Desarrollo y caracterización de nuevos nanobiocomposites con propiedades mejoradas mediante varios métodos de procesado de interés en envasado de alimentos

Resumen

El presente trabajo tiene como objetivo mejorar las propiedades de matrices biopoliméricas para su uso en aplicaciones de envasado de alimentos mediante el desarrollo de nanobiocompuestos utilizando diferentes metodologías de procesado o estrategias de incorporación de materiales nanoestructurados en el interior de las matrices biopoliméricas. Dos estrategias de incorporación fueron empleadas. La primera de ellas estaba basada en una pre-incorporación de los aditivos nanoestructurados, también llamados nanoaditivos, en oligómeros de ácido láctico mediante tecnologías de polimerización in situ (específicamente policondensación), dando lugar a masterbatches que, posteriormente, se mezclaban con ácido poliláctico (PLA) comercial mediante mezclado en fundido (tecnología ampliamente utilizada industrialmente). Así, nanocristales de celulosa bacteriana (BCNW) y nanoláminas de grafeno funcionalizado (FGS) fueron incorporados mediante esta ruta en matrices de PLA. En primer lugar se estudió el efecto en las propiedades finales de los materiales tras incorporar oligómeros obtenidos por policondensación del ácido láctico, en ausencia de aditivos, en la matriz de PLA comercial. Ello dio como resultado una mejora en las propiedades de barrera aunque no tuvo efectos significativos sobre las propiedades mecánicas. El siguiente paso consistió en la incorporación de los nanoaditivos en el interior de PLA mediante la ruta anteriormente citada. El proceso de purificación de los materiales obtenidos tras la etapa de pre-incorporación fue de destacada importancia a la hora de conseguir materiales donde el nanoaditivo utilizado alcanzase una correcta dispersión en la posterior etapa de mezclado en fundido. Esta ruta de incorporación condujo a una mejora en la dispersión de los nanoaditivos, que se tradujo en considerables mejoras en las propiedades finales de los materiales sintetizados como propiedades de barrera y mecánicas. La segunda ruta de incorporación consistía en el desarrollo de nanocompuestos mediante el uso de un molino de bolas de alta energía (High Energy Ball Milling), tecnología en una sola etapa y libre de disolventes. BCNW y FGS fueron también utilizados como nanoaditivos, aunque en este caso, además de incorporarlos en matrices de PLA, también se evaluó su inclusión en matrices de polihidroxialcanoatos (PHAs) concretamente en un copolímero, poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV). De nuevo, el factor de la dispersión tuvo un papel muy relevante en la mejora de las propiedades finales de los nanocompuestos. Probablemente debido a las propiedades inherentes de los nanoaditivos, mediante esta técnica de mezclado se consiguió una mejor dispersión para los materiales con FGS, lo cual se tradujo en mejores propiedades finales de los nanobiocomposites preparados. Por último, se llevaron a cabo estudios de degradación de algunos de los nanocompuestos desarrollados, comparándolos con las matrices sin nanoaditivos. Además, estudios de procesado para el desarrollo de aplicaciones de envasado alimentario, obteniendo bandejas a partir de algunos de los materiales desarrollados mediante técnicas de termoconformado, fueron también realizados.