Estudio de la adición de aceite de linaza maleinizado (MLO) en bio-nanocompuestos de ácido poliláctico / diatomeas, para aplicaciones en envases activos

Abstract

[ES] En este trabajo se ha abordado el desarrollo de un nuevo material de origen bio que fuera capaz de introducir en su matriz diferentes sistemas activos para dar una nueva solución en temas de envasado alimenticio. Actualmente, la mayoría de los envases están compuestos por polímeros derivados del petróleo que poseen buenas prestaciones mecánicas, de estanqueidad, son duraderos, etc. pero tardan muchos años en descomponerse. Por este motivo se tiene un problema mundial con el uso y los residuos de los plásticos. Atendiendo a esta problemática, se han desarrollado nuevos materiales de origen natural, que se descomponen en el medio ambiente como alternativa a los polímeros derivados del petróleo en aplicaciones de un solo uso (como son los envases alimenticios, vasos y platos de plástico, bolsas de la compra, etc.). En nuestro trabajo se ha desarrollado un biocompuesto con una matriz polimérica de ácido poliláctico (PLA) al que se le han añadido cargas de tierra de diatomeas. Estas nanocargas de tierra de diatomeas aportan al material la posibilidad de introducir diferentes sistemas activos para que aporten al envase una reducción del proceso de oxidación, atmósfera controlada, capten determinados compuestos dentro del envase, etc. Al añadir estas cargas a la matriz de PLA hacen que el material sea aún más frágil de lo normal, esto es debido a que no hay una buena compatibilidad entre ambos materiales por lo que se debe introducir en el biocompuesto un material que mejore este aspecto, se utiliza en nuestro caso el aceite de linaza maleinizado (MLO). El papel del MLO es compatibilizar/plastificar el PLA+DE para que actúe como una única matriz y que las diatomeas no supongan zonas susceptibles a la rotura. Para ello se estudian diferentes biocompuestos donde se va aumentando la cantidad de MLO (1 – 2,5 – 5 – 10 – 15 phr) sobre una matriz constante de PLA + 10% en peso de diatomeas. Los diferentes biocompuestos se obtuvieron mediante extrusión y el material a ensayar se conformó mediante inyección. Todos los biocompuestos obtenidos han sido caracterizados mecánica, térmica y microscópicamente, además de realizar un estudio de absorción de agua y de degradación en compost de estos. Estudiando detenidamente los resultados se ha podido observar que la adición de MLO en el biocompuesto mejora las propiedades de éste ya que ha permitido la unión de la fase matriz (PLA) con la fase dispersa (diatomeas) creando una cierta interfase entre ambos. Es por ello, por lo que finamente se ha podido obtener un material óptimo ya que se ha conseguido compatibilizar las dos fases y dotar de unas mejores propiedades al biocompuesto. Además, se ha estudiado la degradación del mismo, obteniendo como resultado una degradación del 60% en 70 días, en los cuales el material ya no es consistente si no que se descompone en pequeñas partículas. Lo que hace muy atractivo para la aplicación que nos concierne, ya que la vida útil de estos materiales es muy corta y son directamente desechados después del consumo.

[EN] In this work the development of a new material of bio origin that was able to introduce in its matrix different active systems to give a new solution in food packaging topics has been approached. Currently, most of the containers are composed of polymers derived from petroleum that have good mechanical performance, tightness, are durable, etc. but it takes many years to decompose. For this reason, there is a worldwide problem with the use and waste of plastics. In response to this problem, new materials of natural origin have been developed, which are decomposed in the environment as an alternative to petroleum-derived polymers in single-use applications (such as food containers, plastic cups and plates, bags of the purchase, etc.). In our work we have developed a biocomposite with a polymer matrix of polylactic acid (PLA) to which diatomaceous earth loads have been added. These diatomaceous earth nanofillers provide the material with the possibility of introducing different active systems to provide the container with a reduction in the oxidation process, controlled atmosphere, capture certain compounds inside the container, etc. By adding these charges to the PLA matrix they make the material even more fragile than normal, this is due to the fact that there is not a good compatibility between both materials, so a material that improves this aspect must be introduced in the biocomposite, the maleinized linseed oil (MLO) is used in our case. The role of the MLO is to make the PLA + DE compatible / plasticized so that it acts as a single matrix and that the diatoms do not suppose zones susceptible to breakage. To do this, different biocomposites are studied where the amount of MLO (1 - 2.5 - 5 - 10 - 15 phr) is increased over a constant matrix of PLA + 10% by weight of diatoms. The different biocomposites were obtained by extrusion and the material to be tested was formed by injection. All the biocomposites obtained have been characterized mechanically, thermally and microscopically, in addition to carrying out a study of water absorption and degradation in compost of these. Studying the results carefully it has been observed that the addition of MLO in the biocomposite improves the properties of this one since it has allowed the union of the matrix phase (PLA) with the dispersed phase (diatoms) creating a certain interface between both. That is why, finely it has been possible to obtain an optimal material since it has managed to make the two phases compatible and provide better properties to the biocomposite. In addition, the degradation of the same has been studied, obtaining as a result a 60% degradation in 70 days, in which the material is no longer consistent, but it decomposes into small particles. What makes it very attractive for the application that concerns us, since the useful life of these materials is very short and are directly discarded after consumption.

[CA] En aquest treball s'ha abordat el desenvolupament d'un nou material d'origen bio que siga capaç d'introduir en la seua matriu diferents sistemes actius per donar una nova solució en temes d'envasat alimentari. Actualment, la majoria dels envasos estan compostos per polímers derivats del petroli que posseeixen bones prestacions mecàniques, d'estanquitat, són duraders, etc. però tarden molts anys a descomposar-se. Per aquest motiu es té un problema mundial amb l'ús i els residus dels plàstics. Atenent a aquesta problemàtica, s'han desenvolupat nous materials d'origen natural, que es descomponen en el medi ambient com a alternativa als polímers derivats del petroli en aplicacions d'un sol ús (com són els envasos alimentaris, gots i plats de plàstic, bosses de la compra, etc.). En el nostre treball s'ha desenvolupat un biocompost amb una matriu polimèrica d'àcid polilàctic (PLA) al qual se li han afegit càrregues de terra de diatomees. Aquestes nanocàrregues de terra de diatomees aporten al material la possibilitat d'introduir diferents sistemes actius perquè aporten una reducció del procés d'oxidació, atmosfera controlada, capten determinats compostos dins de l'envàs, etc. En afegir aquestes càrregues a la matriu de PLA fan que el material siga encara més fràgil del normal, això és degut al fet que no hi ha una bona compatibilitat entre tots dos materials pel que s'ha d'introduir en el biocompost un material que millore aquest aspecte, s'utilitza en el nostre cas l'oli de llinosa maleinitzat (MLO). El paper del MLO és compatibilitzar/plastificar el PLA + D' perquè actue com una única matriu i que les diatomees no suposen zones susceptibles al trencament. Per a això s'estudien diferents biocompostos on es va augmentant la quantitat de MLO (1 - 2,5 - 5 - 10 - 15 PHR) sobre una matriu constant de PLA + 10% en pes de diatomees. Els diferents biocompostos es van obtendre mitjançant extrusió i el material a assajar es va conformar mitjançant injecció. Tots els biocompostos obtinguts han estat caracteritzats mecànica, tèrmica i microscòpicament, a més de realitzar un estudi d'absorció d'aigua i de degradació en compost d'aquests. Estudiant detingudament els resultats s'ha pogut observar que l'addició de MLO al biocompost millora les propietats d'aquest ja que ha permès la unió de la fase matriu (PLA) amb la fase dispersa (diatomees) creant una certa interfase entre tots dos. És per això, pel que finalment s'ha pogut obtenir un material òptim, ja que s'ha aconseguit compatibilitzar les dues fases i obtindre unes millors propietats al biocompost. A més, s'ha estudiat la degradació del mateix, obtenint com a resultat una degradació del 60% en 70 dies, en els quals el material ja no és consistent si no que es descompon en petites partícules. El que fa molt atractiu per a l'aplicació que ens concerneix, ja que la vida útil d'aquests materials és molt curta i són directament rebutjats després del consum.