“Efecto en las propiedades físico-mecánicas y biodegradabilidad de biocompositos de polihidroxialcanoatos/fibra de agave obtenidos mediante distintas estrategias de compatibilización química”

Abstract

Debido a la creciente problemática de contaminación por plásticos base petróleo a nivel mundial, se requieren materiales alternativos como los biopolímeros. Los polihidroxialcanoatos como el polihidroxibutirato (PHB) y su copolímero con polihidroxivalerato (PHBV) poseen buenas propiedades mecánicas (similares al polipropileno), son de fácil biodegradación en condiciones apropiadas y estables en condiciones normales de temperatura y presión. Sin embargo, son térmicamente inestables, así como quebradizos, además de tener un costo elevado. Estas desventajas pueden resolverse utilizando fibras naturales como refuerzo. No obstante, la diferencia en la naturaleza química entre estos polímeros (hidrofóbicos) y fibras lignocelulósicas (hidrofílicas), puede provocar que las propiedades mecánicas decrezcan. Por lo anterior en este trabajo se fabricaron biocompositos con fibras de agave modificadas mediante distintas estrategias de compatibilización química, con el objetivo de mejorar la interacción fibra-matriz. En el trabajo fueron estudiados distintos tipos de compatibilización química. Estos se pueden separar en dos tipos, por solución: fibra tratada en solución de PHB (F-PHB), en solución de PHBV (F-PHBV), en solución de agente acoplante (F-MA-g-PHBV) y fibra en anhídrido propiónico (F-Pro) y tratamientos de compatibilización por extrusión: extrusión con agente acoplante MA-g-PHB/PHBV (PHB/PHBV-F-MA-g-PHB/PHBV) y compatibilización en un solo paso (one step compatibilization) (PHB/Onestep y PHBV/Onestep). Se estudió el efecto de los tratamientos químicos en cuanto a densidad, morfología, propiedades mecánicas (tensión, flexión, impacto, deformación), propiedades térmicas (calorimetría diferencial de barrido, DSC), ambiente químico (FTIR) y biodegradabilidad (en biocompositos con 30 % de fibra). De los tratamientos mencionados, los que lograron mejor compatibilidad y gracias a esto mejores resultados, fueron los tratamientos en solución, los materiales compuestos PHB/F-PHB, PHB/F-Pro, PHBV/F-Pro y PHBV/F-MA-g-PHBV lograron mejorar propiedades como resistencia a la tensión, con mejoras de 11, 16.2, 13.5 y 40.1 % respectivamente con respecto a los biocompositos con fibra sin modificar. La resistencia a la flexión se vio significativamente mejorada, obteniendo mejoras de 126, 170, 84 y 45 % respectivamente con respecto a los biocompositos con fibra sin modificar. La propiedad de resistencia al impacto se vio mejorada para todos los biocompositos (excepto PHBV/Onestep) en donde los resultados más altos fueron para los biocompositos PHB/F-PHB (96 %) y PHBV/20%F (fibra sin modificar 95.6%) con respecto a la matriz de PHA (PHB/PHBV). En cuanto a la biodegradabilidad de los biocompositos, se determinó que ninguno de los tratamientos de compatibilización química afecta de manera negativa la biodegradabilidad de los mismo. Por otra parte, los biocompositos con fibra de agave se biodegradaron en mayor proporción que las matrices puras en un periodo de 78 días. La cinética de biodegradabilidad se ajustó de manera adecuada a la ecuación de Hill, de la cual se obtuvieron los parámetros cinéticos correspondientes.