Preparación y caracterización de films de Polihidroxibutirato-co-hidroxilaverato reforzados con microfibras de celulosa de interés para la conservación de alimentos

Abstract

[ES] Recientemente ha aumentado la sensibilidad de nuestra sociedad ante el efecto de los envases plásticos convencionales sobre el medioambiente, lo que ha fomentado el desarrollo de nuevos materiales derivados de recursos naturales. El presente estudio se centra en la preparación y evaluación de films de poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBV) reforzados con microfibras de celulosa (MFCs) con el objetivo de obtener nuevos composites sostenibles para desarrollar envases alimentarios. Durante este trabajo, los composites de PHBV se mezclaron, en concentraciones óptimas de MFC, por la técnica de mezclado en fundido y posteriormente se obtuvieron films mediante termocompresión. Adicionalmente, se exploraron diferentes estrategias de compatibilización reactiva para mejorar la adhesión entre la fase dispersa, MFC, y la matriz, PHBV. Entre ellas, se estudió el empleo de agentes de acoplamiento durante el mezclado en fundido basados en anhídrido maleico, oligómeros con grupos epóxido, isocianatos y peróxidos. Adicionalmente, se llevó a cabo un pretratamiento de las MFCs con dos silanos, un aminosilano y un glicidilsilano, para mejorar su reactividad con la matriz de PHBV. Finalmente, la morfología y propiedades ópticas, mecánicas, térmicas y de barrera a gases y vapor de agua y aroma fueron analizadas para determinar su aplicación potencial en aplicaciones de envasado de alimentos. Los resultados demostraron que el novedoso proceso de atomización desarrollado en el presente estudio permite la microdispersión de estructuras de celulosa que posteriormente pueden ser incorporadas en películas de PHBV mediante procesos de fundido sin alterar las propiedades ópticas del biopolímero. Además, mediante la extrusión reactiva con agentes multifuncionales basados en grupos epóxidos, se pudo lograr exitosamente una mejora de la procesabilidad y las propiedades mecánicas en los nuevos composites verdes.

[EN] Recently, the sensitivity of our society has increased by the effect of conventional plastic containers on the environment, which has fostered the development of new materials derived from natural resources. The present study focuses on the preparation and evaluation of poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalent) (PHBV) films reinforced with cellulose microfibers (MFCs) with the aim of obtaining new sustainable composites to develop food containers. During this work, the PHBV composites were mixed, in optimal concentrations of MFC, by the melt mixing technique and subsequently were obtained by thermocompression. Additionally, different strategies of reactive compatibilization were explored to improve adhesion between the dispersed phase, MFC, and the matrix, PHBV. Among them, the use of coupling agents during molten mixing based on maleic anhydride, oligomers with epoxide, isocyanates and peroxides were studied. Additionally, a pretreatment of the MFCs with two silanes, an aminosilane and a glycidylsilane was carried out, to improve its reactivity with the PHBV matrix. Finally, the morphology and optical, mechanical, thermal and barrier properties to water and aroma and aroma vapors was analyzed to determine its potential application in food packaging applications. The results demonstrated that the atomization process newly developed herein allowed the microdispersion of cellulose structures that can be later incorporated into PHBV films through melting processes without altering the optical properties of the biopolymer. Furthermore, by reactive extrusion with multi-functional agents based on epoxy groups, an improvement of the processability and mechanical properties in the new green composites was successfully achieved.