Desarrollo y optimización de formulaciones de polímeros biodegradables obtenidos a partir de bellotas del género Quercus

Abstract

[ES] En la actualidad se está observando una clara tendencia hacia el desarrollo de productos a partir de la obtención de materias primas de origen renovable como sustituyentes de los materiales de origen petroquímico. Por ello, en el presente estudio se ha centrado en el desarrollo de polímeros a base de almidón (TPS) basados en el uso de la bellota del género Quercus ilex como elemento matriz y combinando diferentes tipos de plastificantes como el glicerol, el agua destilada y un aceite hidroxilado para la elaboración de dichos polímeros termoplásticos, siguiendo así los principios de la economía circular, revalorizando un producto innovador que puede tener una gran aplicabilidad en industrias como la del envase. Este tipo de materiales se prepararon mediante procesos de extrusión e inyección en caliente. Se analizaron por un lado las propiedades de la harina de bellota empleada para la elaboración de probetas, en concreto, se calculó el rendimiento de extracción de aceite mediante el método Soxhlet, se realizó un análisis térmico, morfológico y un análisis químico tanto de la harina como del glicerol y el aceite hidroxilado. En cuanto a las formulaciones desarrolladas, se analizaron las propiedades mecánicas, morfológicas, térmicas, químicas, absorbentes y de compostabilidad de cada uno de los materiales. Como resultado se mostró que la combinación de agua y glicerol con la harina de bellota rica en almidón, proporcionó las mejores propiedades mecánicas, así como una gran estabilidad entre los compuestos, sin separación de fases y una elevada miscibilidad que le permitió obtener una buena hidrofilidad manteniendo su estabilidad y estructura, así como demostrado ser una muestra compostable y por tanto, un material biodegradable, que combina buenas propiedades de ductilidad, rigidez, dureza y resistencia para su potencial aplicación en sectores como el del envase.

[EN] There is a currently clear trend towards the development of products based on renewable raw materials as substitutes for petrochemical materials. Therefore, this study has focused on the development of starch-based polymers (TPS) based on the use of the Quercus ilex genus acorn as a matrix element and combining different types of plasticisers such as glycerol, distilled water and a hydroxylated oil for the production of these thermoplastic polymers, thus following the principles of the circular economy, revaluing an innovative product that can have a great applicability in industries such as packaging. This type of material was prepared by extrusion and hot injection processes. On the one hand, the properties of the acorn meal used for the preparation of test tubes were analysed, in particular, the oil extraction yield was calculated using the Soxhlet method, a thermal and morphological analysis was carried out, as well as a chemical analysis of the meal, the glycerol and the hydroxylated oil. Regarding the formulations developed, the mechanical, morphological, thermal, chemical, absorbent and compostability properties of each of the materials were analysed. As a result, it was shown that the combination of water and glycerol with the starch-rich acorn meal provided the best mechanical properties, as well as high stability between the compounds, without phase separation and high miscibility, which allowed it to obtain good hydrophilicity while maintaining its stability and structure, as well as proving to be a compostable sample and therefore a biodegradable material, which combines good properties of ductility, rigidity, hardness and strength for its potential application in sectors such as packaging.

[CA] En l’actualitat s’està observant una clara tendència vers el desenvolupament de productes a partir de l’obtenció de matèries primeres d’origen renovable com a substituents dels materials d’origen petroquímic. Per això, el present estudi s’ha centrat en el desenvolupament de polímers a base de midó (TPS) basats en l’ús de la bellota del gènere Quercus ilex com a element matriu i combinant diferents tipus de plastificants com ara el glicerol, l’aigua destil·lada i un oli hidroxilat per a l’elaboració d’aquests polímers termoplàstics, seguint així els principis de l’economia circular amb la revalorització d’un producte innovador que pot tindre una gran aplicabilitat en indústries com la de l’envàs. Aquest tipus de materials es van preparar mitjançant processos d’extrusió i injecció en calent. Es van analitzar d’una banda les propietats de la farina de bellota emprada per a l’elaboració de provetes, en concret, es va calcular el rendiment de l’extracció d’oli mitjançant el mètode Soxhlet, es va realitzar un anàlisi tèrmic, morfològic i químic tant de la farina com de l’oli hidroxilat. Quant a les formulacions desenvolupades, es van analitzar les propietat mecàniques, morfològiques, tèrmiques, químiques, absorbents i de compostabilitat de cadascun dels materials. Com a resultat, es va mostrar que la combinació d’aigua i glicerol amb la farina de bellota rica en midó proporcionà les millors propietats mecàniques, així com una gran estabilitat entre els compostos, sense separació de fases i una elevada miscibilitat que li va permetre obtenir una bona hidrofilitat alhora que mantenir-ne la seua estabilitat i estructura, així com demostrà ser una mostra compostable y, per tant, un material biodegradable, que combina bones propietats de ductilitat, rigidesa, duresa i resistència per al seu potencial en sectors com el de l’envàs.