INTRODUCCIÓN
El objetivo de esta investigación es
añadir valor a la industria de la remolacha de los Estados Unidos,
encontrando nuevos usos para sus residuos. La actividad económica de la
industria de la remolacha de E.E.U.U. se estima en 260000 millones de
dólares, teniendo enormes cantidades de residuo, unas 400 millones de
toneladas de pulpa húmeda (SBP), que se venden como alimento animal de
bajo valor o deben ser eliminados con un gasto añadido. Se reconoce que
la búsqueda de nuevos caminos para utilizar beneficiosamente estos
residuos es crítica para la futura sostenibilidad de la industria.
El PLA es un
polímero hidrofóbico preparado de materiales agrícolas renovables, que
son fermentados a ácido láctico seguidos de una polimerización a ácido
poli-láctico con el peso molecular deseado. El polímero se corroe
principalmente por la hidrólisis denominada “degradación bloque”, siendo
el polímero dividido por el ataque de las moléculas agua.
Varios
investigadores han sugerido las ventajas de los termoplásticos
reforzados de polímeros PLA naturales. La propiedad extensible y la
densidad de PLA podrían ser incrementadas cuando una porción de fibras
de cáñamo o de lino se incluían en el PLA natural. Los polímeros
naturales son normalmente de peso bajo, precio bajo y biodegradables.
Por otro lado, la adsorción de la humedad y la inestabilidad térmica son
las principales desventajas de este tipo de polímeros.
Los compuestos de
SBP y PLA fueron preparados por un método de calor –compresión. Los
compuestos se caracterizaban por unas propiedades mecánicas y por su
resistencia al agua.
La manera de hacer
desaparecer el PLA es enterrándolo.
Materiales y
métodos
Para los compuestos
con un 40%-50% de pulpa de remolacha, se usaron 10 ml de diclorometano
para disolver el PLA, en el que fue disuelto el SBP. Para investigar el
efecto del agua absorbida en la fabricación del compuesto, las
partículas de SBP fueron tratadas con acetona durante la noche y secadas
por aspiración durante ocho horas, mezcladas con PLA.
La absorción de agua
fue determinada midiendo el contenido de agua después de que las
muestras fueron condicionadas al 95% de humedad relativa sobre agua a 25ºC
durante 5 días.
Resultados y
debate
Los compuestos
fueron fabricados por un método de calor-compresión a una temperatura de
180º a 200ºC, la cual es más alta que el punto de derretimiento de PLA
(160-180ºC). Así, el PLA se derritió y depositó en los huecos entre
partículas de SBP para formar una fase de matriz continua.
Cuando el nivel de
SBP esta por debajo del 20% de peso, en los compuestos aumentan las
propiedades mecánicas que tenía el PLA puro. Esto indica la buena
adhesión entre las partículas de SBP y PLA, así la tensión podía ser
transferida desde la fase matriz a SBP, puesto que el SBP es más rígido
que el PLA. La inclusión de SBP en PLA reduce la densidad del compuesto,
sugiriendo la posibilidad de crear materiales ligeros con propiedades
mecánicas fuertes de SBP y PLA. Los cambios de peso que experimenta el
PLA puro son debido a la humedad del SBP. Así, se calcula el contenido
de agua de SBP en los compuestos tras la exposición a la humedad,
descubriendo que los dos compuestos con contenido de SBP inferiores al
20% de peso tenían valores similares. Esto se podría explicar por la
iteración de las partículas de SBP con la fase de la matriz; cuando el
PLA tiene mucho mayor peso de SBP, la fase de dispersión del SBP será
envuelta por la matriz de PLA. La capa PLA hidrofóbica excluye la
absorción de agua en SBP.
Los contenidos más
altos de SBP reducen las propiedades mecánicas de los compuestos
resultantes. Cuando la porción de SBP en el compuesto se incrementa, la
capacidad de PLA para formar una fase continua decrece. Además, se
creaba más volumen sin valor en los compuestos durante el proceso. Estos
pueden crear regiones en el compuesto donde se requiere menos energía
para iniciar una ruptura.
Dos tipos de
partículas de SBP fueron usadas para compuestos preparados al 40% de SBP/PLA:
secados por un tratamiento de acetona y aspirados, y secados solo por
aspiración. Las muestras preparadas de partículas de SBP altamente secas
tienen una mayor dureza, indicando el efecto del agua que inicialmente
contiene las partículas de SBP sobre la dureza de los compuestos de SBP/PLA.
Las partículas secas de SBP son mecánicamente más fuertes y se adhieren
más fácilmente a la fase de matriz hidrófobica; aún más, reducen los
defectos que se producen durante el proceso en los compuestos terminados
debido a la evaporación de la humedad de las partículas de SBP.
Las muestras
preparadas a 200ºC pueden tener un valor de dureza más alto que las
obtenidas a 180ºC. Una temperatura más alta puede facilitar la adhesión
de PLA con partículas de SBP puesto que rebajaba la viscosidad del
derretimiento del PLA. Sin embargo, a temperatura superior a 200ºC, los
polisacáridos serían destruidos.
CONCLUSIONES
La pulpa de la
remolacha y el PLA pueden formar materiales compuestos con densidad más
baja y en algunos casos mejores propiedades mecánicas. La interacción de
la fase de dispersión y la fase de matriz parece ser crítica para las
propiedades mecánicas de los compuestos. Un incremento en la temperatura
del proceso provoca un decrecimiento en el contenido inicial de agua de
SBP y una parte de componente apropiada aumentará la interacción de las
dos fases.
Tras varios
estudios, se puede llegar a la conclusión de que la síntesis de
compuestos PLA/SBP se debe llevar a cabo mediante una extrusión seguida
por un método de inyección-moldeo.
Más aún, la SBP se vende
a un precio mucho más bajo que el PLA. Los compuestos de SBP/PLA con
propiedades mecánicas similares a los materiales de PLA serán por lo
tanto más competitivos que los materiales con sólo PLA en el mercado.
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