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Obtención de compositos con matriz biopolimérica y
fibras celulósicas a partir de residuos industriales
Alberto Julio MARCHIINCAPE – UNL - CONICET
Polímeros
convencionales
PE, PP, PVC, PET,
resinas epoxi, etc.
Fibras sintéticas
Vidrio, Carbono, Kevlar.
Compositos de matriz
polimérica
PRODUCCIÓN DE COMPOSITOS
ELEVADO COSTO
PRESIONES LEGISLATIVAS
NECESIDAD DE ENCONTRAR NUEVAS
MATERIAS PRIMAS:
1. BAJO COSTO
2. RECURSOS RENOVABLES
Matriz polimérica
Fibras de Carbono
WPC: Wood Plastic Composites
AGOTAMIENTO COMBUSTIBLES
FÓSILES
Compositos de plastico y madera (wpc)
Matriz polimérica: PVC, PE, PP, etc.
Fibras: aserrín de madera, bamboo
Tableros
Madera (aserrín, virutas) +
resinas fenol-formaldehído o
urea-formaldehído
MDF
Cartón de madera
Virutas orientadas (OSB)
Aglomerados
Polímeros: industria
petroquímica o reciclados
Aserrín de madera: residuos de
la industria maderera, biomasa.
Fenol y Formaldehído:
TÓXICOS
Objetivos del proyecto
DESARROLLAR UN WBPC
PARA REEMPLAZAR
WPC CONVENCIONALES
MATRIZ: BIO-PLÁSTICO
FIBRAS DE REFUERZO:
MATERIAL CELULÓSICO
BIOPLÁSTICOS:
Residuos de la industria aceitera o cervecera:
expeler y harina de soja; levaduras proteínas
Residuos de la industria pesquera:
caparazón de crustáceos polisacáridos (quitosano)
FIBRAS:
A partir de residuos de la industria maderera:
aserrín y virutas
A partir de reciclados: papel
WBPC: Wood & Bio-Plastic Composite
Desde residuos de la industria aceitera y cervecera:
1. Extracción y separación de las proteínas
2. Entrecruzamiento con dialdehídos
A partir de residuos de la industria pesquera:
1. Extracción y disolución del quitosano
2. Entrecruzamiento con dialdehídos
Alternativa: Mezclas de proteínas y polisacáridos
Obtención de bioplásticos
NH NH
CH OH
(CH2)3
CH OH
NH NH
CH OH
(CH2)3
CH OH
C (CH2)3
O
HC
O
H
NH2 NH2
NH2 NH2
C (CH2)3
O
HC
O
H
N N
CH
(CH2)3
CH
N N
CH
(CH2)3
CH
+ 4 H2O
Alternativas:
1. Mezclas de aserrín y proteínas entrecruzadas
2. Mezclas de aserrín y polisacáridos entrecruzados
3. Mezclas de aserrín con proteínas y polisacáridos entrecruzados
Posible interacción o entrecruzamiento entre proteínas y celulosa.
Métodos:
1. Moldeo por compresión
2. Extrusión
Obtención de los bioCompositos
Relaciones:Proteínas/EntrecruzanteBioplástico/Aserrín/Agua
Morfología y Tamaño de las
Fibras de Refuerzo
Presión
Temperatura
Tiempo
Parámetros más relevantes a controlar en este proceso
Caracterización de las muestras
Resistencia a la flexión y dureza
Absorción de aguaHinchamiento en agua
ASTM D1037-99 “Standard Test Methods for Evaluating Properties of Wood-Base Fiberand Particle Panel Materials”
0 [g GTA/g P] 0,375 [g GTA/g P] 0,5 [g GTA/g P] 0,75 [g GTA/g P] 1 [g GTA/g P]
100 C x 60 min
TEN
SIÓ
N M
ÁX
IMA
(N/m
m2)
5,9
9
7,0
4
12
,71
19
,79
19
,42
17
,84
19
,12
7,8
0
6,8
8
7,4
6
0
10
20
30
35/65 20/80
25
,1
19
,1
18
,8
30
,2
0
10
20
30
WPC 1 WPC 2 LAM MDF
Resultados: Ensayos de flexión
BWPCs: se obtiene un máximo de max que depende de la relación GTA/proteína.
La tensión máxima es algo menor para los BWPCs que la de los productos comerciales.
25
,1
19
,1
18
,8
30
,2
0
10
20
30
WPC 1 WPC 2 LAM MDF
120 C x 30 min
15
,10
9,4
4
21
,91
24
,07
6,7
5
6,6
6
7,8
3
5,3
28,1
9
7,9
6
35/65 20/80
TEN
SIÓ
N M
ÁX
IMA
(N/m
m2)
Resultados: Ensayos de flexión
0 [g GTA/g P] 0,375 [g GTA/g P] 0,5 [g GTA/g P] 0,75 [g GTA/g P] 1 [g GTA/g P]
BWPCs: se obtiene un máximo de max para GTA/P= 24 N/mm2.
La tensión máxima para BWPCs con GTA/P= 24 N/mm2 es comparable a la de los productos comerciales.
Resultados: Ensayos de dureza
14
73
,46
39
3,1
8
55
6,8
0
51
5,0
3
0
300
600
900
1200
1500
WPC 1 WPC 2 LAM MDF
36
8
26
542
3 49
7
41
0 49
962
2
52
7
38
6
43
5
35/65 20/80
(DN
/cm
2)
DU
REZ
A
BWPCs WPC 1 WPC 2 LAM MDF0,80-1,02 1,21 0,8 0,58 0,79
DENSIDAD [g/cm3]
0 [g GTA/g P] 0,375 [g GTA/g P] 0,5 [g GTA/g P] 0,75 [g GTA/g P] 1 [g GTA/g P]
La dureza no varía significativamente con la relación GTA/P ni con T.La dureza de BWPCs es comparable a la de MDF y laminados.
0 [g GTA/g P] 0,375 [g GTA/g P] 0,5 [g GTA/g P] 0,75 [g GTA/g P] 1 [g GTA/g P]
Resultados: Ensayos de inmersión 1
2,8
15
,0
34
,7
33
,4
33
,6
26
,332
,6 36
,0
22
,2
37
,8
35/65 20/80
0,4 0,7
53
,0
27
,5
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
WPC 1 WPC 2 LAM MDF
ABSORCIÓN DE AGUA A LAS 2 H
(%)
18
,4
19
,2
9,1
8,99,4 10
,3
8,6
7,3
13
,6
6,1
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
35/65 20/80
DA
BS
24
H (%
) Muestras sin entrecruzante: absorben más agua después
de las 2 h de inmersión.
La absorción de agua no es función de la relación GTA/P.
3,2
2,4
9,3
8,7
6,4
6,3
4,2
8,6
5,0
7,9
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
35/65 20/80*HIN
CH
AM
IEN
TO
RES
IDU
AL
(%)
Resultados: Secado luego de inmersión
0 [g GTA/g P] 0,375 [g GTA/g P] 0,5 [g GTA/g P] 0,75 [g GTA/g P] 1 [g GTA/g P]
53
,5
45
,3
42
,9
55
,2
45
,6 55
,6
47
,5 53
,4
0,00
15,00
30,00
45,00
60,00
75,00
35/65 20/80
HIN
CH
AM
IEN
TO E
N
AG
UA
A L
AS
2 H
(%
)
0,5 0,6
10
,1
23
,0
0,00
15,00
30,00
45,00
60,00
75,00
WPC 1 WPC 2 LAM MDF
33
,5 37
,246
,9
45
,3
46
,1
39
,343
,8
45
,9
38
,9 46
,2
35/65 20/80
Después del secado, los BWPCs recuperan
prácticamente sus dimensiones
originales.
Conclusiones y perspectivas
1. Pudimos obtener WBPCs por termocompresión con propiedades similares a algunos WPCs comerciales hechos de madera (aserrín/virutas/láminas) y resinas convencionales.
3. Las propiedades de estos WBPCs se podrían mejorar mediante el agregado de otros biopolímeros como, por ejemplo, polisacáridos con propiedades únicas.
4. La producción de partes hechas de WBPCs se podría optimizar mediante el moldeado por extrusión.Se considera que este proceso sería viable para el tipo de materiales que se emplean.
2. Las propiedades de los WBPCs se pueden optimizar mediante: Temperatura y tiempo de moldeo adecuados: 120 °C y 60 minutos.Relación entrecruzante (GTA)/proteínas: 0,375 – 0,5.Relación bioplástico/aserrín
Agradecemos a ANPCyT, CONICET y UNL por el soporte financiero.
INTEGRANTES DEL PROYECTO:
INCAPE: ITC:Dra. Teresita Garetto Dra. Cristina InalbonDr. Alberto Marchi Dr. Miguel ZanuttiniDr. Camilo MeyerDra. Silvina RegenhardtIng. Natalia Suarez
Muchas gracias por su atención