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Basados en la grave problemática ambiental actual producida por el uso indiscriminado de los plásticos y otros derivados del petróleo, así como por los nuevos cambios en la legislación ambiental de algunos países sobre la regulación y la prohibición de uso de productos a base de plásticos no biodegradables, las investigaciones se han dirigido al desarrollo de biopolímeros para la producción de biomateriales o productos que preserven el medioambiente. En la presente investigación se han elaborado y caracterizado láminas de biopolímeros a base de almidón termoplásticos (TPS) que ha sido procesado por métodos convencionales empleados en la industria de plásticos sintéticos, como son el mezclado en continuo mediante extrusión y posterior moldeo por termocompresión. Para la elaboración de los TPS se ha empleado almidones de patata, maíz y yuca utilizando como plastificantes glicerina y agua. Con objeto de tratar de reducir la elevada afinidad por el agua de las formulaciones basadas en almidón y de mejorar sus propiedades mecánicas se han empleado una serie de aditivos, todos ellos de origen natural, en concreto aceites esenciales de romero, árbol de té y eucalipto, extracto de chiriyuyo, goma arábiga, montmorillonita y quitosano. Se han elaborado un total de 37 formulaciones. En una primera fase se ha estudiado el efecto del tipo y concentración de los almidones manteniendo una proporción fija de plastificantes. Tras seleccionar una de estas formulaciones como referencia se han incorporado sobre la misma los aditivos a distintas concentraciones. Todas las láminas obtenidas se caracterizaron mediante espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), contenido de humedad, solubilidad en agua, microscopía electrónica de barrido (SEM), ensayos de tracción, dureza, análisis antimicrobiano, ensayo de desintegración y análisis termogravimétrico (TGA). Las propiedades de los TPS están largamente influenciadas por el contenido y tipo de almidón. En el intervalo de concentraciones estudiado la humedad, solubilidad, dureza, resistencia a la tracción, deformación máxima y módulo de Young varían de manera prácticamente lineal con el contenido de almidón. Por ejemplo, las láminas de TPS obtenidas a partir de almidón de patata tienen un valor del módulo de 7,3; 16,5 y 28,4 MPa para concentración de 50, 60 y 70 g de almidón / 100 g de TPS, mientras que para el TPS de almidón de yuca éstos valores son de 5, 11 y 22 MPa, respectivamente. A partir de los datos del análisis termogravimétrico se ha podido distinguir al menos tres procesos diferenciados que podrían corresponder a la evolución de tres fases presentes en el TPS (plastificantes, fase plastificada y almidón). Se ha establecido un modelo cinético que correlaciona simultáneamente los datos de TG obtenidos a diferentes velocidades de calefacción y contenidos de plastificante y que permite calcular la contribución de cada uno de los procesos (evaporación de los plastificantes, descomposición de la fase altamente plastificada y descomposición del almidón prácticamente sin modificar) al proceso global mostrando, por ejemplo, que el primer proceso es tanto más intenso cuanto mayor es el contenido en plastificante y la velocidad de calefacción y que el segundo proceso es en todos los casos más intenso a velocidad de calefacción lenta, lo que indicaría que sigue progresando el proceso de plastificación durante los ensayos. En general se ha conseguido una buena mezcla de los aditivos y el TPS hasta una cierta concentración, excepto en el caso de las láminas que contienen quitosano para las que las fotografías de SEM muestran grandes partículas sin incorporar a la matriz. Cabe resaltar que en todos los casos se ha encontrado un efecto saturante de los aditivos de modo que, dependiendo del aditivo, por encima de una concentración de 1 a 2 g /100 g de TPS se aprecia un deterioro más o menos importante de las propiedades. Todos los aditivos empleados reducen el contenido de humedad de equilibrio de los TPS. También todos, excepto la montmorillonita en su forma sódica, confieren actividad antimicrobiana al TPS y un retraso en la biodegradación de las láminas sometidas a compostaje. El quitosano y una de las nanoarcillas modificadas son los aditivos que confieren mayor actividad antimicrobiana. Resulta especialmente interesante el caso de la goma Arábiga. A juzgar por los espectros de FTIR y los resultados del análisis termogravimétrico se produce un entrecruzamiento entre la goma y otros componentes del TPS (almidón y/o glicerina). Se ha conseguido mejorar las propiedades mecánicas de las láminas de TPS con todos los aditivos excepto con las nanoarcillas, para las que se ha podido apreciar la presencia de grietas en las superficies de fractura observadas mediante SEM. El quitosano es el aditivo con el que se obtienen las láminas más rígidas a pesar de su mala incorporación en la matriz, mientras que el árbol de té proporciona los valores más elevados de deformación máxima. La inclusión de goma Arábiga produce un aumento de la tensión y deformación en la rotura. |
