Evaluación de propiedades fisicoquímicas, mecánicas, térmicas y morfológicas de mezclas de poli (ácido láctico) y Chlorella

Abstract

En este trabajo de investigación se estudiaron las propiedades fisicoquímicas, térmicas, mecánicas y morfológicas, así como la estabilidad hidrolítica de los compositos obtenidos mediante moldeo por inyección de poliácido láctico y la microalga Chlorella a diferentes concentraciones. Se evaluó la influencia de la concentración de la microalga dentro de la matriz polimérica sobre las distintas propiedades estudiadas. Al estudiar la estabilidad hidrolítica de los distintos compositos se encontró que el pH de la solución no influye en la estabilidad de las piezas plásticas. Las propiedades fisicoquímicas, térmicas, mecánicas y morfológicas de los compositos se analizaron con técnicas de termogravimetría (TGA), calorimetría diferencial de barrido (DSC), espectroscopia infrarroja (FT-IR), microscopia óptica (MO), microscopía electrónica de barrido (SEM), pruebas de tracción, Análisis mecánico dinámico (DMA) y determinación del índice de fluidez (MFI). El análisis fisicoquímico y térmico de los compositos mostraron evidencia suficiente para suponer que se lleva a cabo un proceso de extrusión reactiva entre el PLA y la microalga, mediante la interacción de los grupos amino presentes en las proteínas de la Chlorella, los cuales reaccionan con los grupos carbonilo presentes en el PLA dando lugar a la formación de iminas y a un probable fenómeno de entrecruzamiento con las cadenas del PLA. En este proceso se ve favorecido por la temperatura de procesamiento del material. Se observó que la primera etapa de pérdida de peso del PLA se logra desplazar por más de 30°C a la mayor concentración de Chlorella estudiada. Respecto a las propiedades mecánicas se observó una mejora superior al 250% para la elongación máxima previa a la ruptura para el composito con la menor concentración de Chlorella estudiada (3%) respecto a los valores obtenidos para el PLA comercial por lo cual la mezcla PLA-Chlorella podría emplearse como alternativa para la fabricación de piezas plásticas mediante moldeo por inyección como una alterativa a polímeros como el polipropileno (PP).

In this research work, the physicochemical, thermal, mechanical, and morphological properties of poly(lactic acid) and Chlorella microalgae obtained by injection molding at different concentrations were studied, as well as the hydrolytic stability of the composites. It was evaluated the influence of microalgae concentration within the polymeric matrix on the various properties inspected. While studying the hydrolytic stability of the different composites, it was found that the pH of the solution does not influence the stability of the plastic pieces. The physicochemical, thermal, mechanical, and morphological properties of the composites were analyzed using Thermogravimetry (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy, optical microscopy (MO), and scanning electron microscopy (SEM), tensile tests, dynamic mechanical analysis (DMA) and determination of the Melt Flow Index (MFI). The physicochemical and thermal analysis of the composites showed sufficient evidence to suppose that a reactive extrusion process is carried out between the PLA and the microalgae, through the interaction of the amino groups present in Chlorella proteins, which react with the carbonyl groups present in PLA leading to the formation of imines and to a probable cross-linking phenomenon with the PLA chains. In this process it is favored by the processing temperature of the material. It was observed that the first stage of weight loss of PLA is achieved by moving over 30°C at the highest concentration of Chlorella studied. Regarding the mechanical properties, an improvement of more than 250% was observed for the maximum elongation prior to rupture for the composite with the lowest concentration of Chlorella studied (3%) compared to the values obtained for the commercial PLA, for which the PLA-Chlorella composites could be used as an alternative for the manufacture of plastic parts by injection molding as an alternative to polymers such as polypropylene (PP).