En los últimos años, el marco en el que se desarrollan las investigaciones en el ámbito de los polímeros y los materiales compuestos, se ha visto fuertemente influenciado por la creciente presión social respecto al medio ambiente. La sociedad está cada vez más sensibilizada en las repercusiones medioambientales ligadas al desarrollo sostenible y planteamiento de economías circulares donde se tiene en cuenta el Ciclo de Vida del Producto, desde su concepción hasta su final, con el fin de realizar un máximo aprovechamiento de los recursos actuales sin comprometer dichos recursos para las generaciones venideras.
El sector de los materiales plásticos y compuestos está en el punto de mira ya que gran parte de los materiales empleados en estos sectores se obtienen como derivados de recursos fósiles, con su efecto negativo sobre la huella de carbono y la generación/acumulación de residuos. De hecho, recientes iniciativas están planteando la retirada de plásticos de un solo uso sustituyéndolos por vidrio y otros materiales que permitan productos reutilizables. Conocedor de esta situación, el sector de los plásticos y los materiales compuestos, ha evolucionado de forma positiva con investigaciones dirigidas hacia desarrollo de materiales de alto rendimiento medioambiental.
Desde el punto de vista medioambiental, es posible realizar diversos planteamientos. Uno de los planteamientos considera el origen de los materiales, buscando alternativas a los polímeros/compuestos derivados del petróleo. En este sentido, el sector de los plásticos/compuestos ha realizado importantes avances en el desarrollo de materiales derivados de polisacáridos (almidón, celulosa, quitina, etc.), polímeros derivados de la fermentación bacteriana como el poli(hidroxibutirato) – PHB u otros poli(hidroxialcanoatos) – PHAs y, finalmente, polímeros derivados de proteínas como el gluten, proteína de soja, ovalbúmina, caseína, etc. Entre estos materiales de origen renovable se contempla el ácido poli(láctico) – PLA obtenido de la fermentación de almidones. En el ámbito de los materiales procedentes de recursos renovables, han adquirido gran relevancia las fibras naturales y los residuos lignocelulósicos como cargas/refuerzos en compuestos de matriz polimérica, proliferando estudios con fibras de lino, yute, cáñamo, coco, etc. así como cargas lignocelulósicas procedentes de residuos agroforestales o industriales como cáscara de almendra, de nuez, de arroz, residuos de café, etc.
Tesis Doctoral. Patricia Limiñana Gregori 128 Otro planteamiento medioambiental considera la eficacia al final del Ciclo de Vida del producto, parte o componente, es decir, si el material es biodegradable o no. Por norma general, los plásticos convencionales no son biodegradables (o más correctamente, desintegrables en condiciones de compostaje). No obstante, debido a su particular estructura química, determinados poli(ésteres) de origen petroquímico ofrecen la propiedad de biodegradabilidad. Es precisamente el grupo éster el que permite la degradación/desintegración progresiva del polímero en condiciones de compost, debido a su sensibilidad a los procesos de hidrólisis. Entre estos poli(ésteres), se encuentra la poli(e-caprolactona) – PCL, el poli(butilén succinato) – PBS, poli(butilén succinato-co-adipato) – PBSA, ácido poli(áctico) – PLA, ácido poli(glicólico) – PGA, poli(butilén adipato-co-tereftalato) – PBAT, entre otros. Si bien estos materiales son de origen petroquímico, lo cierto en que son desintegrables en compost y no contribuyen a la acumulación de residuos plásticos. Actualmente, excepto en el caso del PLA, el coste de estos poli(ésteres) es todavía elevado.
En este marco, la hipóstesis que se plantea en esta tesis doctoral es la de ampliar las posibilidades de uso industrial de poli(butilén succinato) – PBS, polímero flexible de alto coste, mediante la incorporación de residuos de la industria de la alimentación, concretamente, residuos de cáscara de almendra. Con ello, se pretende obtener una serie de materiales compuestos con acabados similares a la madera con un coste competitivo y un conjunto de propiedades equilibradas a nivel de comportamiento mecánico, térmico, termomecánico, etc. Por otro lado, dada la naturaleza fuertemente hidrofílica de los residuos lignocelulósicos de cáscara de almendra y la extrema hidrofobicidad de la matriz de PBS, se plantea el empleo de diversos compuestos compatibilizantes de origen renovable que permitan intensificar las interacciones polímero-partícula y repercuta positivamente en el conjunto de propiedades.
II.1.1. Objetivo general.
El objetivo general de esta tesis doctoral es el desarrollo, procesado mediante técnicas convencionales de extrusión e inyección, y caracterización de materiales compuestos con matriz de poli(butilén succinato) – PBS con diversos contenidos de harina de cáscara de almendra (ASF) procedente de residuos industriales. Para abordar
Tesis Doctoral. Patricia Limiñana Gregori 129 el problema de la falta de compatibilidad se pretende emplear deiversos compuestos químicos con diferentes funcionalidades químicas para intensificar la interacción polímero-partícula y mejorar, de esta manera, las propiedades globales de los compuestos desarrollados.
II.1.2. Objetivos particulares.
Para alcanzar el objetivo general propuesto, se contemplan una serie de objetivos parciales que van a dirigir el curso de la investigación.
1. Optimización del procesado de compuestos PBS-ASF con una cantidad fija de ASF y diferentes familias de agentes plastificantes, mediante procesos de extrusión y posterior inyección.
2. Caracterización mecánica, térmica, termomecánica de compuestos de PBS-ASF con una cantidad fija de ASF y diferentes familias de agentes compatibilizantes.
3. Evaluación de la extensión de los fenómenos de entrecara partícula-polímero en compuestos PBS-ASF con cantidad fija de ASF y diferentes agentes compatibilizantes.
4. Optimización de las condiciones de procesado por extrusión/inyección de compuestos PBS-ASF con cantidad fija de ASF y
cantidades variables de agente compatibilizante óptimo.
5. Caracterización mecánica, térmica, termomecánica y
dinámico-mecánica y morfológica de compuestos PBS-ASF con
cantidad fija de ASF y cantidades variables de agente
compatibilizante óptimo.
6. Optimización de procesado de compuestos PBS-ASF con
diferentes cantidades de ASF mediante extrusión/inyección para
obtención de probetas normalizadas, con ratio ASF:compatibilizante
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7. Caracterización mecánica, térmica, morfológica,
termomecánica y dinámico-mecánica de compuestos PBS-ASF en
función de la cantidad de ASF con ratio ASF:compatibilizante
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