Desarrollo y optimización de formulaciones de alto rendimiento medioambiental basadas en poli(3-hidroxibutirato) (PHB) y terpenos de origen natural

Abstract

[ES] El poli(3-hidroxibutirato) (PHB) es uno de los polímeros biodegradables más prometedores debido a su procedencia, ya que el PHB se obtiene a partir de la fermentación bacteriana, y a que se trata de un biopolímero totalmente biodegradable y biocompatible. Sin embargo, el PHB presenta una serie de inconvenientes que dificultan su introducción a nivel industrial, entre los que se encuentran su elevada fragilidad, debido a su alta cristalinidad, y su baja resistencia térmica, con temperaturas de inicio de degradación bajas, lo cual da lugar a una reducida ventana de procesado del material. El presente Trabajo Final de Máster (TFM) se centra en el desarrollo de formulaciones industriales de poli(3-hidroxibutirato) con diferentes tipos de plastificantes de origen natural. Concretamente, en este caso se estudiará el empleo de varios terpenos de la familia del geranilo con el objetivo de mejorar la ductilidad y el comportamiento térmico del PHB. Además, con el empleo de dichos plastificantes se pretende mantener la sostenibilidad medioambiental de las formulaciones, así como no comprometer la capacidad de biodegradación del PHB. El presente TFM contempla un estudio inicial de la miscibilidad de los compuestos a través de los parámetros de solubilidad. Posteriormente se obtendrán probetas normalizadas de cada una de las formulaciones propuestas mediante moldeo por extrusión e inyección. Finalmente se caracterizarán mecánica, térmica, termo-mecánica, morfológica y químicamente las diferentes formulaciones desarrolladas con el objetivo de analizar el efecto de los diferentes plastificantes empleados en las propiedades del PHB.

[EN] Poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) is one of the most promising biodegradable polymers according to its origin, obtained from bacterial fermentation, and because it is a fully biodegradable and biocompatible biopolymer. However, PHB has a few disadvantages that difficult the introduction to the industrial level. Some of this are, its elevated fragility, due to high crystallinity, PHB also has a low thermal resistance, with low onset temperatures of degradation, which results in a reduced processing window for the material. This Master's thesis focuses on the development of industrial formulations of poly(3-hydroxybutyrate) with different types of natural plasticizers. In this case, the use of different terpenes from some derivatives of the geranyl family will be studied with the aim of improving the PHB ductility and thermal behaviour. Furthermore, the use of these plasticizers is intended to maintain the environmental sustainability of the formulations, as well as not compromising the original PHB biodegradability. The present TFM includes an initial study focused on the miscibility of the compounds through solubility parameters. After that, standardised samples of all the proposed formulations will be obtained by extrusion and injection moulding. Finally, mechanical, thermal, thermo-mechanical, morphological, and chemical characterisation of the different formulations developed will be carried out to analyse the effect on PHB properties of each plasticiser used.

[CA] El poli(3-hidroxibutirat) (PHB) és un dels polímers biodegradables més prometedors a causa de la seua procedència, ja que s'obté a partir de la fermentació bacteriana i es tracta d'un biopolímer totalment biodegradable i biocompatible. No obstant això, el PHB presenta una sèrie d'inconvenients que dificulten la seua introducció a nivell industrial, entre les quals es troben la seua elevada fragilitat, a causa de l’alta cristal·linitat, i una baixa resistència tèrmica, oferint unes temperatures d'inici de degradació baixes que donen lloc a una reduïda finestra de processament del material. Aquest Treball Final de Màster (TFM) es centra en el desenvolupament de formulacions industrials de poli(3-hidroxibutirat) amb diferents tipus de plastificants d'origen natural. Concretament, en aquest cas s'estudiarà la utilització de diversos terpens derivats de la família del geraniol amb l'objectiu de millorar la ductilitat i el comportament tèrmic del material. A més, amb l'ús dels plastificants esmentats, es pretén mantenir la sostenibilitat mediambiental de les formulacions, així com no comprometre la capacitat de biodegradació del PHB. En aquest treball es contempla un estudi inicial de la miscibilitat dels compostos a través dels paràmetres de solubilitat. Amb el que posteriorment, s'obtindran provetes normalitzades de cadascuna de les formulacions mitjançant emmotllament per extrusió i injecció. Finalment es caracteritzaran mecànica, tèrmica, termomecànica, morfològica i químicament les formulacions desenvolupades amb l'objectiu d'analitzar l'efecte dels plastificants empleats a les propietats del PHB.