"Desarrollo de nuevos materiales ecológicos basados en matrices poliméricas de origen renovable y refuerzos de alga de Posidonia Oceánica"

Abstract

"Development of new ecologic materials from renewable polymer matrices and Posidonia oceanica seaweed reinforcements" The main focus of this doctoral thesis is upgrading of aquatic plant wastes from Posidonia oceanica by using them as reinforcement in combination with several polymer matrices from renewable resources. Posidonia oceanica is an endemic aquatic plant from the Mediterranea Sea that contributes, in a great extent, to the conservation of the coast. Posidonia oceanica plants are anchored to the seabed and this protects it from the erosion effects. Nevertheless, the aggressive conditions typical of marine storms, cause the total or partial pull out of these plats that, due to their lightness, are dragged toward the beaches where they accumulate as organic waste. These wastes are responsible for a high visual impact. By taking into account that turism is one of the most relevant industries in the Mediterranean coast, public organisms are forced to remove these wastes with the main aim of obtaining quality seals such as the "Blue Flag" that bring international turism. Currently, these wastes are removed and deposited into controlled landfills, among other solutions. This doctoral thesis offers several alternatives to upgrade these wastes by using them as reinforcement/fillers into different polymeric matrices. With this focus, a new series of high environmental efficiency materials are proposed. Upgrading is addressed from different standpoints. On one hand, high Posidonia oceanica panels are obtained by thermocompression with different biobased binders or adhesives such as gluten protein and epoxy resins derived from vegetable oils. With this approach, high density particleboards with high Posidonia oceanica content (over 70% by weight) are manufactured by hot press moulding. Another approach is the development of wood like composites, WPC (Wood Plastic composites) or NFRP (Natural Fiber Reinforced Plastics) by using these natural wastes as reinforcements in a biobased polyethylene matrix obtained from ethanol derived from sugarcane biodiesel industry. Manufacturing of these materials by conventional injection moulding is feasible and allows a fiber content of about 40% by weight with interesting surface finish which are able to substitute wood in some applications. The last approach is based on the aggregation of Posidonia oceanica fibers with renewable polyurethane polymers, by using thermocompression processes with potential applications as thermal and sound insulation. In general, the obtained results for the different materials in terms of mechanical, therma, etc. properties, widens the use of these wastes with a new series of high environmental friendly products with interesting possibilities in several technological sectors. Simultaneously, the herein developed materials contribute to give a new solution to these wastes management.

"Desarrollo de nuevos materiales ecológicos basados en matrices poliméricas de origen renovable y refuerzos de alga de Posidonia oceanica" El objetivo central de esta tesis doctoral es la revalorización de residuos de plantas acuáticas de Posidonia oceanica mediante su incorporación como material de refuerzo en combinación con diferentes matrices poliméricas de origen renovable. La Posidonia oceanica es una especie endémica del mar Mediterráneo que contribuye, en gran medida, a la conservación del litoral ya que su anclaje en el lecho marino, impide la erosión del mismo. No obstante, las intensas condiciones que se dan en las tormentas, provocan el arranque total o parcial de estas plantas que debido a su ligereza son arrastradas hacia las playas donde se depositan en forma de residuos. Estos residuos generan un impacto visual importante. Considerando que el turismo es una de las industrias importantes en la costa Mediterránea, los organismos públicos se ven obligados a retirar estos residuos para conseguir sellos de calidad tales como la "Bandera Azul" que atraen turismo internacional. Actualmente, los residuos se retiran y se depositan en vertederos controlados, entre otras acciones. Esta tesis ofrece diversas alternativas para revalorizar estos residuos a través de su incorporación en diversas matrices poliméricas para dar lugar a una serie de materiales de alto rendimiento medioambiental. La revalorización se aborda desde diversos puntos de vista. Por un lado, se trabaja en estructuras de paneles de alto contenido en residuo de Posidonia oceanica utilizando como adhesivos o ligantes, matrices de alto contenido renovable, entre las que se considera la proteína de gluten y las resinas de tipo epoxi derivadas de aceites vegetales. Con estos planteamientos, se consiguen tableros densos mediante procesos de termocompresión con altos contenidos en residuo (superior a 70% en peso). Otro de los planteamientos con los que se aborda la investigación es el desarrollo de compuestos que imitan la madera WPCs (Wood Plastic composites) o NFRP (Natural Fiber Reinforced Plastics) con la incorporación de fibras derivadas de estos residuos en matrices poliméricas obtenidas a partir de recursos renovables como es el caso del biopolietileno obtenido a partir del etanol generado en la industria del biodiesel a partir de la caña de azúcar. El procesado por inyección de estos materiales es factible y permite contenidos en fibra en torno al 40% en peso con unos acabados superficiales interesantes para substituir a productos de madera. Finalmente, se realiza un cuarto planteamiento centrado en el desarrollo de estructuras basadas en residuos de Posidonia oceanica aglomerados con poliuretanos de origen renovable, procesados por termocompresión, para aplicaciones en aislamiento térmico y acústico. Globalmente, los resultados obtenidos con los diversos materiales desarrollados, a nivel de propiedades mecánicas, térmicas, etc. abren las puertas a un nuevo grupo de productos, respetuosos con el medio ambiente, y con interesantes posibilidades en diversos sectores tecnológicos, al mismo tiempo que se da una solución alternativa en la gestión de estos residuos.

"Desenvolupament de nous materials ecològics basats en matrius polimèriques d'origen renovable i reforços d'algues de Posidonia oceanica" L'objectiu central d'aquesta tesi doctoral és la revalorització de residus de plantes aquàtiques de Posidonia oceanica mitjançant la seua incorporació com a material de reforç amb combinació amb diferents matrius polimèriques d'origen renovable. La Posidonia oceanica és una espècie endémica de la Mediterrània que contribueix, en gran mesura, a la conservació del litoral ja que el seu ancoratge al llit marí, impedix l'erosió d'aquest. No obstant això, les intenses condicions que es donen durant les tempestes, provoca l'arrancada total o parcial d'aquestes plantes que, com a conseqüència de la seua lleugeresa són arrossegades fins les platges on es depositen en forma de residus. Aquests residus generen un gran impacte visual. Si es considera que el turisme és una de les indústries més importants a la costa Mediterrània, els organismes públics, es veuen forçats a retirar aquests residus per tal d'aconseguir els segells de qualitat como ara la "Bandera Blava" que atrauen turisme internacional. Actualment, aquests residus es retiren i es depositen en abocadors controlats, entre d'altres opcions. Aquesta tesi ofereix diverses alternatives per tal de revaloritzar aquests residus a través de la seua incorporació en diferents matrius polimèriques per tal de donar lloc a una sèrie de materials amb alt rendiment mediambiental. La revalorització s'aborda desde diferents punts de vista. Per un lloc, es treballa en estructures de panells amb un alt contingut en Posidonia oceanica utilitzant com adhesius o lligats, matrius d'alt contenigut renovable, com ara la proteína de gluten i les resines de tipus epoxi derivades d'olis vegetals. Amb aquests plantejaments, s'aconsegueixen taulells d'alta densitat fabricats per termocompressió amb alts continguts de residu (superior a 70% en pes). Altre dels plantejaments amb què s'aborda aquesta investigació és el desenvolupament de compostos que imiten la madera, WPC (Wood Plastic composites) o NFRP (Natural Fiber Reinforced Plastics) amb la incorporació de fibres derivades d'aquests residus en matrius polimèriques obtingudes de l'etanol generat en la industria del biodiesel a partir de la canya de sucre. El processat per injecció d'aquests materials és factible i permet continguts de fibra al voltant del 40% en pes amb uns acabats superficials interessants per tal de substituir certs productes de madera. Finalment, es realitza un quart plantejament basat en residus de Posidonia oceanica aglomerats amb poliuretans d'origen renovable, processats per termocompressió, per a aplicacions en aïllament tèrmic i acústic. De forma global, els resultats obtinguts amb els diferents materials desenvolupats, a nivel de propietats mecàniques, tèrmiques, etc. obrin les portes a un nou grup de productes, respetuosos amb el medi ambient, i amb interessants possibilitats en diversos sectors tecnològics, al mateix temps que es dona una solució alternativa en la gestió d'aquests residus.