Efecto de los tratamientos de las fibras en las propiedades de los biocompuestos termoplásticos de almidón, policaprolactona y sisal

Effect of Fiber Treatments on Properties of Thermoplastic Starch/Polycaprolactone/Sisal Biocomposites

Las fibras de sisal tratadas con cuatro métodos, a saber, lavado con agua, lavado con ciclohexano/etanol, tratamiento alcalino (NaOH) y blanqueo (tratamiento alcalino con peróxido), se incorporaron a muestras de almidón termoplástico/poliocaprolactona 80/20 (TPS/PCL). Se analizaron las propiedades morfológicas, mecánicas y térmicas de los biocompuestos TPS/PCL/Sisal. Los mejores resultados se obtuvieron con el compuesto que utilizaba la fibra blanqueada, que presentaba una mayor resistencia a la tracción y estabilidad térmica. También se observó una mayor adhesión entre la fibra y la matriz con la fibra blanqueada, con un aumento del 145% en la resistencia a la tracción.

INTRODUCCIÓN

El uso de fibras lignocelulósicas naturales como sisal, yute, bagazo de caña de azúcar, curauá, etc., ha sido muy prometedor para la fabricación de compuestos poliméricos. Estas fibras ofrecen excelentes propiedades mecánicas, reducen el impacto ambiental y mejoran la biodegradabilidad[1-4]. La fibra de sisal (Agave sisalana) representa el 70% de la producción comercial mundial de todas las fibras de este tipo. Los compuestos reforzados con fibras de sisal destacan por su alta resistencia al impacto y buenas propiedades de tracción y flexión[4,5]. Esto se atribuye al alto módulo de elasticidad y resistencia de la fibra de sisal comparado con otras fibras naturales[4].

Las propiedades de los compuestos poliméricos dependen de factores como la adhesión fibra-matriz, la orientación de la fibra, el volumen de fibra, etc. Para mejorar la adhesión fibra-matriz, una de las alternativas es modificar químicamente o físicamente las fibras antes de incorporarlas a la matriz polimérica. Tratamientos químicos, como el tratamiento alcalino con NaOH, que eliminan impurezas superficiales e inducen una superficie rugosa en las fibras, mejoran la adhesión fibra-matriz y, consecuentemente, las propiedades mecánicas del compuesto[7,8].

El uso de fibras de sisal en la obtención de compuestos poliméricos ha sido estudiado por Mattoso et al.[8], quienes encontraron que las fibras de sisal tratadas con isocianato aplicadas al polietileno de baja densidad (LDPE) mostraron una mejora en la adhesión, y que las propiedades mecánicas dinámicas fueron fuertemente influenciadas por la orientación de las fibras. Sreekumar et al.[9] encontraron que los compuestos de sisal con poliéster, cuyas fibras de sisal habían sido tratadas con NaOH, mostraron un mejor módulo elástico y resistencia a la tracción en comparación con compuestos con fibras tratadas con silano, permanganato, cloruro de bencilo y tratamiento térmico a 100 °C. Estos resultados se deben a la fibrilación, que aumenta la superficie de contacto y la cristalinidad de la fibra, favoreciendo la adhesión matriz/fibra al compuesto.