PLA/SBP

 

 

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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.