Desarrollo de materiales compuestos para la fabricación de acolchados agrícolas biodegradables

Abstract

El objetivo del trabajo consiste en mejorar las propiedades mecánicas y de interacción al agua (H2O) en películas poliméricas biodegradables a base de almidón, mediante la introducción de diversos refuerzos a la matriz polimérica, analizando su adición a diferentes concentraciones en peso. La selección de estos refuerzos se llevó a cabo considerando criterios de accesibilidad, origen natural y su vínculo previo con la industria agrícola. Se estudió el efecto del agregado de Celulosa microcristalina (MCC), Quitosano (Q), Bentonita (Bent) y Bentonita modificada con quitosano (BentQ) a una matriz de almidón termoplástico (TPS). Para ello, se compararon los resultados de diferentes concentraciones de refuerzos frente a las propiedades medidas a la matriz sin aditivos adicionales. Las películas de TPS se fabricaron mediante un proceso de extrusión de mono tornillo y moldeo por compresión, y se sometieron a una amplia gama de técnicas de caracterización, entre ellas: morfológica (microscopio electrónico de barrido (SEM)); química (espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR)); cristalinidad (difracción de rayos X (DRX)); térmica (análisis termogravimétrico (TGA)); mecánica (ensayo de tracción); propiedades al H2O (contenido de humedad (CH)), absorción de humedad (AH) y solubilidad (S)); biodegradabilidad y ensayos biológicos. Los resultados obtenidos revelan que la incorporación de los diversos refuerzos en la matriz de almidón conlleva cambios significativos en todas las propiedades analizadas. Se han identificado formulaciones que presentan mejoras notables en las propiedades mecánicas y de interacción con el H2O , sin perder su capacidad para la biodegradación, lo que las posiciona como candidatas idóneas para su implementación como acolchados agrícolas. Específicamente, se destaca el papel del Q como refuerzo que muestran un desempeño sobresaliente en términos de propiedades mecánicas, interacción con el H2O y comportamiento biológico. Estas formulaciones presentaron una mejora de hasta un 23% en la resistencia a la tracción y un incremento del 47% en la elongación a la rotura respecto al TPS sin refuerzos. A su vez, se observó una reducción del 29% en la absorción de humedad (a 60% de humedad relativa) y de hasta un 31,3% en la solubilidad en H2O, sin afectar su biodegradabilidad. Además, el Q aportó propiedades antimicrobianas, confirmadas mediante ensayos biológicos frente a Escherichia coli, lo que refuerza su potencial como material activo para aplicaciones agrícolas. Estas mejoras integradas justifican su elección como refuerzo principal frente a los demás evaluados, dada su capacidad para optimizar simultáneamente las propiedades mecánicas, funcionales y biológicas del TPS.