ELABORACION DE PLASTIFICANTES DE ORIGEN NATURAL

USO DE PLASTIFICANTES DE ORIGEN NATURAL Y SU EFECTO SOBRE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE POLI(ÁCIDO LÁCTICO)

Lorena López Arámburoa, Eduardo Guerrero Arredondob, Denisse Fernanda Moreno Peñab,  
Karely Berenice Ríos Quinterob, Nancy Arias Platac, Rosa Gabriela López GonzalezNúñezd,
Erick Omar Cisneros Lópezd, Pedro Ortega Gudiñod
erick.cisneros@academicos.udg.mx 

a Dpto. de Ingeniería Mecánica, Instituto Tecnológico de Hermosillo, Hermosillo, Sonora, 83170, México.
b Facultad de Ciencias Químico-Biológicas, Universidad Autónoma de Sinaloa, Culiacán, 80013, México.
c Dpto. de Ingeniería Química, Tecnológico de Estudios Superiores de San Felipe del Progreso, San Felipe del Progreso, Estado de México, 50640, México.
d CUCEI, Universidad de Guadalajara, Guadalajara, Jalisco, 44430, México.

Resumen
En el presente estudio se prepararon mezclas poliméricas de poli(ácido láctico) (PLA) con tres aditivos de origen natural: aceite de aguacate, aceite epoxidado de soya y hule natural, esto con el objetivo de mejorar el desempeño mecánico del PLA, en particular su deformación a la ruptura y resistencia al impacto. Se produjeron vía extrusión mezclas con un contenido de 10% en peso de cada uno de estos aditivos y 90% de PLA. Finalmente, los materiales fueron moldeados por termocompresión, se observó su morfología y microestructura, y se evaluaron sus propiedades mecánicas de tensión e impacto para valorar su desempeño ante posibles aplicaciones que requieren flexibilidad, sin afectar la biodegradabilidad y el costo de los materiales. El material adicionado con aceite de soya presentó incrementos del 197% y 100% en deformación a la ruptura y en la resistencia al impacto, respectivamente, en comparación con el PLA puro.

Introducción

El incremento constante de la contaminación ambiental, aunado a la problemática del agotamiento del petróleo, ha generado un nuevo enfoque en la producción de plásticos verdes (materiales obtenidos de recursos renovables con potencial biodegradable) que puedan reemplazar los plásticos tradicionales [1]. Entre los bioplásticos, el PLA es actualmente el biopolímero con mayor potencial en diversos procesos y aplicaciones, pues es elaborado a partir de fuentes renovables y ambientalmente amigables [2]. Entre sus ventajas, destaca que puede ser producido a partir de la polimerización del ácido láctico, obtenido de la fermentación del almidón [3], y que posee propiedades mecánicas y estéticas interesantes, con una excelente resistencia a las grasas [4]. Sin embargo, el PLA presenta algunos inconvenientes como sus bajas propiedades de barrera, baja estabilidad térmica y dimensional, así como su alta fragilidad (rigidez) y su elevado costo, por la cual, aún hoy en día, su uso en diversos sectores industriales es limitado [5]. Para disminuir la fragilidad del PLA se han propuesto diferentes estrategias, una de ellas es la adición de aceites naturales como plastificantes o polímeros flexibles [6]. En el presente proyecto de investigación, se utilizó aceite de soya y aceite de aguacate como plastificantes y hule natural como polímero flexible para incrementar la tenacidad y deformación a la ruptura del PLA.

Metodología

Los materiales utilizados en el presente estudio fueron: Poli(ácido láctico) (PLA, Ingeo, USA) 3251-D grado inyección. Como aditivos de origen natural, se emplearon aceite de aguacate refinado y blanqueado, a partir de desechos de la producción de aguacate obtenido por la empresa SESAJAL (Guadalajara, Jalisco) a partir de desechos de la producción (cosecha) de aguacate (Persea americana), aceite epoxidado de soya marca Pantopox (suministrado por Resymat, S.A. de C.V, Zapopan, Jalisco), así como hule natural SGR 10 (Suministro de Especialidades S.A de C.V., Guadalajara, Jalisco, México), obtenido del árbol Hevea Brasiliensis.

Teniendo en cuenta las diferentes propiedades fisicoquímicas de los aditivos, se realizaron tres tipos de mezclas: 90% de PLA con 10% de aceite de aguacate refinado; 90% de PLA con 10% de aceite epoxidado de soya; y 90% de PLA con 10% de hule natural. Las mezclas poliméricas con 10% en peso de cada aditivo se secaron en un horno a 70° C durante aproximadamente 24 horas con la finalidad de reducir su humedad. Una vez transcurrido este tiempo, cada mezcla se introdujo en una extrusora de doble husillo paralelo (Process 11 ThermoFisher) los cuales giraban a una velocidad de 100 RPM, utilizando el siguiente perfil de temperatura: 140, 150, 160, 170, 170, 160, 160 y 150 °C, y una velocidad de alimentación de aproximadamente 250 g/hora. Para una mejor manipulación del hule en el proceso de mezclado, se cortaron pequeños trozos de este y posteriormente se trataron con N2 (nitrógeno líquido) para ser llevado a una operación de molienda en un pulverizador de muestras plásticas (Retsch ZM 200).

Posteriormente, los filamentos obtenidos fueron llevados a una peletizadora para reciclado de plásticos, donde se obtuvieron pellets (pequeños cilindros cortados del material), los cuales se introdujeron nuevamente en un horno a 70° C durante 24 horas aproximadamente, con la finalidad de reducir su humedad. Después, se procedió a producir al menos tres placas de 5 x 5 in de cada material, utilizando 37 gramos de pellets por placa, empleando una termo prensa hidráulica para muestras de plástico (de fabricación propia). Posteriormente, se cortaron dos tipos de muestras por medio de una cortadora láser: la primera con una geometría correspondiente a probetas tipo V (tipo hueso o mancuerna) para ser ensayadas en una máquina universal de ensayos mecánicos (INSTRON 3345) de acuerdo con la norma ASTM D638, y la segunda en probetas rectangulares de 12.7 x 127 mm, adecuadas para el ensayo de Impacto Charpy de acuerdo con la norma ASTM D6110, a dichas probetas se les realizó un corte en forma de muesca triangular y se ensayaron en un impactador Charpy (INSTRON CEAST 9050). Finalmente, se observó la morfología de la estructura de los materiales compuestos fracturados durante el ensayo de impacto en un microscopio de barrido electrónico (SEM) marca HITACHI modelo TM100.

...