Contribución a un modelo de economía circular: desarrollo de un polímero biodegradable basado en ácido poliláctico (PLA) con propiedades dúctiles incrementadas gracias al desarrollo de un nuevo plastificante basado en el aceite de la Nuez de Brasil

Abstract

[ES] Desde finales del siglo XX, la preocupación medioambiental y el estudio de estrategias sostenibles va cada vez más en aumento. Actualmente, respecto a los materiales poliméricos y derivados de origen petroquímico, se observa una clara tendencia hacia la búsqueda de soluciones más ecológicas mediante el empleo de materias primas de origen renovable. Una de las alternativas existentes y atractivas dada su alta disponibilidad en la naturaleza, son los aceites vegetales. Este recurso renovable inicialmente no resulta tan interesante a nivel ingenieril. Sin embargo, su estructura molecular permite ser modificado químicamente mediante diferentes procesos de reacción, aumentando su reactividad y haciendo posible su empleo en sector de los polímeros de diferentes maneras. Este trabajo se enfoca en la modificación química del aceite de la nuez de Brasil mediante el proceso de maleinización. Tras realizar un estudio del porcentaje de ácidos grasos y la cantidad de insaturaciones en la estructura molecular de su aceite, se considera que tiene un gran potencial. El objetivo principal de este trabajo es, por tanto, optimizar el proceso de maleinización de dicho aceite para introducir la cantidad máxima posible de grupos anhídridos en su estructura y, posteriormente, llevar a cabo el segundo objetivo, que es emplearlo como plastificante de biopolímeros como el ácido poliláctico (PLA). Tras un estudio bibliográfico sobre la maleinización de aceites vegetales, se decide mantener constantes variables como la agitación o el rango de temperaturas y, por otro lado, variar el ratio molar de anhídrido maleico respecto al aceite. Mediante técnicas analíticas como el índice de acidez, el índice de yodo, la densidad o la viscosidad, se realiza un seguimiento del comportamiento del aceite durante y tras la maleinización. Los resultados se comparan con los del aceite virgen para evaluar el rendimiento del proceso. Finalmente, con el aceite que mejor rendimiento ha presentado, se lleva a cabo el siguiente objetivo, elaborando formulaciones de PLA con diferentes cantidades de aceite maleinizado de nuez de Brasil. Después, se realizó una caracterización mecánica mediante ensayos de tracción, dureza e impacto, así como un ensayo de desintegración bajo condiciones de compostaje para evaluar el comportamiento de este aceite modificado en el polímero.

[EN] Since the end of the 20th century, environmental concerns and the study of sustainable strategies have been on the rise. Currently, with regard to polymeric materials and derivatives of petrochemical origin, there is a clear trend towards the search for more ecological solutions through the use of raw materials of renewable origin. One of the existing and attractive alternatives, given their high availability in nature, is vegetable oils. This renewable resource is initially not so interesting from an engineering point of view. However, its molecular structure allows it to be chemically modified by different reaction processes, increasing its reactivity and making it possible to be used in the polymer sector in different ways. This work focuses on the chemical modification of Brazil nut oil by the maleinisation process. After studying the percentage of fatty acids and the amount of unsaturations in the molecular structure of its oil, it is considered to have great potential. The main objective of this work is, therefore, to optimise the maleinisation process of this oil in order to introduce the maximum possible amount of anhydride groups in its structure and, subsequently, to carry out the second objective, which is to use it as a plasticiser for biopolymers such as polylactic acid (PLA). After a bibliographic study on the maleinisation of vegetable oils, it was decided to keep variables such as agitation and temperature range constant and, on the other hand, to vary the molar ratio of maleic anhydride with respect to the oil. Analytical techniques such as acid number, iodine number, density and viscosity are used to monitor the behaviour of the oil during and after maleinisation. The results are compared with those of virgin oil to evaluate the performance of the process. Finally, with the best performing oil, the next objective is carried out, making PLA formulations with different amounts of maleinised Brazil nut oil. Afterwards, a mechanical characterisation was carried out by means of tensile, hardness and impact tests, as well as a disintegration test under composting conditions to evaluate the behaviour of this modified oil in the polymer.