Obtención y caracterización de nanocompuestos basados en mezclas de policaprolactona/almidón termoplástico

Abstract

En los últimos tiempos, se ha evidenciado un creciente interés en la utilización de polímeros biodegradables. Entre los polímeros naturales, el almidón es considerado como uno de los candidatos más prometedores debido a la atractiva combinación de disponibilidad, precio y desempeño en servicio. Aún así, este polímero presenta poca estabilidad en condiciones de humedad y su naturaleza es frágil, ayudado con la eventual migración de plastificante al ambiente. Por este motivo, se lo mezcla con poliésteres alifáticos biodegradables tales como la policaprolactona (PCL). Debido a la naturaleza polar del almidón y la hidrofobicidad de la PCL, es necesario incorporar un compatibilizante. Para ello, se introduce un grupo funcional reactivo en la fase de PCL para mejorar la adhesión entre los componentes del sistema. Con el objetivo de aumentar la competitividad de este producto en cuanto a propiedades mecánicas y de barrera y aumentar así la relación eficiencia/costo una estrategia es incorporar nano-refuerzos a las mezclas. Las nanoarcillas fueron ampliamente estudiadas debido a su disponibilidad y su bajo costo, lo que las hace competitivas en comparación con otros nano-refuerzos. Además, las mismas pueden modificarse químicamente para aumentar la compatibilidad con la matriz. En el presente trabajo, se prepararon nanocompuestos biodegradables de polímero/nanoarcilla. La matriz polimérica utilizada fue una mezcla basada en PCL y almidón termoplástico (TPS) compatibilizados mediante la incorporación de una cierta cantidad de PCL funcionalizada con anhídrido maleico (PCL-g-AM). En primer lugar se caracterizó el TPS, buscando el porcentaje de plastificante que optimice sus propiedades mecánicas y absorción de humedad. Se encontró que el TPS con las mejores propiedades fue el TPS25, el cuál contiene 25 % de etilenglicol (plastificante). Luego se estudió el efecto del contenido del PCL-g-AM (compatibilizante) en la morfología final y las propiedades mecánicas de las mezclas PCL/PCL-g-AM/TPS. Del total de las muestras realizadas, se seleccionaron dos matrices, las cuales presentaron las mejores propiedades mecánicas y de absorción de humedad. Las mezclas seleccionadas fueron: 75/0/25 (75 % PCL, 25% TPS sin compatibilizar) y 70/5/25 (70 % PCL, 5 % PCL-gAM, 25 % TPS). Los films de PCL/PCL-g-AM/TPS seleccionados fueron reforzados mediante la incorporación de montmorillonita natural y modificada orgánicamente en dos porcentajes (1 % y 3% en peso). La caracterización contempla aspectos morfológicos y térmicos, absorción de humedad, propiedades mecánicas y biodegradabilidad; las cuales son propiedades relevantes para el uso del material en aplicaciones tales como envases. Se mejoraron las propiedades mecánicas de las matrices, por lo que podemos decir que la arcilla cumplió correctamente con la función de refuerzo. Por otro lado, se analizó la morfología, mediante la cual se encontró que las arcillas modificadas (C20A y C30B) tuvieron buena compatibilidad con la matriz y, consecuentemente, se obtuvo alto grado de intercalación de las cadenas poliméricas entre los estratos de arcilla, mientras que en el caso de la arcilla sin modificar (CNa+) el grado de intercalación fue menor.