Desarrollo y caracterización de biopolímeros de zeína termoplástica procesados mediante extrusión e inyección

Abstract

[ES] El mercado de los polímeros de un único uso está en auge, debido a los hábitos de consumo de la sociedad, así como con las propiedades excelentes de los polímeros al ser aplicados en dicho sector. Sin embargo, los vertidos y procesados no satisfactorios de los residuos de plástico generan enormes problemas ambientales, los cuales requieren de soluciones. Los polímeros de un solo uso provienen en gran medida del sector del empaquetamiento, embalaje o envasado. Con el objetivo de generar menos residuos, se pretende estudiar la viabilidad de la producción de un biopolímero basado en la zeína, a través del proceso de extrusión-inyección, lo cual representa un avance innovador en el sector, ya que la mayoría de la investigación concierne al método de cast film. Se ha buscado un ángulo interesante haciendo uso de varios plastificantes, el glicerol y la urea, en distintas concentraciones y mezclas para producir materiales con un rango de propiedades. Se analizaron las propiedades mecánicas, morfológicas, térmicas, termomecánicas, colorimétricas y de humectabilidad y biodegradación de cada material obtenido. Los resultados mostraron que es posible obtener biopolímeros a partir de inyección de zeina plastificada, con unas excelentes propiedades para su uso dentro del sector del envase y embalaje y su uso como plásticos de un solo uso. Las propiedades mecánicas muestran unos polímeros correctamente plastificados, con unas propiedades prometedoras. Además, tanto las propiedades térmicas como termomecánicas muestran una clara mejora en cuanto a la plastificación de la zeina a partir del glicerol y urea combinadas. En general, se obtuvieron bioplásticos con colores marrones amarillentos, con excelentes propiedades mecánicas, buena estabilidad térmica, y buenas propiedades de humectabilidad para su uso en el sector del envase y embalaje. Dichos polímeros son totalmente compostables para poder ofrecer una mejora respecto a las alternativas existentes en el sector de envases. Los resultados de este proyecto apuntan a unos resultados congruentes con la bibliografía existente, además de obtener un material altamente biodegradable.

[EN] The market for single-use polymers is booming, due to the consumption habits of society, as well as the excellent properties of polymers when applied in this sector. However, unsatisfactory disposal and processing of plastic waste creates huge environmental problems, which require solutions. Single-use polymers largely come from the packaging sector. With the aim of generating less waste, it is intended to study the feasibility of producing a zein-based biopolymer through the extrusion-injection process, which represents an innovative breakthrough in the sector, as most research concerns the cast film method. An interesting angle has been pursued by making use of various plasticisers, glycerol and urea, in different concentrations and blends to produce materials with a range of properties. The mechanical, morphological, thermal, thermomechanical, colourimetric, wettability and biodegradation properties of each material obtained were analysed. The results showed that it is possible to obtain biopolymers from injection plasticised zein with excellent properties for use in the packaging sector and for use as single-use plastics. The mechanical properties show correctly plasticised polymers with promising properties.Furthermore, both thermal and thermo-mechanical properties show a clear improvement in terms of zein plasticisation from the combined glycerol and urea. Overall, bioplastics with yellowish brown colours, excellent mechanical properties, good thermal stability, and good wettability properties were obtained for use in the packaging sector. These polymers are fully compostable in order to offer an improvement over existing alternatives in the packaging sector. The results of this project point to results congruent with the existing literature, in addition to obtaining a highly biodegradable material.