부산대학교 도서관

Para un desarrollo industrial y económico sostenible, es urgente disponer de materiales para envases y embalajes que sean ambientalmente benignos, cuyos residuos sean fáciles de tratar y reciclar y que sean atóxicos. Sin embargo, el desarrollo de sustituyentes plásticos adecuados y eficientes requiere que se cumplan múltiples requisitos, a saber, rentabilidad y buenas propiedades mecánicas, térmicas, ópticas y de barrera, así como integridad estructural de los constituyentes. En este sentido, la utilización de polímeros biobasados, como el ácido poliláctico (PLA), que se obtiene de fuentes renovables, puede ser una opción viable debido a su baja toxicidad, biodegradabilidad y baja huella de carbono. Además, el PLA tiene buenas propiedades ópticas y mecánicas, que son similares o comparables a algunos de los materiales obtenidos a partir del petróleo. Sin embargo, presenta algunos inconvenientes, como su lenta velocidad de cristalización, baja cristalinidad, fragilidad y deficientes propiedades barrera, que deberían modificarse y ajustarse para su uso industrial extensivo. La utilización de nano-refuerzos, como la nanocelulosa y la nanoquitina, es un enfoque prometedor para modificar y mejorar el desempeño del PLA. Estos refuerzos proceden de materias primas abundantes, son fácilmente obtenible a partir de residuos forestales y biorresiduos, por lo que la utilización de dichos materiales también ayuda al desarrollo de una economía más sostenible. Los nanocristales de quitina (ChNC) y los nanocristales de celulosa (CNC) poseen propiedades únicas, como baja densidad, biodegradabilidad, baja toxicidad, buenas propiedades mecánicas y de barrera; por lo tanto, pueden actuar como nano-refuerzos adecuados para mejorar el PLA. La primera etapa de la investigación tuvo como objetivo comprender el papel de las ChNC en el proceso de cristalización del PLA y optimizar las condiciones de cristalización isotérmica. Los ChNC, debido a su gran área superficial, actuaron como un buen agente nucleante y mejoraron la tasa de cristalización general de PLA al reducir el tiempo de cristalización y el tamaño de las esferulitas. En la segunda parte de la tesis, se exploró más a fondo el conocimiento adquirido sobre el comportamiento de la cristalización para producir películas cristalizadas isotérmicamente a mayor escala. Se investigó el efecto de la cristalinidad sobre varias propiedades de los nanocompuestos obtenidos. Se puede destacar que a 110ºC, en 5 min se alcanzó la mayor tasa de cristalización. Además, la cristalización fue homogénea y se obtuvo el tamaño esferulítico de PLA más pequeño (7 nm), mejoraron significativamente las propiedades térmicas, barrera y la degradación hidrolítica. En tercer lugar, se estudiaron las propiedades mecánicas de películas de (PLA / ChNC) orientadas, obtenidas mediante una combinación de estiramiento en estado sólido y en estado fundido. Estas películas de nanocomposites de PLA orientado exhibieron excelentes propiedades mecánicas, con incrementos del 360% de la resistencia a la tracción, 2400% de la elongación a la rotura y 9500% de la tenacidad en comparación con las películas de nanocompuestos no orientados. El grado de cristalinidad de las películas de nanocompuestos altamente orientados aumentó del 8% al 53% con respecto a las películas no orientadas y se observaron tamaños de cristalitas más pequeños. Finalmente, se investigaron las propiedades mecánicas de nanocompuestos PLA / CNC mediante ensayos de tracción convencionales y se compararon con los resultados de los ensayos de "small punch" (SPT). La modificación superficial de los CNC facilitó su dispersión en la matriz de PLA e incrementó el módulo elástico de dichos materiales. El conocimiento y resultados obtenidos con esta tesis demuestran el potencial para desarrollar nanocomposites de PLA con altas propiedades para aplicaciones de envase y embalajes.