Estudio de las propiedades térmicas de nanocompuestos de biopoliamida/nanocelulosa con superficie modificada para su utilización en aplicaciones estructurales y de embalaje

Abstract

[ES] Nuevos compuestos poliméricos procedentes de materiales renovables están siendo actualmente demandados debido al agotamiento de materias primas petroquímicas y la necesidad de un desarrollo sostenible. Este trabajo se centra concretamente en el estudio de compuestos formados por dos biopolímeros: la biopoliamida 10.10 y la nanocelulosa. La biopoliamida 10.10 es un polímero utilizado en ingeniería y en la producción de películas comercialmente producidas con aceite de ricino. Por su parte, la nanocellulosa puede producirse a partir de material vegetal de desecho y ser utilizada como relleno de refuerzo, así como agente de nucleación heterogéneo en nanocompuestos poliméricos. En este trabajo se pretende estudiar la influencia de la celulosa, presente como refuerzo en los nanocompuestos de biopoliamida 10.10/nanocelulosa, y de sus modificaciones superficiales en los compuestos poliméricos obtenidos para su posterior utilización en aplicaciones estructurales y de embalaje. La obtención de los nanocompuestos se llevará a cabo utilizando dos tipos de relleno para reforzar la biopoliamida: nanofibras de celulosa y nanocristales de celulosa. Las nanofibras de celulosa son producidas por oxidación TEMPO, con posterior homogeneización a alta presión, mientras que los nanocristales de celulosa se obtienen a partir del proceso de hidrólisis química. Tras su obtención, ambos rellenos son sometidos a una esterificación heterogénea superficial por anhídrido succínico y acético, a fin de funcionalizar las superficies celulósicas. Tras la preparación y funcionalización de los rellenos celulósicos, los nanocompuestos son preparados mediante mezclado por fusión de bioPA10.10 y los rellenos de celulosa en una extrusora de tornillo interpolado. La influencia de la morfología de la nanocelulosa (nanocristales de celulosa y celulosa nanofibrilada), el contenido y el tipo de modificación de la superficie (acetilación y succinilación) en el comportamiento en la fusión y cristalización de la biopoliamida 10.10 se estudiará mediante mediciones DSC isotérmicas y dinámicas. El análisis cinético de la cristalización isotérmica de la poliamida 10.10 y sus nanocompuestos se llevará a cabo de acuerdo con el método Avrami. Tanto la bioPA10.10 pura como el material compuesto, que contiene celulosa microcristalina no modificada, se estudiarán como material de referencia para determinar el efecto de la nanocelulosa en la fusión y cristalización de la bioPA10.10. Con todo ello, el presente TFM aportará conocimiento sobre las características y comportamiento de los dos biopolímeros estudiados que permitan su posterior aplicación industrial.

[EN] New polymeric composites based on renewable raw materials are currently in demand due to running out petrochemical raw materials and the necessity of sustainable development. This project focuses on the study of polymer composites formed by two biopolymers: the biopolyamide 10.10. and nanocellulose. Biopolyamide 10.10 is an engineering and film-making polymer commercially produced from ricinus oil. On its behalf, nanocellulose can be produced from waste plant material and used as a strengthening filler and heterogeneous nucleation agent in polymeric nanocomposites. The aim of this work is the study of the influence of the cellulose , present as a reinforcement on biopolyamide 10.10/nanocellulose nanocomposites, and its surface functionalization in composites for packaging and structural applications. The nanocomposites are obtained using two different polyamide cellulose nanofillers, cellulose nanofibers and cellulose nanocrystals. Cellulose nanofibers were produced by TEMPO oxidation with subsequent high pressure homogenization and cellulose nanocrystals were obtained by chemical hydrolysis. After the nanofillers obtention, both nanofillers were subjected to surface heterogeneous esterification by succinic and acetic anhydride, acquiring functionalized surfaces on the nanocellulose. After the nanofiller surface treatments, nanocomposites were prepared by melt mixing of bioPA10.10 and the cellulose nanofillers in tween-screw extruder. The influence of nanocellulose morphology (cellulose nanocrystals and nanofibrillated cellulose), content, and type of surface modification (acetylation and succinylation) on the melting and crystallization behaviour of biopolyamide 10.10 will be studied by isothermal and dynamic DSC measurements. The kinetic analysis of the isothermal crystallization of biopolyamide 10.10 and its nanocomposites will be carried out according to the Avrami method. The pristine bioPA10.10 and composite material containing unmodified microcrystalline cellulose will be studied as a reference material to determine the effect of nanocellulose on melting and crystallization of bioPA10.10. Even so, the Master Thesis will provide knowledge about behaviour and characteristics of the two biopolymers studied, that will lead their industrial application subsequently.