Evaluación del polietileno de baja densidad funcionalizado con un poliéster poliol maleinizado como agente de acoplamiento en mezclas de polietilenos reciclados (de alta densidad y lineal de baja densidad) y raquis de la palma de aceite.

Se estima que para el 2050 la producción de plástico ascenderá a alrededor de 1244 millones de toneladas. El gran problema es que un altísimo porcentaje de estos materiales no son biodegradables y perduran en el ambiente. Los polietilenos lineal de baja (PELBD) y alta densidad (PEAD) son plásticos a...

Full description

Autores:: Murillo Ruiz, Edwin Alberto
Raba, Ángela Mercedes
Galindo, German Alberto

Tipo de recurso:: http://purl.org/coar/resource_type/c_baaf

Fecha de publicación:: 2022

Institución:: Universidad Francisco de Paula Santander

Repositorio:: Repositorio Digital UFPS

Idioma:: spa

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description	Se estima que para el 2050 la producción de plástico ascenderá a alrededor de 1244 millones de toneladas. El gran problema es que un altísimo porcentaje de estos materiales no son biodegradables y perduran en el ambiente. Los polietilenos lineal de baja (PELBD) y alta densidad (PEAD) son plásticos ampliamente empleados en la industria polimérica, pero una vez cumplen su vida útil, bajas proporciones de ellos son incorporados nuevamente en la cadena productiva. Por otra parte, la industria palmicultora de Norte de Santander produce gran cantidad de raquis de la palma de aceite, pero este material termina siendo acumulado, vertido en ríos o incinerado (producción de energía), lo cual causa una contaminación ambiental. El raquis puede servir como refuerzo en la industria de materiales compuestos, ya que tienen buenas propiedades mecánicas. Las industria palmicultora y polimérica de Norte de Santander producen respectivamente grandes cantidades de raquis y polímeros. Por lo tanto, la empresa ECOESTRETCH & PLÁSTICOS está interesada en desarrollar y comercializar materiales obtenidos a partir de polímeros reciclados y residuos agroindustriales provenientes de la industria Norte Santandereana, para producir postes para cercas, vivienda de interés social, etc. Un gran inconveniente de los materiales compuestos obtenidos a partir de polímeros termoplásticos (Ej. PEAD, PELBD, etc.) y fibras naturales, es la baja interacción entre ellos, lo cual produce una baja dispersión de la fibra en la matriz polimérica, y malas propiedades térmicas y mecánicas. Por lo tanto, se debe emplear un agente de acoplamiento, para mejorar estas propiedades. Así, en este estudio se pretende utilizar un material novedoso para este fin, el cual no ha sido utilizado o reportado para mejorar la interacción entre una fibra natural y un polímero. Desde ahora, en este estudio se pretende obtener materiales compuestos a partir de PEAD, PELBD reciclados (PEADr y PELBDr) y raquis de la palma de aceite, y evaluar el polietileno de baja densidad funcionalizado con un poliéster poliol altamente ramificado maleinizado (PEBD-g-MHBP) como agente de acoplamiento para estas mezclas. Además, determinar el efecto de la cantidad de PEBD-g-MHBP, en las propiedades estructurales, térmicas, reológicas, morfológicas, mecánicas, resistencia al agua y de biodegradabilidad de los materiales compuestos obtenidos con éste. Por lo tanto, en este trabajo se obtendrán en un reómetro de torque, materiales compuestos a partir de PEADr (50 %), PELBDr (30 %), raquis tratado (20 %) y PEBD-g-MHBP (0, 2, 4, 7 y 10 % respecto a los otros componentes). Todos los materiales obtenidos serán caracterizados por análisis infrarrojo, termogravimetría, calorimetría de barrido diferencial, reología, microscopía de barrido electrónico, difracción de rayos X, contenido y absorción de humedad, dureza, índice de fluidez, resistencia al impacto, tracción, compresión, conductividad térmica y biodegradabilidad. Por otra parte, a partir del material que presente las mejores propiedades mecánicas, se obtendrá un prototipo (postes). Se espera que con esta investigación, se contribuya al estado del arte de nuevos materiales, realizar la transferencia de tecnología a la empresa ECOSTRETCH & PLÁSTICOS e incrementar la economía circular reduciendo la contaminación ambiental de residuos sólidos.
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Por otra parte, la industria palmicultora de Norte de Santander produce gran cantidad de raquis de la palma de aceite, pero este material termina siendo acumulado, vertido en ríos o incinerado (producción de energía), lo cual causa una contaminación ambiental. El raquis puede servir como refuerzo en la industria de materiales compuestos, ya que tienen buenas propiedades mecánicas. Las industria palmicultora y polimérica de Norte de Santander producen respectivamente grandes cantidades de raquis y polímeros. Por lo tanto, la empresa ECOESTRETCH & PLÁSTICOS está interesada en desarrollar y comercializar materiales obtenidos a partir de polímeros reciclados y residuos agroindustriales provenientes de la industria Norte Santandereana, para producir postes para cercas, vivienda de interés social, etc. Un gran inconveniente de los materiales compuestos obtenidos a partir de polímeros termoplásticos (Ej. PEAD, PELBD, etc.) y fibras naturales, es la baja interacción entre ellos, lo cual produce una baja dispersión de la fibra en la matriz polimérica, y malas propiedades térmicas y mecánicas. Por lo tanto, se debe emplear un agente de acoplamiento, para mejorar estas propiedades. Así, en este estudio se pretende utilizar un material novedoso para este fin, el cual no ha sido utilizado o reportado para mejorar la interacción entre una fibra natural y un polímero. Desde ahora, en este estudio se pretende obtener materiales compuestos a partir de PEAD, PELBD reciclados (PEADr y PELBDr) y raquis de la palma de aceite, y evaluar el polietileno de baja densidad funcionalizado con un poliéster poliol altamente ramificado maleinizado (PEBD-g-MHBP) como agente de acoplamiento para estas mezclas. Además, determinar el efecto de la cantidad de PEBD-g-MHBP, en las propiedades estructurales, térmicas, reológicas, morfológicas, mecánicas, resistencia al agua y de biodegradabilidad de los materiales compuestos obtenidos con éste. Por lo tanto, en este trabajo se obtendrán en un reómetro de torque, materiales compuestos a partir de PEADr (50 %), PELBDr (30 %), raquis tratado (20 %) y PEBD-g-MHBP (0, 2, 4, 7 y 10 % respecto a los otros componentes). Todos los materiales obtenidos serán caracterizados por análisis infrarrojo, termogravimetría, calorimetría de barrido diferencial, reología, microscopía de barrido electrónico, difracción de rayos X, contenido y absorción de humedad, dureza, índice de fluidez, resistencia al impacto, tracción, compresión, conductividad térmica y biodegradabilidad. Por otra parte, a partir del material que presente las mejores propiedades mecánicas, se obtendrá un prototipo (postes). Se espera que con esta investigación, se contribuya al estado del arte de nuevos materiales, realizar la transferencia de tecnología a la empresa ECOSTRETCH & PLÁSTICOS e incrementar la economía circular reduciendo la contaminación ambiental de residuos sólidos.El diseño de experimentos que se empleará en este estudio será el de efectos fijos, ya que se pretende evaluar el efecto de la cantidad del PEBD-g-MHBP en las propiedades de las diferentes mezclas. Además, solo se utilizará una proporción de PEADr, PELBDr y raquis, y se evaluarán 4 proporciones de PEBD-g-MHBP, las cuales están en el rango de las usualmente empleadas para mejorar las interacciones entre los componentes de este tipo de materiales. Las variables de respuesta serán principalmente las propiedades mecánicas y la morfología de las muestras. 2.6.1 Materiales El PEADr, el PELBDr y el raquis serán suministrados por la empresa ECOESTRETCH & PLÁSTICOS. El PEBD-g-MHBP será proveído por el Grupo de Investigación GIMAPOL. Este material ya fue reportado por Carlos A. Ararat y Edwin A. Murillo, y tiene las siguientes propiedades: MFI: 1,544 g/10 min, temperatura de fusión, 111 °C; módulo ténsil: 110,10  1,0 MPa; fuerza ténsil última: 13,54  1,80 MPa y elongación a la ruptura de 99,24  0,80 % [28]. 2.6.2 Preparación de los materiales 2.6.2.1 Tratamiento de las fibras Con el objetivo de eliminar impurezas desde la superficie de la fibra e incrementar la disponibilidad de los grupos OH de las fibras [57], estas se lavarán con detergente y se llevarán a un horno a 50 °C durante 12 h. Posteriormente, serán inmersas durante 48 h en una solución acuosa de hidróxido de sodio 2 M, luego serán extraídas y lavadas con una solución de ácido acético al 5 %, para neutralizar el hidróxido de sodio residual [53,57]. Finalmente se lavarán con agua y se llevarán a secar en un horno a una temperatura de 50 °C durante 12 h. Posteriormente, las fibras serán molidas empleando un pulverizador y luego se harán pasar por tamices (mallas 50, 100, 200 y 325) con el objetivo de utilizar un solo tamaño (45 o 75 μm) en los experimentos y así evitar la dispersión en los resultados debido a heterogeneidad en los tamaños. 2.6.2.2 Uso del PEBD-g-MHBP como agente de acoplamiento de mezclas de PEADr PEBDr y Raquis. Con el objetivo de obtener la mezcla control (sin PEBD-g-MHBP), las respectivas proporciones de PEADr (50 %), PELBDr (30 %) y raquis (20 %) serán transportadas a un recipiente y mezcladas manualmente, luego se llevarán a un reómetro de torque a una temperatura de 180 °C y una velocidad de 50 rpm durante 6 min. En el caso de las muestras obtenidas con PEBD-g-MHBP, se emplearán las mismas condiciones de procesamiento y proporciones de la mezcla control, pero las cantidades de PEBD-g-MHBP serán de 2, 4, 7 y 10 % con respecto a la matriz polimérica (PEADr y PELBDr) y el raquis. La Figura 4 muestra una de las interacciones que se pueden llevar a cabo entre los materiales, ya que la otra puede ser a través de los grupos OH del PEBD-g-MHBP. 2.6.2.3 Obtención del prototipo (poste) Se empleará el material preparado con las mejores propiedades tensiles y de compresión. En este estudio se obtendrán 5 postes en una extrusora monohusillo de la empresa ECOSTRETCH & PLÁSTICOS, manteniendo las tres zonas de calentamiento respectivamente a 130, 150 y 180 °C, y se empleará una velocidad de extrusión de 50 rpm. A dicha extrusora se le adaptará un molde y un adaptador, los cuales permitirán obtener los postes. 2.6.3 Metodologías empleadas para la caracterización de los materiales 2.6.3.1 Análisis infrarrojo (IR) Este análisis se realizará al raquis tratado y sin tratar y a las mezclas para respectivamente evidenciar modificaciones estructurales y las interacciones entre los componentes. Todas las muestras serán analizadas por reflectancia total atenuada en un espectrómetro Shimadzu prestige 21, realizando 8 barridos y empleando una resolución de 4 cm-1 en un rango de número de onda entre 400 y 4000 cm-1. 2.6.3.2 Análisis termogravimétrico (TGA) Este análisis permitirá determinar la estabilidad térmica del raquis tratado y sin tratar, los polímeros reciclados y todas las mezclas obtenidas. Este análisis será realizado en un equipo TA Instruments SDT Q-600 a una velocidad de calentamiento de 10 °C/min. desde temperatura ambiente hasta 600 °C, empleando una atmosfera de nitrógeno. 2.6.3.3 Análisis de calorimetría de barrido diferencial (DSC) Este análisis se realizará para identificar las transiciones térmicas de los materiales reciclados y las mezclas obtenidas. Este análisis se efectuará en un equipo TA Instruments SDT Q-600 a una velocidad de calentamiento de 5°C/min. en un rango de temperaturas entre 30 y 250 °C bajo atmosfera de nitrógeno. 2.6.3.4 Análisis reológico Este análisis se efectuará a los materiales reciclados, al PEBD-g-MHBP y a las mezclas obtenidas, para evaluar algunas propiedades viscoelásticas de los materiales. Los análisis reológicos serán efectuados en un reómetro rotacional marca Anton Paar a una temperatura de 200 °C, bajo condiciones estáticas y dinámicas (análisis oscilatorios). Los análisis estáticos serán realizados a una velocidad de cizalla entre 0,001 y 1000 s-1 a una frecuencia de 1 Hz y los análisis oscilatorios serán hechos en la región viscoelástica lineal, para ello previamente se hará un análisis de amplitud sweep. El rango de frecuencia angular que se empleará para los análisis oscilatorios será entre 0,001 y 100 Hz. 2.6.3.5 Análisis de microscopía de barrido electrónico (SEM) El análisis de SEM, permitirá evaluar el tipo de fractura que experimentarán los materiales reciclados y las mezclas obtenidas. Además, se determinará el efecto acoplante del PEBD-g-MHBP, mediante la observación de las fases apreciadas en las micrografías. Los análisis de SEM de las muestras serán realizados en un microscopio electrónico de barrido marca Jeol JSM-6490LV empleando una aceleración del voltaje del haz de 10 a 20 kV. 2.6.3.6 Análisis de difracción de rayos X (DRX) Este análisis se realizará al raquis tratado y sin tratar, el PEBD-g-MHBP, los polímeros reciclados y a todas las mezclas, para identificar las fases cristalinas y evidenciar los cambios en ellas, debido al mezclado y/o acoplamiento. Los difractogramas de las muestras serán obtenidos en un difractómetro PANalytical X’Pert PRO MPD, utilizando radiación de Cu Kα= 1,5406 A. El voltaje y la corriente de operación serán respectivamente 45 kV y 40 mA. Los difractogramas se obtendrán en un intervalo de ángulo de Bragg (2θ) de 4° a 70°. Los análisis del raquis tratado y sin tratar se harán a las partículas, en el caso de los polímeros y las mezclas, éstos se realizarán a películas. 2.6.3.7 Contenido de humedad (CH) Este análisis permitirá evaluar el contenido de humedad del raquis tratado y sin tratar, los polímeros reciclados y las mezclas obtenidas. Este análisis se realizará de acuerdo al método estándar AOAC (1995). Para la determinación del CH, alrededor de 1 g de muestra serán secados en un horno a 100 °C durante 24 h. El CH se determinará empleando la siguiente ecuación [32]: =ℎ− 100 (1) Donde ℎ, es el peso de la muestra húmeda y es el peso de la muestra seca. Este análisis se realizará por triplicado. 2.6.3.8 Absorción de humedad (AH) Este análisis, permitirá evaluar la AH del raquis tratado y sin tratar, los polímeros reciclados y las mezclas. Para este análisis se emplearán especímenes de 2 cm x 2 cm (solo para los polímeros reciclados, el PEBD-g-MHBP y las mezclas), en el caso del raquis se usará alrededor de 1 g de muestra. Las muestras serán secadas durante 12 h a 100 °C y luego se pesarán y finalmente se acondicionarán en un desecador conteniendo sulfato de cobre (humedad relativa aprox. de 98 %). El peso de las muestras será medido hasta que se alcance un valor constante. El peso de la muestra será calculado de acuerdo a la siguiente expresión matemática [32]: =−00 100 (2) Donde , es el peso de la muestra en el tiempo t y 0 es el peso de la muestra antes de la exposición a la humedad relativa del 98 %. Este análisis se realizará por triplicado. 2.6.3.9 Dureza Para la determinación de la dureza del PEBD-g-MHBP, los polímeros reciclados y las mezclas; los análisis se realizarán bajo la norma ASTM D 2240. 2.6.3.10 MFI Este análisis se realizará para determinar la fluidez de los polímeros reciclados y las mezclas, y determinar qué métodos de procesamiento se pueden emplear para estos materiales. Este análisis se realizará bajo la norma ASTM D 1238. 2.6.3.11 Resistencia al impacto Este análisis permitirá determinar la capacidad de absorción de energía del PEBD-g-MHBP, los polímeros reciclados y las mezclas. El análisis se realizará de acuerdo a la norma ASTM D-256. 2.6.3.12 Tracción Este análisis permitirá evaluar las propiedades mecánicas de los polímeros reciclados y las mezclas. Para los ensayos de tracción, se emplearán probetas tipo I, las cuales se obtendrán en una mini-inyectora. Los ensayos de tracción, se realizarán bajo la norma ASTM D 638 en una maquina universal marca Digimess a una velocidad de 2 mm/min. hasta la ruptura de la probeta. Los análisis se efectuarán por cuadruplicado y el valor reportado, será la media. 2.6.3.13 Compresión Este análisis será efectuado para evaluar la resistencia a la compresión del PEBD-g-MHBP, los polímeros reciclados y las mezclas. El análisis será realizado en una maquina universal marca Digimess bajo la norma ASTM D 695 a una velocidad de 2 mm/min. Los análisis se realizarán por cuadruplicado y el valor reportado, será la media. 2.6.3.14 Conductividad térmica Este análisis permitirá determinar la conductividad térmica del PEBD-g-MHBP, el raquis, los polímeros reciclados y las mezclas. Este análisis se efectuará en un equipo Pa Hilton H940 utilizando termocuplas tipo K, para ello cada sensor se insertará en las muestras y la potencia de calentamiento será de 30 mW. La conductividad térmica será calculada usando la metodología previamente reportada por Zadeh y colaboradores [12]. 2.6.3.15 Biodegradabilidad El análisis de biodegradabilidad se realizará para evaluar la biodegradabilidad del PEBD-g-MHBP y de las mezclas. Para ello, se obtendrán unas probetas de los materiales con dimensiones preestablecidas (espesor de 0.3 mm y diámetro de 14 mm) y se depositarán sobre la superficie en un patio adyacente a GIMAPOL. Los microorganismos usados para degradar las muestras serán poblaciones que se encuentran en el suelo. A los 30 días se evaluará la pérdida de peso y el aspecto de las muestras. Antes de pesar cada probeta, se removerá la arcilla y se limpiarán con etanol anhidro para remover las impurezas de la superficie. Las piezas se secarán a 50 °C durante 24 h y luego se pesarán. Este análisis se realizará por triplicado.Mezclas de polímeros.application/pdfspaEvaluación del polietileno de baja densidad funcionalizado con un poliéster poliol maleinizado como agente de acoplamiento en mezclas de polietilenos reciclados (de alta densidad y lineal de baja densidad) y raquis de la palma de aceite.Propuesta de investigaciónhttp://purl.org/coar/resource_type/c_baafhttp://purl.org/coar/resource_type/c_8042Textinfo:eu-repo/semantics/workingPaperhttps://purl.org/redcol/resource_type/WPinfo:eu-repo/semantics/drafthttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce2022-11-08/2023-11-08info:eu-repo/semantics/closedAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_14cbC. López de Dicastillo, E. Velásquez, A. Rojas, A. Guarda, M.J. Galotto, The use of nanoadditives within recycled polymers for food packaging: Properties, recyclability, and safety, Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 19 (2020) 1760–1776. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12575.P.D.C. João, R.-S. Teresa, C.D. 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Evaluación del polietileno de baja densidad funcionalizado con un poliéster poliol maleinizado como agente de acoplamiento en mezclas de polietilenos reciclados (de alta densidad y lineal de baja densidad) y raquis de la palma de aceite.

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