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Estudio de la biodegradabilidad de mezclas de LDPE/Almidón termoplástico
Autor
CARLOS SERGIO TENA SALCIDO
Resumen
En este trabajo se plantea el estudio de materiales parcialmente biodegradables elabora
dos a partir de almidón. La preparación de los materiales se llevó a cabo en un extrusor
doble husillo ZSK30 equipado con 9 zonas de barril en donde se procedió al mezclado del
almidón termoplástico (ATP) con dos polietilenos con diferente índice de fluidez (0.25 y
25 g/10 min). De esta forma se obtuvieron mezclas LDPE/ATP con contenidos de ATP
de 31 % a 62 % en peso. Con la finalidad de evaluar la influencia de la humedad relativa
(HR), sobre las propiedades micro y macro estructurales del ATP se extruyeron cintas de
ATP utilizando el extrusor doble husillo con 5 zonas de calentamiento.
De esta forma, se acondicionaron especímenes de cintas de ATP a 50 %, 75 % y 90 % de
HR. La evaluación del efecto de la humedad relativa, se llevo a cabo a través de técnicas
tales como la ganancia en peso, DSC y rayos X en donde se modificó la concentración
de HR a distintos tiempos de acondicionamiento. A 6 días de exposición, se llega a la
ganancia en peso al equilibrio. La Tg disminuyó a medida que transcurrió el tiempo de
acondicionamiento, percibiéndose el mayor cambio después de 6 días de acondiciona
miento, después de ese tiempo también se observó que el fenómeno de retrogradación fue
más rápido. Con respecto a las propiedades de tracción del ATP, se comprobó que existe
una competencia entre los fenómenos de plastificación y retrogradación. Las curvas de
esfuerzo (cr)- deformación (E) revelaron una disminución en el módulo de Young (E) a
tiempos cortos de acondicionamiento y HR por encima del 50 %. De manera contraria,
a tiempos prolongados de acondicionamiento y HR por debajo de 50 %, se observó un comportamiento frágil con incrementos en el módulo de Young debido a la formación de
cristales inducidos por el fenómeno de retrogradación.
Con el afán de conocer la viscosidad de los componentes de las mezclas LDPE/
ATP se realizaron pruebas de reometría capilar. Una vez conocida la relación de viscosidades de
la fase dispersa y continua de las mezclas, se procedió a la evaluación de la morfología
mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), en donde se estudió el efecto de la
concentración de ATP y la viscosidad del LDPE en las mezclas. Las mezclas
PEl/LDPE favorecen la presencia de morfologías fibrilares. Al incrementar la concentración de ATP
las partículas pequeñas coalescen dando lugar a partículas más grandes y fáciles de defor
mar. Por otra parte, las mezclas PE2/LDPE propician el desarrollo de morfologías esféri
cas, y el efecto de la coalescencia se observa por medio de la disminución del número
de partículas pequeñas mientras que las partículas grandes aparentemente coalescen me
nos y solo percolan. La morfología de los materiales juega un papel determinante en la
cone Pvidadide las partículas de ATP inmersas en la matriz de LDPE. La degradación
en un medio agresivo como el HCl 6N nos da una idea de forma rápida y relativamente
sencilla de la cantidad de partículas de ATP que se encuentran interconectadas y suscepti
bles al ataque bacteriano. La degradación enzimática nos da una información más real de
lo que podemos esperar por la degradación bacteriana. Sin embargo, es difícil establecer
una correlación de estas dos técnicas con la biodegradación bacteriana debido al depósi
to acumulativo de biomasa a través de poros vacíos dejados por la pérdida de
ATP. Esta diferencia es más pronunciada para las dos tipos de mezclas que contienen
~ 30 % de ATP. A su vez, la biodegradación bacteriana puede afectar las propiedades mecánicas de las
mezclas LDPE/ATP. La elongación al rompimiento (cb) y E disminuyen significativa
mente durante los primeros 21 días. Sin embargo, las mezclas que contienen 32 % de ATP
se mantienen dúctiles después de 45 días de biodegradación. Al igual que el ATP, las mez
clas LDPE muestran susceptibilidad a la HR. No obstante, la ductilidad de estas mezclas
puede conservar hasta cerca de un 50 % de la ductilidad del LDPE puro en mezclas con
concentraciones mayores de 50 % de ATP.