Estudio estructural y síntesis de poliésteres mediante el uso de extensores de cadena

Abstract

RESUMEN: Recientemente, el desarrollo de biopolímeros ha recibido considerable atención, debido a que tienen diversas aplicaciones e incluso, han sustituido a algunos polímeros sintéticos derivados del petróleo. El Ácido Poliláctico (APL) es un poliéster termoplástico biodegradable sintetizado a partir de ácido láctico derivado de fuentes renovables. Presenta buenas propiedades físicas; sin embargo, su fragilidad y baja flexibilidad limitan sus aplicaciones, por lo que es necesario modificarlo de acuerdo a la aplicación deseada. Este trabajo, considera la introducción de extensores de cadena durante la síntesis por policondensación directa en masa de ácido L-láctico, para producir APL con mayor peso molecular y mejorar sus propiedades mecánicas. En este proceso se manejaron tres etapas a diferente temperatura (80 °C, 130 °C y 160 °C). Los extensores de cadena utilizados (CBC, FBO y DPM) fueron adicionados por separado en distintas concentraciones (0.25, 0.5 y 1% en peso), de acuerdo con estas etapas. El efecto de los extensores de cadena sobre las propiedades del APL fue estudiado por Espectroscopia IR-TF, Raman, RMN, DRX para su análisis estructural; por CDB y ATG para el análisis térmico; por Espectrometría de Masas MALDI-TOF para la obtención del peso molecular y por Nanoindentación se midieron propiedades mecánicas como la dureza, módulo elástico y % de creep. Por último, se realizó un estudio de degradación mediante un ensayo de intemperismo acelerado y degradación hidrolítica. Los resultados obtenidos muestran que la adición de los extensores de cadena provocó modificaciones físicas en el APL, mejorando su ordenamiento estructural (cristalinidad), propiedades térmicas, mecánicas y de degradabilidad. En general, los mejores resultados se obtuvieron al adicionar los extensores FBO y DPM en concentraciones de 1% en peso durante las últimas etapas de la síntesis.

ABSTRACT: Recently, the development of biopolymers has received considerable attention, because of they have various applications and have even replaced some petroleum-based polymers. Polylactic acid (PLA) is biodegradable thermoplastic polyester synthesized from lactic acid derived from renewable sources. PLA has good physical properties; however, its brittleness and low flexibility restrain its applications. In this work, it is proposed the introduction of chain extenders during direct polycondensation of L-lactic acid, in order to increase molecular weight and improve the mechanical properties of PLA. During the process were used three stages at different temperatura (80 °C, 130 °C and 160 °C). Chain extenders (CBC, PBO and PMD) were added separately at different concentrations (0.25, 0.5 and 1wt. %) in accordance with these stages. The effect of chain extenders on the properties of PLA were studied by FTIR, Raman and NRM spectroscopies and XRD for structural analysis; by DSC and TGA to thermal analysis; additionally, MALDITOF mass spectrometry to determine the molecular weight was performed and by nanoindentation test, mechanical properties such as hardness, elastic modulus and creep were measured. Finally, a degradation study by an accelerated weathering test and hydrolytic degradation was carried out. The results show that the addition of chain extenders caused physical changes in PLA, enhancing their structural arrangement (crystallinity) and thermal, mechanical and degradability properties. In general, the best results were achieved by adding PBO and PMD extenders chain at concentrations of 1wt. % during the last stages of the synthesis.