Desarrollo y validación de una metodología para el estudio de la degradación hidrolítica de biopoliésteres en condiciones marinas simuladas

Abstract

[ES] El objetivo de este Trabajo de Fin de Grado es desarrollar y validar una metodología que permita evaluar el comportamiento y la estabilidad hidrolítica de diversos biopoliésteres en un entorno marino simulado, de acuerdo a las condiciones establecidas en cultivos de salmonicultura. Para ello, se imitaron dichas condiciones a partir del control de factores como la salinidad, la temperatura y la cantidad de oxígeno disuelto. Se consideraron distintos materiales de origen renovable y biodegradables como la polilactida (PLA), el poli(3-hidroxibutirato) (PHB) y la policaprolactona (PCL). La utilización de este tipo de polímeros permitiría reducir el consumo de recursos fósiles, así como minimizar el impacto ambiental una vez que el material polimérico haya llegado al final de su vida útil. En el ámbito marino, se podría reducir la contaminación de los océanos, al mismo tiempo que se disminuiría el daño causado sobre la flora y fauna marina. La estabilidad en el medio marino simulado a lo largo del tiempo se evaluó, mediante las técnicas de análisis gravimétrico y termogravimétrico (TGA), calorimetría diferencial de barrido (DSC) y cromatografía de permeación en gel (GPC). Se monitorizaron los cambios en la masa, la apariencia, la estabilidad termo-oxidativa, la microestructura, las propiedades térmicas y la masa molar. Además, se caracterizó el proceso de absorción de agua marina simulada en la primera etapa de inmersión en términos de difusión, solubilidad y permeación. Aunque se observaron ciertas diferencias en el proceso de absorción de agua, los resultados del estudio de la estabilidad hidrolítica no mostraron signos evidentes de degradación debido, por un lado, al corto tiempo del ensayo y, por otro lado, a la baja temperatura de las condiciones marinas establecidas en los centros de cultivo.

[CA] L’objectiu d’aquest Treball de Fi de Grau és desenvolupar i validar una metodologia per avaluar el comportament i l’estabilitat hidrolítica de diversos biopolièsters a un entorn marí simulat, d’acord amb les condicions establertes en cultius de salmonicultura. Per això, es van imitar aquestes condicions a partir del control de factors com la salinitat, la temperatura i la quantitat d’oxigen dissolt. Es consideraren distints materials polimèrics d’origen renovable i biodegradables com la polilactida (PLA), el poli(3-hidroxibutirat) (PHB) i la policaprolactona (PCL). La utilització d’aquest tipus de polímers permetria reduir el consum de recursos fòssils així com l’impacte ambiental una vegada arribat el final de la seua vida útil. A l’àmbit marí, es podria reduir la contaminació dels oceans, al mateix temps que es reduiria els danys causats sobre la flora i fauna marina. L’estabilitat en el medi marí simulat al llarg del temps es van avaluar mitjançant les tècniques d’anàlisi com la calorimetria diferencial d’escombratge (DSC), l’anàlisi termogravimètric (TGA) i la cromatografia de permeació en gel (GPC). Es monitoritzaren els canvis a la masa, la apariencia, l’estabilitat termo-oxidativa, la microestructura, les propietats tèrmiques i la massa molar. A més a més, es va caracteritzar el procés d’absorció d’aigua marina simulada durant la primera etapa de immersió en termes de difusió, solubilitat i permeació. Encara que es van observar certes diferencies al procés d’absorció d’aigua, als resultats per a l’estudi de l’estabilitat hidrolítica no es van observar signes de degradació evident degut, per un costat, al curt temps d’assaig i, per l’altre costat, a la baixa temperatura considerada en la simulació de les condicions marines establertes als centres de cultiu.

[EN] The objective of this End-of-Degree Project is to develop and validate a methodology to evaluate the behaviour and hydrolytic stability of some biopolyesters in a simulated marine environment, in accordance with the conditions established in salmon farming crops. For this reason, these conditions were imitated through the control of factors such as salinity, temperature and dissolved oxygen. Different polymeric materials from renewable resources and biodegradables such as polylactide (PLA), poly (3- hydroxybutyrate) (PHB) and polycaprolactone (PCL) were considered. The use of these type of polymers would reduce the consumption of fossil resources as well as the environmental impact at the end-of-life stage. In the marine environment context, the use of these materials would reduce the pollution of the oceans and avoid the impact caused to the marine flora and fauna. The stability in the simulated marine environment over time was evaluated by means of some techniques such as the scanning differential calorimetry (DSC), the thermogravimetric analysis (TGA) and the gel permeation chromatography (GPC). Accordingly, the changes in mass, appearance, thermal oxidative stability, microstructure, thermal properties and molar mass were monitored. In addition, the simulated marine water absorption process was characterized during the first stage of immersion in terms of diffusion, solubility and permeation. Although certain differences were observed in the water absorption process, the results of the hydrolytic stability revealed slight degradation in the polymeric materials due to the relatively short length of the exposure and to the low temperature considered in the simulation of the marine conditions established in the cultivation centres.