Estrategias para la mejora de la procesabilidad y propiedades de materiales basados en polihidroxibutirato . - Botana, Adrián (2012)
El polihidroxibutirato [PHB] es un poliéster alifático biodegradable obtenido a partir de recursos renovables. Este polímero presenta como limitaciones la baja tenacidad y la baja estabilidad térmica, que representan un serio problema al diseñar las etapas y condiciones de procesamiento. El objetivo general del presente trabajo de tesis es plantear estrategias que permitan mejorar tanto la procesabilidad como las propiedades del PHB, con el propósito de ampliar la ventana de procesamiento y obtener materiales a escala planta piloto para distintas aplicaciones. Dichas estrategias involucraron la mezcla de PHB con policaprolactona [PCL], un poliéster sintético biodegradable, y la obtención de nanocompuestos con montmorillonita orgánicamente modificada Cloisite®30B [30B-M]. La mezcla PHB/PCL llevó a la obtención de materiales con mayor capacidad de deformación a medida que aumentaba la proporción de PCL en la mezcla. Para las mezclas de matriz PCL se observó adhesión física entre matriz y fase dispersa, debido a las diferencias en las temperaturas de cristalización de ambos polímeros. Las tecnologías de nanocompuestos poliméricos con montmorillonita son en su conjunto un campo de desarrollo relativamente nuevo. En este marco se obtuvieron nanocompuestos de PHB y PCL con 5 porciento de arcilla orgánicamente modificada 30B-M: PHB30B y PCL30B. El agregado de la arcilla disminuye la temperatura de fusión del PHB y mantiene la estabilidad térmica, ampliando la ventana de procesamiento. Para PHB se generó un nanocompuesto con estructuras intercaladas y exfoliadas responsables del aumento en el módulo elástico y de un mejor comportamiento frente al fuego. En el compuesto con PCL se observó también la intercalación / exfoliación de la arcilla. Sin embargo no se observaron cambios en el comportamiento térmico de la PCL. Los nanocompuestos PCL30B presentaron mejoras en el módulo elástico, estabilidad térmica a la oxidación, en las propiedades barrera [disminución de la permeabilidad al oxígeno] y en el comportamiento frente al fuego. Se obtuvieron nanocompuestos a partir de mezclas de PHB/PCL con 30B-M en mezclador discontinuo y en extrusora doble tornillo, estudiando los efectos de ambos procesos en las propiedades de los materiales. Se observó que la arcilla se localiza en la interfase actuando como emulsificante, modificando la morfología de la mezcla. Además, se observó que la arcilla interacciona preferencialmente con la fase de PHB. Para el sistema de estudio el procesamiento en extrusora doble tornillo favoreció la intercalación / exfoliación de la arcilla. El agregado de la arcilla en la mezcla disminuyó la temperatura de fusión del PHB, ampliando la ventana de procesamiento y disminuyendo la probabilidad de degradación térmica. Finalmente, se realizaron películas por extrusión plana y se evaluaron sus propiedades. Las películas obtenidas a partir de la mezcla PHB/PCL 50/50 / 30B-M [5 porciento] presentaron un mejor desempeño en las propiedades de barrera y en la estabilidad térmica. Las películas obtenidas a partir de la mezcla PHB/PCL 20/80 presentaron una notable mejora en las propiedades mecánicas en la dirección de extrusión.