Fabricación y caracterización de Materiales Compuestos ecológicos con matriz polimérica de origen natural y residuos vegetales industriales procedentes de la fabricación de licores de hierbas aromáticas

Abstract

The main objective of this research is to study the feasibility of developing a new composite material, of entirely natural origin, obtained from the combination of industrial waste and a polymer derived from bioethanol from sugar cane. The company Licores Sinc, S.A. is dedicated to the distillation of a great variety of alcoholic drinks. Different amounts of lignocellulosic waste are produced in the process of processing the different liquors, which are not used for another sub-process. The present research focuses on the revaluation of the residue of Thymus Moroderi of this company, studying the possibility of using this residue as a load of a polymer composite, in particular a biopolyethylene obtained from sugar cane, with the aim to reduce costs, strengthen the polymer matrix and reduce environmental impact. Thymus is commonly used in the herbalist sector, as a condiment, as well as in folk medicine it is used for its stimulating action. Recent studies have shown that Thymus also possesses important antibacterial and antioxidant properties. Thymus Moroderi is a variety of the genus Thymus. Such antioxidant properties will provide a remarkable increase in the thermal stability at moderate temperatures of the biocomposite, further increasing the temperature range of processing. The main problem of this type of composite materials is that the polymeric matrix has a pronounced hydrophobic nature, whereas the lignocellulosic load is from a highly hydrophilic nature. The interactions between the plastic matrix and the filler are very weak, which causes that these types of composites present poor mechanical properties. In order to solve this problem, compatibilizing agents are employed. Through a complete mechanical, morphological, thermal and thermo-mechanical-dynamics characterization it has been chosen the optimal agent among four candidates, as well as the most adequate percentage in which to apply it. But it is also intended that this new biocomposite may be used to manufacture parts through injection molding in an industrial environment. In order to achieve this goal, a complete rheological analysis was carried out using the Cross-WLF model, as well as a computer simulation of the injection process, which was then experimentally validated using a sensorized mold.

El objetivo principal de esta investigación es estudiar la viabilidad de desarrollar un nuevo material compuesto, de origen completamente natural, obtenido de la combinación de un residuo industrial y de un polímero derivado del bioetanol de la caña de azúcar. La empresa Licores Sinc, S.A. se dedica a la destilación de una gran variedad de bebidas alcohólicas. En los procesos de elaboración de los diferentes licores se producen importantes cantidades de residuos lignocelulósicos que no se utilizan para otro subproceso. El presente trabajo de investigación se centra en la revalorización del residuo de Thymus Moroderi de esta empresa, estudiando la posibilidad de emplear este residuo como carga de un material polimérico, en concreto de un biopolietileno obtenido de la caña de azúcar, con el objetivo de abaratar costes, reforzar dicha matriz polimérica y reducir el impacto medioambiental. El Thymus ha sido y es empleado comúnmente en el sector herbolario, como especie, así como en la medicina popular por su acción estimuladora. Estudios recientes han demostrado que el Thymus posee también importantes propiedades antibacterianas y antioxidantes. El Thymus Moroderi es una variedad del genero del Thymus. Dichas propiedades antioxidantes van a proporcionar un notable aumento de la estabilidad térmica a temperaturas moderadas del biocompuesto, aumentándose además el rango de temperatura de procesamiento. La principal desventaja de este tipo de materiales compuestos es que los polímeros tienen una marcada naturaleza hidrófoba, mientras que las cargas lignocelulósicas poseen una naturaleza altamente hidrófila. Las interacciones que se producen entre la matriz plástica y las cargas de relleno son muy débiles, lo que genera que este tipo de materiales compuestos presenten unas relativamente pobres propiedades mecánicas. Para solucionar este problema son empleados los llamados agentes compatibilizantes. A través de una completa caracterización mecánica, morfológica, térmica y termo-mecánica-dinámica ha sido determinado de entre cuatro agentes cual es el más óptimo, así como el porcentaje más adecuado en el cual aplicarlo. Pero además se pretende que este nuevo biocompuesto pueda utilizarse para inyectar determinados tipos de piezas mediante moldeo en un ámbito industrial. Para ello se ha efectuado un análisis reológico completo utilizando el modelo Cross-WLF, así como una simulación informática del proceso de inyección, la cual ha sido después validada experimentalmente empleando para ello un molde sensorizado.

L'objectiu principal d'aquesta investigació és estudiar la viabilitat de desenvolupar un nou material compost, d'origen completament natural, obtingut de la combinació d'un residu industrial i d'un polímer derivat del bioetanol de la canya de sucre. L'empresa Licores Sinc, S.A. es dedica a la destil·lació d'una gran varietat de begudes alcohòliques. En els processos d'elaboració dels diferents licors es produeixen importants quantitats de residus lignocel·lulòsics que no s'utilitzen per a un altre fi. El present treball de investigació es centra en la revaloració del residu de Thymus Moroderi d'aquesta empresa, estudiant la possibilitat d'utilitzar aquest residu com a càrrega d'un material polimèric, en concret d'un biopolietilè obtingut de la canya de sucre, amb l'objectiu d'abaratir costos, reforçar la matriu polimèrica i reduir l'impacte mediambiental. El Thymus ha estat i és utilitzat comunament en el sector herbolari, com a condiment, així com en la medicina popular per la seua acció estimuladora. Estudis recents han demostrat que el Thymus posseeix també importants propietats antibacterianes i antioxidants. El Thymus Moroderi és una varietat del gènere del Thymus. Aquestes propietats antioxidants van a proporcionar un notable augment de l'estabilitat tèrmica a temperatures moderades del biocompost, augmentant-a més el rang de temperatura de processament. El principal desavantatge d'aquest tipus de materials compostos és que els polímers tenen una marcada naturalesa hidròfoba, mentre que les càrregues lignocelulósiques posseeixen una naturalesa altament hidròfila. Les interaccions que es produeixen entre la matriu plàstica i les càrregues de farciment són molt febles, de manera que aquest tipus de materials compostos presenten unes relativament pobres propietats mecàniques. Per solucionar aquest problema s'utilitzen els anomenats agents compatibilizants. A través d'una completa caracterització mecànica, morfològica, tèrmica i termo-mecànica-dinàmica ha estat determinat d'entre quatre agents quin és el més òptim, així com el percentatge més adequat en el qual aplicar-lo. Però a més es pretén que aquest nou biocompost pugui utilitzar-se per injectar determinats tipus de peces mitjançant injecció en un àmbit industrial. Per a això s'ha efectuat una anàlisi reològic complet utilitzant el model Cross-WLF, així com una simulació informàtica del procés d'injecció, la qual ha estat després validada experimentalment emprant per a això un motlle sensoritzat.