Tesis
Obtención de láminas de almidón de maíz termoplástico reforzadas con fibras de agave y evaluación de algunas de sus propiedades
Fecha
2017-11-07Registro en:
Iniestra Galindo María Guadalupe. (2016). Obtención de láminas de almidón de maíz termoplástico reforzadas con fibras de agave y evaluación de algunas de sus propiedades. (Maestría en Ciencias en Ingeniería Química). Instituto Politécnico Nacional, Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas. México.
Autor
Iniestra Galindo, María Guadalupe
Institución
Resumen
Los plásticos han ayudado al desarrollo de la humanidad debido a las aplicaciones distintas que éstos tienen; sin embargo, un aspecto importante acerca de algunos plásticos es su disposición final, la cual al no hacerse de manera adecuada, causa un problema grave de contaminación. En los últimos años se han buscado soluciones a este tipo de contaminación, entre éstas se encuentra el diseño de bioplásticos, constituidos parcial o totalmente de algún biopolímero. El almidón es uno de los polisacáridos de mayor uso como biopolímero y se ha empleado para la obtención de películas biodegradables. Para lograr obtener dichas películas es necesario procesar el almidón junto con plastificantes (agua y glicerina) a altas temperaturas y aplicando trabajo mecánico para obtener un almidón termoplástico (ATP). Las películas de ATP tienen la ventaja sobre las producidas con polímeros sintéticos de obtenerse de un recurso renovable y de ser biodegradables, pero tiene la desventaja de presentar propiedades mecánicas y de barrera pobres. Por lo tanto, en este proyecto se decidió reforzar una matriz de almidón de maíz con fibras de agave tequilana para formar un biocomposito por extrusión y modificar algunas de sus propiedades. El ATP se procesó en un extrusor de doble husillo para mejorar la dispersión de las fibras y se obtuvieron láminas de almidón termoplástico homogéneas. Se evaluó la resistencia mecánica a la tensión, la permeabilidad al vapor de agua, la solubilidad en agua y la biodegradabilidad de los biocompositos, todo ello basándose en las normas ASTM correspondientes. Las láminas reforzadas mostraron una disminución de los valores máximos de la resistencia a la tensión y de la deformación unitaria a la rotura conforme la concentración de fibras aumentó. Además, el módulo de Young exhibió una tendencia creciente como función de la concentración de fibras, observándose un incremento del 136% cuando se agregó 8 %p/p de fibras en la matriz de ATP. Para el caso de la permeancia al vapor de agua se observó una disminución con el incremento del contenido de fibras. Por otro lado, el porcentaje de solubilidad en agua de las láminas disminuyó al incluir un mayor porcentaje de fibras, lo cual es causado por la naturaleza hidrofílica distinta del almidón y del refuerzo. Finalmente, se determinó que todas las láminas reforzadas con fibras de agave son susceptibles a biodegradación por la acción de bacterias y hongos primero en su superficie y posteriormente en el volumen. Sin embargo, las láminas sin refuerzo fueron biodegradadas en un menor tiempo que las reforzadas debido a la presencia de celulosa en las fibras de agave. ABSTRACT.
Plastics have helped the development of mankind due to the different applications they have; however, an important aspect about some plastics is its ultimate disposal, which when not done properly, may cause a serious problem of pollution. In recent years, different solutions have been devised to decrease this type of pollution, among these solutions is the design of bioplastics, partially or totally constituted of biopolymers. Starch is one of the most used polysaccharides as biopolymer and has been utilized to obtain biodegradable films. In order to produce starch films, it is necessary to process the starch together with plasticizers (water and glycerol) at high temperatures and applying mechanical work to obtain a thermoplastic starch (TPS). TPS films have the advantage over those made up of synthetic polymers that they are obtained from a renewable source and are biodegradable, their disadvantage, however, is that they exhibit poor mechanical and barrier properties. Therefore, in this project it was decided to reinforce a corn TPS matrix with agave fibers to form a biocomposite by using the extrusion process and evaluate some of its properties. TPS was processed in a twin screw extruder to improve the dispersion of fibers and homogeneous thermoplastic starch laminates were obtained. Mechanical tensile strength, water vapor permeability, water solubility and biodegradability of the reinforced laminates were evaluated on the basis of the corresponding ASTM methods. The reinforced laminates showed a decrease in the tensile strength and strain at break as fiber concentration increased. Furthermore, the Young's modulus increased as a function of the concentration of fibers, exhibiting an increase of 136% when 8 %w/w of fibers were added to the TPS matrix. Also, water vapor permeance decreased with the increment of the fiber content. On the other hand, the percentage of water solubility decreased as the fiber content increased which was caused by the different hydrophilic nature of starch and the reinforcement. Finally, it was found that all the laminates reinforced with agave fibers were susceptible to biodegradation by the action of bacteria and fungi, first on its surface and subsequently in the volume. However, the laminates without reinforcement were biodegraded in a shorter time than the reinforced ones due to the presence of cellulose in the agave fibers.