Hacia una economía circular mediante el desarrollo y caracterización de compuestos que imitan la madera con matrices de polihidroxialcanoatos y residuos de cáscara de almendra

Abstract

[ES] Con esta investigación se pretende conseguir unos biomateriales compuestos que ayuden a la economía circular, ocupando el lugar de los plásticos convencionales en ciertos ámbitos. Se espera que estos materiales muestren unas propiedades tanto térmicas como mecánicas aptas para sus aplicaciones futuras, ayudando a extender mundialmente el concepto de biomaterial y sus posibles utilidades que beneficien tanto a la humanidad como al medio ambiente. Se han obtenido materiales compuestos que simulan la madera (WPC) termoplásticos ecoeficientes utilizando poli(hidroxibutirato-co-hexanoato) (PHBH) como matriz polimérica y harina de cáscara de almendra (ASF), procedente de la industria agroalimentaria, como carga/refuerzo. Estos WPC's se prepararon con diferentes cantidades de cargas lignocelulósicas: 10%, 20% y 30% de porcentaje en peso. La caracterización mecánica de estos WPC's mostró un importante aumento de la rigidez de los materiales al presentar mayores Módulos Elásticos al aumentar el contenido % ASF en el biocomposite, menores resistencias a tracción y menores resistencias a impacto. El estudio de Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) indica la falta de continuidad y de adhesión entre el PHBH y las partículas ASF. Los biocomposites adquieren fragilidad con % ASF, por lo que se le añade 10 y 20 phr (per hundred resin, composición por cada 100 partes de resina) de oligómero de ácido láctico, OLA. Éste aumenta de forma considerable la resistencia a impacto y el alargamiento a la rotura de los biocomposites PHBH/ASF debido a su efecto plastificante. Los análisis por Calorimetría Diferencial de Barrido, DSC, muestran el efecto plastificante de OLA sobre el sistema PHBH/ASF. El estudio mediante Análisis Termomecánico, TMA, establece el aumento del Coeficiente de Expansión Térmica Lineal, CLTE, con el aumento de la cantidad de cargas celulósicas. El Análisis Dinámico Mecánico, DTMA, indica mayor módulo de almacenamiento, G¿, en los composites PHBH/ASF. Esto indica que estos WPC's presentan mayor rigidez debido a la presencia de cargas de ASF, que dificultan la movilidad de las cadenas de PHBH. Además, los resultados DTMA confirman el efecto plastificante del oligómero OLA.

[EN] This research aims to achieve compound biomaterials that help the circular economy, taking the place of conventional plastics in certain areas. These materials are expected to show both thermal and mechanical properties suitable for future applications, helping to spread the concept of biomaterial and its possible utilities worldwide that benefit both humanity and the environment. Eco-efficient thermoplastic Wood Plastic Composites (WPC) have been otained using poly(hydroxybutyrate-co-hexanoate) (PHBH) as the polymer matrix and almond shell flour (ASF), from the agrifood industry, as filler/reinforcement. These WPC's were prepared with different amounts of lignocellulosic fillers: 10%, 20% and 30% wt. The mechanical characterization of these WPC's showed a significant increase in the stiffness of the materials as they presented higher Elastic Modules by increasing the %wt ASF content in the biocomposite, lower tensile strengths and lower impact strengths. The Scanning Electron Microscopy (SEM) sudy indicates the lack of continuity and adhesión between the PHBH and the ASF particles. Biocompiosites become brittle with %wt ASF, so 10 and 20 phr (per hundred resin, composition per 100 parts of resin) of lactic acid oligomer, OLA, are added. This considerably increases the impact resistance and elongation at break of the PHBH/ASF biocomposites due to their plasticizing effect. Analysis by Differential Scanning Calorimetry, DSC, show the plasticizing effect of OLA on the PHBH/ASF system. The Thermomechanical Analysisi, TMA, study establishes the increase in the Coefficient of Linear Thermal Expansion, CLTE, with the increase in the amount of cellulosic charges. The Dynamic Mechanical Analysis, DMTA, indicates a higher storage modulud, G¿, in the PHBH/ASF composites. This indicates that these WPC's have grater rigidity due to the presence of ASF loads, which hinder the mobility of the PHBH chains. Furthermore, the DTMA results confirm the plasticizing effect of the OLA oligomer.

[CA] Amb aquesta investigació es pretén aconseguir uns biomaterials compostos que ajudin a l'economia circular, ocupant el lloc dels plàstics convencionals en certs àmbits. S'espera que aquests materials mostrin unes propietats tant tèrmiques com mecàniques aptes per a les seves aplicacions futures, ajudant a estendre mundialment el concepte de biomaterial i les seves possibles utilitats que puguin beneficiar tant a la humanitat com a el medi ambient. S’han obtingut materials compostos que simulen la fusta (WPC) termoplàstics ecoeficients utilitzant poli(hidroxibutirat-co-hexanoat) (PHBH) com a matriu polimérica i farina de closca d’atmella (ASF), procedent de la indútria agroalimentària, com a càrrega/reforç. Aquests WPC’s es van preparar amb diferents quantitats de càrregues lignocel·lulòsiques: 10%, 20% i 30% de percentatge en pes. La caracterizació mecánica d’aquests WPC’s va mostrar un important augment de la rigidesa dels materials al presentar majors Mòduls Elàstics a l’augmentar el contingut % ASF al biocomposite, menors resistències a tracció i menors resistències a tracció i menors resistències a impacte. L’estudi de microscòpia electrónica de rastreig (MER) indica la manca de continuïtat i d’adhesió entre el PHBH i les partícules ASF. Els biocomposites adquireixen fragilitat amb % ASF, per la qual cosa se li afegeix 10 i 20 phr (per hundred resin, composició per cada 100 parts de resina) d’oligòmero d’àcid làctic, OLA. Aquest augmenta de forma considerable la resistència a impacte i l’allargament al trencament dels biocomposites PHBH/ASF causa del seu efecte plastificant. Les análisis per Calorimetria Diferencial de Rastreig, DSC, mostren l’efecte plastificant de OLA sobre el sistema PHBH/ASF. L’estudi mitjançant Anàlisi Termomecànic, TMA, estableix l’augment del Coeficient d’Expansió térmica lineal, CLTE, amb l’augment de la quantitat de càrregues cel·lulòsiques. L’Anàlisis Dinàmic Mecànic, DTMA, indica major mòdul d’emmagatzematge, G’, en els composites PHBH/ASF. Això indica que aquests WPC’s presenten major rigidesa causa de la presencia de càrregues d’ASF, que dificulten la mobilitat de les cadenes de PHBH. A més, els resultats DTMA confirmen l’efecte plastificant de l’oligómero OLA.