Preparación y caracterización de películas de polietileno lineal de baja densidad con quitosano y poli (ácido láctico)

Abstract

Tesis doctoral en ciencia de materiales. En este trabajo de tesis se desarrolló la preparación de películas de polietileno lineal de baja densidad con quitosano, poli(ácido láctico) y quitosano modificado con poli(ácido láctico), respectivamente, utilizando técnicas de procesamiento de extrusión con el objetivo de preparar un material con una menor resistencia a la degradación comparada con la que presenta el polietileno en estado puro. Se determinó el efecto de la proporción en peso de los componentes en cada mezcla y de la presencia de polietileno injertado con anhídrido maléico como compatibilizante, sobre las propiedades de las películas. Los materiales individuales y las películas se caracterizaron mediante análisis de espectroscopía de infrarrojo, termogravimetría, calorimetría diferencial de barrido, resistencia a la tensión y microscopía electrónica de barrido. La presencia de quitosano en las mezclas tuvo un efecto negativo en la facilidad de procesamiento de las películas, este efecto negativo se aminoró con la adición de un 5% de polietileno injertado con anhídrido maléico como compatibilizante, debido a que indujo un nivel mayor de interacciones en la interfase de polietileno y quitosano, aumentando la ductilidad de las películas compatibilizadas. Los análisis de espectroscopía de infrarrojo revelaron interacciones entre las cadenas de polietileno y quitosano, por puente de hidrógeno. Los análisis térmicos demostraron una mejora en la estabilidad térmica de las películas compatibilizadas con respecto a las no compatibilizadas. En las imágenes por microscopía electrónica de barrido se observó una superficie más homogénea en las películas con compatibilizante en comparación con las películas de composición similar sin compatibilizar. Fue posible extrudir películas de polietileno con poli(ácido láctico) en todas las proporciones, sin embargo, se prepararon películas cuyo contenido de PLA varió en un rango del 10 al 50% en peso. Los resultados de los ensayos de resistencia a la tensión demostraron una fuerte interacción de las cadenas de polietileno y poli(ácido láctico) al contener un 5% de compatibilizante. Los análisis térmicos demostraron una mejora en la estabilidad térmica de las películas compatibilizadas. xv Se desarrolló el método para la modificación química del quitosano a través de una reacción de amidación utilizando poli(ácido láctico). Esta reacción fue confirmada a través de análisis de espectroscopía de IR, donde se detectó la aparición de una nueva banda a los 1554 cm-1 (amida II) evidenciando la formación de un nuevo enlace amida. Las películas de polietileno con quitosano modificado presentaron propiedades mecánicas y térmicas similares a las películas de la mezcla de polietileno con poli(ácido láctico), debido a que este material está presente en una alta proporción en el quitosano modificado. La sensibilidad a la temperatura, humedad relativa e irradiación solar fue evaluada para las películas con mayor contenido de biopolímeros en la matriz polimérica de polietileno, a través de experimentos de degradación solar natural y en tierra húmeda. Las películas compatibilizadas de polietileno lineal de baja densidad formuladas con 15% de quitosano y 15% de poli(ácido láctico) fueron las más sensibles a los experimentos de degradación, alcanzando una pérdida superior al 50% del valor inicial de resistencia a la tensión después de 90 días de exposición solar. Adicionalmente, estas mismas películas perdieron un 22% de su masa después de estar enterradas durante 180 días en tierra húmeda de vivero. Estos resultados pueden deberse a la mejor dispersión de los biopolímeros en la matriz polimérica, promovida por la presencia del compatibilizante.