Development and Characterization of Hybrid Materials Based on Biodegradable PLA Matrix, Microcrystalline Cellulose and Organophilic Silica

Desarrollo y caracterización de materiales híbridos basados en una matriz de PLA biodegradable, celulosa microcristalina y sílice organofílica

El objetivo de este trabajo fue investigar la producción y propiedades de materiales híbridos basados en poli(ácido láctico) (PLA), empleando celulosa microcristalina (MCC) y sílice organofílica (R972) como cargas. Los compuestos se obtuvieron por colada en disolución para formar películas. Cada nanopartícula se incorporó en una proporción del 3 % en peso respecto a la matriz polimérica. En este experimento se obtuvieron cuatro películas (PLA, PLA/MCC, PLA/R972 y PLA/MCC/R972). 

Las propiedades de las películas se evaluaron mediante difractometría de rayos X, resonancia magnética nuclear, espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier y propiedades mecánicas. Los resultados mostraron que cada nanopartícula, añadida individualmente o ambas combinadas, tenía un efecto diferente sobre las propiedades finales de las películas. La celulosa microcristalina puede actuar como agente nucleante para la cristalización del PLA. La sílice promovió un aumento de la rigidez, debido a las fuertes fuerzas intermoleculares, mientras que la adición de MCC promovió un aumento de la movilidad molecular de las cadenas poliméricas. La película PLA/MCC/R972 mostró el mayor grado de cristalinidad y módulo de tracción. Esta película presentó un valor T1H entre los dos valores encontrados para las películas PLA/MCC y PLA/R972. Los resultados indicaron que la sílice R972 podía promover una disminución de la tensión superficial entre el PLA y la celulosa.

INTRODUCCIÓN

Los materiales renovables de fuentes naturales han sido ampliamente investigados para reemplazar los polímeros tradicionales utilizados en diversas aplicaciones. Estos materiales presentan ventajas como la biodegradabilidad, biocompatibilidad, baja toxicidad y bajo costo.

Entre los principales polímeros con estas características se encuentran el ácido poliláctico (PLA) y sus copolímeros. El PLA es un poliéster alifático biodegradable derivado del ácido láctico, con propiedades mecánicas similares al tereftalato de polietileno, pero se diferencia de este otro polímero por tener una temperatura máxima de uso continuo significativamente menor. Los productos basados en PLA pueden reciclarse después de su uso, ya sea mediante el recalentamiento y procesamiento del material una segunda vez o mediante la hidrólisis a ácido láctico, que es su compuesto químico básico.

Se han realizado varios estudios utilizando PLA como matriz polimérica en nanocompuestos con rellenos como celulosa, sílice y arcillas. Los nanocompuestos poliméricos son una alternativa reciente a los polímeros convencionalmente rellenos debido a su tamaño de partícula y dispersión.