Mejora de las propiedades de termoplásticos biobasados mediante el uso de refuerzos y aditivos y de su procesado mediante inyección y extrusión soplado

Abstract

La motivación para el desarrollo de esta tesis surge de un requerimiento tecnológico detectado de carácter industrial, específicamente relativo a la aplicación de los bioplásticos en productos del día a día. Los plásticos biobasados tienen una serie de limitaciones, principalmente en cuanto a sus propiedades, y esta tesis pretende ofrecer una serie de propuestas para mejorar o paliar esas limitaciones. Los principales objetivos de este trabajo se centran en, por una parte valorar la problemática existente en el sector del plástico y comprobar la necesidad del desarrollo, resumir las diferentes opciones de materiales biobasados existentes y valorar la más apropiada para su escalado e industrialización y revisar el estado de la técnica actual en cuanto a posibilidades de mejora de los plásticos biobasados mediante aditivos y nanoaditivos Por otro lado, en investigar sobre la mejora de las propiedades principalmente mecánicas o térmicas de los termoplásticos biobasados mediante el uso de aditivos y nanoaditivos, la mejora del procesado de los termoplásticos biobasados y su optimización, la validación de los materiales biobasados reprocesados o reciclados para su aplicación industrial y su aplicación en procesos industriales reales. Para la consecución de los objetivos mencionados, el trabajo de esta tesis se ha dividido en una serie de artículos siguiendo la unidad temática de mejora de propiedades y procesabilidad de polímeros biobasados. El primero se centra en la mejora de propiedades que puede proporcionar los nanoaditivos y en su dispersión. Es sabido, como se comenta en el artículo, lo importante de una buena dispersión de los nanoaditivos para mejorar propiedades, por lo que se incluyen ultrasonidos al cabezal de extrusión. Los resultados nos demuestran que se mejora la fluidez y disminuye la presión en el cabezal (mejorando la procesabilidad), a la vez que se mejora la dispersión de los nanoaditivos y por tanto, las propiedades finales mecánicas del material. En el segundo el enfoque es ligeramente distinto y se ataca el problema utilizando un aditivo como es un espumante químico endotérmico, además de nanoarcillas, con lo que también se consigue disminución de presión y mejora de la procesabilidad y, en este caso, la disminución de peso. Se observó que la espumación gracias a las nanoarcillas era mucho más homogénea ya que éstas ejercían como puntos de nucleación, a la par que conseguían mejorar en gran parte la perdida de propiedades mecánicas debidas a la espumación. El tercer artículo versa sobre el estudio de la posibilidad de reproceso del PLA por dos razones: es interesante conocer cómo le afecta al PLA en los diferentes pasos de mezcla a nivel industrial el hecho de que atraviese más de una vez por el husillo y por otra parte, la reutilización de sobras o desechos de los procesos de fabricación o de piezas no válidas para ahorrar en costes de un material no precisamente barato. Se ha estudiado además cómo las nanoarcillas y un aditivo alargador de cadenas pueden afectar al mantenimiento de las propiedades originales del PLA tras numerosos reprocesados; en todos los casos se puede resumir que el material es reprocesable con algunos matices que se describen en el artículo y los aditivos ayudan en general a mejorar las propiedades tras el reprocesado. Por último, el cuarto artículo versa sobre la aplicación industrial del espumado, visto en el segundo artículo, sobre un material común, planteando una metodología sistemática de toma de datos y análisis, así como una caracterización completa del proceso de moldeo por extrusión soplado, sirviendo como punto de partida para su uso en materiales biobasados en el futuro