I + D / Nanotecnología aplicada a materiales textiles. Desarrollo de fibras, hilatura y tejeduría
GREENFILS – Desarrollo de hilos 100% biodegradables funcionalizados mediante extrusión reactiva.
Fecha: 2019
MOTIVACIONES
A comienzos del siglo XXI, la población mundial era aproximadamente de 6.000 millones de personas, esperando alcanzarse los 10.000 millones a mediados de siglo. Este crecimiento exponencial de la población supone un aumento en la demanda de recursos, tales como energía, comida, agua y materias primas, lo que implica un incremento de la contaminación y el agotamiento de los recursos limitados como, por ejemplo, los combustibles fósiles. Por su parte, los materiales poliméricos de origen fósil son conocidos desde hace casi un siglo y presentan un campo de aplicación muy amplio, que abarca desde el sector del embalaje hasta la medicina, por lo que juegan un papel muy importante en la calidad de vida de nuestra sociedad.
El principal problema de los polímeros sintéticos es su carácter no biodegradable y no renovable, lo que implica la generación y acumulación de residuos difíciles de gestionar. Además, durante su obtención, se emiten gases y partículas contaminantes a la atmósfera. Por tanto, en una sociedad con creciente preocupación por el medio ambiente, la posibilidad de obtener productos a partir de fuentes sostenibles y completamente biodegradables al final de su vida útil es un apasionante y atractivo reto (Figura 1).
Figura 1. Ciclo de vida de los polímeros biodegradables.
OBJETIVOS
El objetivo principal del proyecto es obtener hilos 100% biodegradables con propiedades mejoradas mediante extrusión reactiva. Para ello, se plantean los siguientes objetivos específicos:
- Extrusión monofilamento de polímeros biodegradables/compostables (PLA y PHB).
- Extrusión de cinta plana para realizar estudios de compostabilidad, comparativa de PHB frente a PLA (ya comercial).
- Extrusión multifilamento (con la extrusora monofilamento) de los polímeros PHB y PLA (escala piloto)
- Extrusión multifilamento (con la extrusora multifilamento) de los polímeros PHB y PLA (escala semi-industrial)
- Extrusión reactiva de PHB y PLA para mejorar sus propiedades térmicas.
- Extrusión reactiva de PHB para aumentar su temperatura de degradación y facilitar el proceso de hilatura.
- Extrusión reactiva del PLA para aumentar su temperatura de reblandecimiento VICAT desde 60°C a 90°C.
- Extrusión monofilamento y multifilamento de los nuevos polímeros creados.
RESULTADOS OBTENIDOS
- CINTA PLANA
A lo largo del proyecto GREENFILS se han desarrollado cintas planas de PLA y PHB con dos objetivos principales. En primer lugar, estudiar cómo afectan algunas variables del proceso en sus propiedades mecánicas, concretamente, la temperatura del baño de enfriamiento, las velocidades de los godets, el ratio de estiraje, los tratamientos posteriores de recocido, la presencia de un agente nucleante en la matriz polimérica y el paso del tiempo tras la extrusión. En segundo lugar, se ha realizado un estudio de compostabilidad de estos dos biomateriales bajo la norma vigente ISO 20200:2015.
Así, las Figuras 2-5 muestran los resultados de tenacidad y elongación obtenidos para las cintas planas de PLA y PHB. En ambos casos, se confirmó que la temperatura del baño de enfriamiento no tiene apenas influencia en las propiedades mecánicas de la cinta. Sin embargo, se observa una gran influencia del ratio de estiraje, de manera que, a medida que aumenta el ratio de estiraje, mayor es el reordenamiento de las cadenas poliméricas y, por tanto, se obtienen mayores valores de tenacidad y menores valores de elongación (Figuras 2 y 3). Por otra parte, en el caso del PHB, se confirmó que, trabajar a altas las velocidades, en presencia de un agente nucleante o aplicar un tratamiento posterior de recocido, mejora las propiedades mecánicas de las cintas (Figuras 4-5).
Figura 2. Módulos de Young obtenidos en la extrusión de cinta plana de PLA a diferentes temperaturas del baño de enfriamiento y distintas relaciones de estiraje.
Figura 3. Elongación de las cintas planas de PLA a diferentes temperaturas del baño de enfriamiento y distintas relaciones de estiraje.
Figura 4. Módulos de Young las cintas planas de PHB y PHB + talco.
Figura 5. Elongaciones de las cintas planas de PHB y PHB + talco.
- HILO
Con el objetivo de obtener hilos 100% biodegradables, se ha llevado a cabo la extrusión multifilamento, en una planta piloto monofilamento, para una variedad de matrices poliméricas basadas en PHB, PLA/PHB y la adición de diferentes agentes nucleantes (Figura 6).
Figura 6. (a) y (b) Montaje de la extrusora monofilamento para la obtención de hilo multifilamento y (c) Carrete de hilo de PHB.
- EXTRUSIÓN REACTIVA
Con el objetivo de mejorar algunas propiedades intrínsecas del PHB y PLA, tales como la temperatura de reblandecimiento VICAT, estabilidad térmica, hidrofobicidad, tenacidad y elongación, se han incorporado alcoxisilanos en su estructura mediante extrusión reactiva (Figura 7). Además, se ha llevado a cabo esta incorporación covalente en otras matrices poliméricas de diferente composición, formadas por PHB/PLA en distintas proporciones. Además, con el objetivo de mejorar las propiedades de dichos compounds, así como su miscibilidad y homogeneidad, se ha incorporado un disilano como agente compatibilizante entre ambos polímeros.
Por otra parte, con el propósito de obtener polímeros multifuncionales, se han incorporado nanopartículas de titanio, dotando a las matrices poliméricas propiedades de protección UV y antibacterianas, a partir de alcóxidos metálicos como fuente de titanio.
Los resultados de caracterización de los diferentes materiales obtenidos, tales como los estudios reológicos, análisis termogravimétrico (TGA-DTA), resonancia magnética nuclear de sólidos (RMN) y calorimetría diferencial de barrido (DSC) confirman la incorporación de los alcóxidos metálicos en la matriz polimérica de los polímeros.
Este proyecto cuenta con el apoyo de la Conselleria d’Economia Sostenible, Sectors Productius, Comerç i Treball de la Generalitat Valenciana, a través del IVACE.
EXPEDIENTE: IMAMCI/2019/1
Para consultar los resultados detallados del proyecto haga click en el siguiente enlace:
INFORME DE RESULTADOS
MÁS INFORMACIÓN EN EL PLAN DE ACTUACIÓN
Información adicional
- Año: 2019
- Estado: Finalizado
- Entidad: IVACE
