante otras técnicas más escalables, como así también las variables para su optimización. Además, se emplearán como refuerzo montmorillonitas modificadas mediante reacciones de sililación, con previa activación ácida. Las mismas fueron desarrolladas y caracterizadas recientemente.