Nanocompósitos de mezclas de almidón con hule natural

Abstract

RESUMEN: En este estudio se elaboraron nanocompósitos de mezclas de almidón termoplástico con hule natural. Se utilizó arcilla natural tipo montmorillonita Na+ -MMT como agente reforzante. Con base en un Diseño Factorial Completo (23 con configuración estrella) con tres réplicas en el punto central, se realizaron 17 muestras de nanocompósitos de mezclas de almidón con hule natural. Con el diseño estadístico mencionado, se estudiaron los efectos del contenido de glicerol, de hule natural y de la arcilla. Las nanocompósitos se llevaron a cabo en un mezclador marca Haake Rheocord Polylab System, equipada con rotores roller, a una temperatura de 150 ° C y una velocidad de 65 rpm, durante 15 min. En esta primera etapa, el almidón termoplástico y el hule natural se intercalaron entre las capas de las galerías de la arcilla. En la segunda etapa de preparación, los nanocompósitos se moldearon en una prensa hidráulica a 280 kg/cm2, a una temperatura de 170°C, durante 3 min, generando los especímenes necesarios para llevar a cabo la caracterización. La intercalación de material polimérico en las galerías de la arcilla se evaluó por difracción de rayos X (DRX). Adicionalmente se evaluaron propiedades mecánicas (resistencia a la tensión, elongación a la ruptura y módulo de Young), resistividad al agua, y estabilidad térmica (análisis termogravimétrico (TGA)) de las diferentes mezclas preparadas en este estudio. El análisis de la morfología y presencia de diferentes fases se evaluó por microscopía electrónica de barrido (MEB). De acuerdo a los resultados obtenidos por las técnicas antes mencionadas, se concluyó que la mezcla polimérica de almidón termoplástico y hule natural, se intercaló entre las capas de arcilla, dando lugar a nanocompósitos intercalados. Un bajo contenido de hule y de glicerol favoreció una mejor resistencia a la tensión, mientras que un incremento en el contenido de hule favoreció un incremento del 200% en el alargamiento hasta la ruptura. Adicionalmente, el hule natural mejoró la resistividad al agua del ATP a bajo contenido de glicerol. La presencia de arcilla mejoró la estabilidad térmica de las mezclas de almidón termoplástico con hule natural.

ABSTRACT: In this study, nanocomposites of thermoplastic starch with natural rubber mixtures were developed. Montmorillonite nanoclay was utilized as a strengthen material. Seventeen experimental nanocomposites were carried out, based in a Full Factorial Design (23 plus star configuration) with three replicates at the central point. The aim of this design was to study the effects of glycerol, natural rubber and nanoclay content on mechanical properties and water resistance of these mixtures. The nanocomposites were prepared in a mechanical mixer (Haake Rheocord Polylab System) equipped with rotors roller, at 150°C and 65 rpm, during 15 min through two stages. In this first stage, the thermoplastic starch and the natural rubber were intercalated into the layers of the clay. In the second stage of preparation, the nanocomposites were modeled in a hydraulic press at 280 kg/cm2 and 170°C, during 3 min. In order to identify intercalation of polymer into clay structure, X-Ray Diffraction (XRD) analyses were performed. In addition, mechanical properties as tensile strength, resistance to elongation and elastic moduli were evaluated with tension tests. Mass loss was measured by thermogravimetric analysis (TGA). The morphology and the presence of several phases in the mixtures were observed by SEM. Water resistance was also evaluated. The results showed that the polymeric mixture of thermoplastic starch and natural rubber was intercalated between the layers of the clay, giving place to intercalated nanocomposites. The tensile strength improved at low glycerol and natural rubber content. The elongation increased until 200% when 21% of natural rubber content was added to the mixture. In addition, the natural rubber improved the water resistance of the thermoplastic starch at low glycerol content. The presence of clay improved the thermal stability of the mixtures (thermoplastic starch and natural rubber).