Desarrollo y caracterización de estructuras multicapas ...
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1 Desarrollo y caracterización de estructuras multicapas biodegradables para el empaque de alimentos María Fernanda López Martínez Universidad de los Andes Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Química Bogotá 2012
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Desarrollo y caracterización de estructuras multicapas biodegradables para el
empaque de alimentos
María Fernanda López Martínez
Universidad de los Andes
Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Química
Bogotá
2012
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Desarrollo y caracterización de estructuras multicapas biodegradables para el
empaque de alimentos
María Fernanda López Martínez
Trabajo de grado para optar por el título de ingeniera química
Asesor
Jorge Alberto Medina, PhD.
Departamento de Ingeniería Mecánica
Coasesor
Pablo Ortiz Herrera, PhD.
Departamento de Ingeniería Química
Universidad de los Andes
Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Química
Bogotá
2012
3
Agradecimientos
Este proyecto de investigación no hubiera sido posible sin el apoyo de muchas
personas. Quiero expresar mi gratitud a mi asesor de proyecto el profesor Jorge
A, Medina, PhD quien fue de gran ayuda y ofreció su invaluable asistencia y
apoyo.
De igual manera a mi coasesor de proyecto el profesor Pablo, Ortiz, PhD quien
respaldo y estuvo al tanto del progreso del proyecto. Finalmente, a la
Universidad de los Andes, al departamento de ingeniería química quien suplió
parte del apoyo económico y al departamento de ingeniería mecánica quien
presto el servicio de los laboratorios para el desarrollo de cada fase de esta
investigación.
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Tabla de Contenido
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 8
1. Objetivos ......................................................................................................................... 10
1.1 Objetivos generales ....................................................................................................... 10
1.2 Objetivos específicos ............................................................................................... 10
2. Estado del arte ................................................................................................................ 11
2.1. Modelo de predicción de propiedades Mecánicas ................................................. 13
2.2. Modelo de predicción de propiedades de barrera ................................................. 14
3. Metodología .................................................................................................................... 15
3.1. Materiales y Métodos ................................................................................................. 15
3. 1. 1. Selección de familias de biodegradables ............................................................ 15
3. 1. 2. Obtención y caracterización de láminas individuales ......................................... 19
3. 1. 3. Elaboración de láminas de ácido poliláctico. ...................................................... 20
3. 1. 4. Elaboración láminas de Alcohol polivinílico. ...................................................... 21
3. 1. 5. Elaboración láminas de adhesión. ...................................................................... 22
3. 1. 6. Caracterización de láminas biodegradables. ....................................................... 23
3. 1. 7. Validación de los diseños vía colaminación. ....................................................... 25
4. Resultados ....................................................................................................................... 26
4.1. Láminas individuales ............................................................................................... 26
4.1.1. Propiedades Mecánicas ....................................................................................... 27
4.1.2. Propiedades de barrera ....................................................................................... 28
4.1.2.1. Permeabilidad al vapor de agua ...................................................................... 28
4.1.2.2. Permeabilidad al Oxígeno ............................................................................... 29
4.1.3. Tensión superficial............................................................................................... 31
4.1.4. Densidades .......................................................................................................... 32
4.2. Estructuras multicapas ................................................................................................ 33
4.2.1. Propiedades mecánicas ....................................................................................... 34
4.2.2. Propiedades de barrera ....................................................................................... 34
4.2.3. Densidad .............................................................................................................. 35
5. Discusión de resultados ................................................................................................... 36
6. Aplicación ........................................................................................................................ 42
7. Trabajo posterior ............................................................................................................. 43
8. Conclusiones.................................................................................................................... 44
9. Bibliografía ...................................................................................................................... 44
5
Índice de ilustraciones
Ilustración 1. Tensión superficial de polímeros biodegradables. (Liang, H.-l., & Zhang,
J.-H. ,2010). .................................................................................................................... 12
Ilustración 2. Perfiles módulo de Young de polímeros biodegradables (Endres &
Siebert-Raths, Engineering Biopolymers: Markets, Manufacturing, Properties and
Applications, 2011). ........................................................................................................ 16
Ilustración 3. Perfiles resistencia a la tracción de polímeros Biodegradables (Endres &
Siebert-Raths, 2011). ...................................................................................................... 16
Ilustración 4. Propiedades de barrera al oxígeno de polímeros biodegradables (Endres
& Siebert-Raths, 2011), (Goodship & Ogur, 2005), (Mora). ......................................... 17
Ilustración 5. Propiedades de barrera al vapor de agua de polímeros biodegradables en
comparación con PET y (Mia, Shyub , Wub, Leea, Shyongc , & Huangd, 2001), (Liang
& Zhang, 2010), (Endres & Siebert-Raths, 2011). ......................................................... 17
Ilustración 6. Elaboración y caracterización de láminas. ............................................. 19
Ilustración 7. Perfiles de temperaturas y presión en la extrusora doble tornillo. ......... 21
Ilustración 8. Extrusión de láminas de ácido poliláctico. .............................................. 21
Ilustración 9. Comparación entre láminas de PVOH sin y con tratamiento en solución
con ondas de ultrasonido. ............................................................................................... 22
Ilustración 10. Extrusión de láminas de mezcla ácido poliláctico + alcohol polivinílico.
........................................................................................................................................ 23
Ilustración 11. Cálculo del módulo de Young por defecto en equipo Instron 3367
(INSTRON). .................................................................................................................... 24
Ilustración 12. Acomodación estructural de láminas multicapas de PLA y PVOH. ..... 25
Ilustración 13. Láminas de PVOH por recubrimiento de moldes en solución. .............. 26
Ilustración 14. Láminas de PLA por extrusión y calandrado. ....................................... 27
Ilustración 15. Láminas de adhesión por extrusión y calandrado. ................................ 27
Ilustración 16. Curvas de esfuerzo (MPa) vs Deformación (%) para alcohol
polivinílico y ácido poliláctico. ...................................................................................... 27
Ilustración 17. Curvas de esfuerzo (MPa) vs Deformación (%) para películas extruidas
de mezclas de PLA y PVOH. .......................................................................................... 28
Ilustración 18. Tasa de transmisión de vapor de agua teórica y experimental de láminas
de PLA y PVOH en contraste con lamias de adhesión (Endres & Siebert-Raths, 2011).
........................................................................................................................................ 29
6
Ilustración 19. Tasa de transmisión de oxigeno vs tiempo para el cálculo de tasa de
transmisión de oxigeno (OTR) para láminas de PVOH. ................................................ 29
Ilustración 20. Tasa de transmisión de oxigeno vs tiempo para el cálculo de tasa de
transmisión de oxigeno (OTR) para láminas de PLA. ................................................... 30
Ilustración 21. Fotografía MOB x5000 lámina de adhesión superficie no homogénea. 31
Ilustración 22. Fotografía MEB 10000 X lámina de adhesión superficie medianamente
homogénea. ..................................................................................................................... 31
C, DP=1700. A: 98-99% hidrolizado; B: 87-89 % hidrolizado; C: 78-81% hidrolizado.
(Marten, 2002). ............................................................................................................... 32
Ilustración 24. Lamina multicapa de Alcohol polivinílico y ácido poliláctico utilizando
como láminas de adhesión mezclas de ácido poliláctico y alcohol polivinílico 10 %. .. 33
Ilustración 25. Fotografía 200X de una lámina multicapa de [lámina de PLA/
PLA+PVOH/ lámina PVOH/ PLA+PVOH/ lámina de PLA]........................................ 33
Ilustración 26. Fotografía 130X microscopía electrónica de barrido corte transversal
lamina multicapa. ........................................................................................................... 33
Ilustración 27. Fotografía 400X microscopía electrónica de barrido lámina multicapa.
........................................................................................................................................ 34
Ilustración 28. Curvas de esfuerzo (MPa) vs Deformación (%) para la estructura
multicapa de cinco películas. ......................................................................................... 34
Ilustración 29. Tasa de transmisión de oxigeno vs tiempo para el cálculo de tasa de
transmisión de oxigeno (OTR) de la estructura multicapa. ........................................... 35
Ilustración 30. Tasa de transmisión de vapor de agua (WVT) de láminas individuales y
lamina multicapa. ........................................................................................................... 39
Ilustración 31. Tasa de transmisión de Oxígeno (OTR) láminas individuales y
estructura multicapa. ...................................................................................................... 40
Ilustración 32. Fotografía 200X de lámina multicapa, espesor lámina de alcohol
polivinílico. ..................................................................................................................... 42
Ilustración 33. Fotografía 200X de lámina multicapa, espesor lámina de ácido
poliláctico. ...................................................................................................................... 42
Ilustración 34. Termoformado de láminas multicapas. .................................................. 43
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Índice de tablas
Tabla 1. Hidrófilo/ hidrófobo de biopolímeros (Vieira M., et al, 2011). ...................... 11
Tabla 2.Propiedades típicas del material, (NatureWorks LLC, 2011). ........................ 20
Tabla 3. Perfiles de temperaturas en la extrusora de doble tornillo. ............................ 21
Tabla 4. Análisis experimental de permeabilidad al vapor de agua para láminas que
constituyen la estructura. ............................................................................................... 28
Tabla 5. Tasa de transmisión y permeación al oxigeno del ácido poliláctico y alcohol
polivinílico. ..................................................................................................................... 30
Tabla 6. Densidades por método de Arquímedes para cada una de las capas que
conforman la estructura multicapa. .............................................................................. 32
Tabla 7. Tasa de transmisión de vapor de agua y permeanza de láminas multicapas. . 34
Tabla 8. Tasa de transmisión y permeación al oxigeno del estructura multicapas de
cinco laminas. ................................................................................................................. 35
Tabla 9. Densidad por método de Arquímedes para estructuras multicapas. ............... 35
Tabla 10. Módulos de Young estimados de la estructura multicapa.............................. 36
Tabla 11. Validación experimental del modelo de predicción de propiedades mecánicas.
........................................................................................................................................ 36
Tabla 12. Transmisión al vapor de agua estimado de la estructura multicapa. ............ 37
Tabla 13. Permeanza al vapor de agua estimado de la estructura multicapa ............... 38
Tabla 14. Validación experimental del modelo de predicción de propiedades de barrera
WTR. ............................................................................................................................... 38
Tabla 15. Validación experimental del modelo de predicción de propiedades de barrera
permeanza al vapor de agua. ......................................................................................... 38
Tabla 16. Validación experimental del modelo de predicción de propiedades de barrera
OTR. ................................................................................................................................ 40
Tabla 17. Validación experimental del modelo de predicción de propiedades de barrera
permeanza al Oxígeno. ................................................................................................... 40
Tabla 18. Densidad estimada mediante ley aditiva de masas. ....................................... 41
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INTRODUCCIÓN
En representación de un mercado mundial de $ 38 mil millones de dólares
anuales para el año 2011, la industria del empaque flexible está creciendo
rápidamente, desarrollando nuevos materiales para satisfacer y exceder las
expectativas de los consumidores (Thellen, 2012). Esto ha dado lugar a
innovaciones en cuanto a estructuras multicapas que permitan ir un paso
adelante en cuanto al rendimiento de un empaque convencional. Thomas &
Barry (Butler, 2009) han señalado que los envases flexibles multicapas se
muestran como la combinación de dos o más laminas en una estructura para
proporcionar protección funcional o propiedades mecánicas específicas. Sin
embargo, la preocupación por la persistencia de los plásticos en el medio
ambiente y las emisiones durante la incineración, ha llevado a incrementar los
esfuerzos por desarrollar productos alternativos a los convencionales, generando
atracción por los plásticos biodegradables. Un interés considerable en estructuras
multicapas formadas a partir de polímeros biodegradables han llevado a la
búsqueda de un equilibrio entre rendimiento, propiedades de barrera a la
humedad y gases, así como propiedades mecánicas y facilidades de proceso
(Rhim, Mohanty, & Sing, 2006). Sin embargo, el rendimiento esperado de
materiales bioplásticos utilizados en el empaque de alimentos debe garantizar
que el contenido del alimento se mantenga, proveer protección y mantener la
calidad nutritiva del alimento. Para satisfacer con estas funciones se deben
controlar las propiedades mecánicas y de barrera, que en consecuencia
dependen de la naturaleza de los materiales que componen la estructura
(Thellen, 2012).
Como respuesta a lo anterior el objetivo de este proyecto de grado es elaborar
estructuras multicapas utilizando polímeros biodegradables. En el propósito de
desarrollar estructuras se propone mejorar las propiedades de barreras al oxígeno
y humedad, como también las propiedades mecánicas de láminas individuales
biopoliméricas. Se busca caracterizar las películas individuales para desarrollar
un modelo estructural que permita anticipar el resultado de la estructura final en
cuanto a propiedades mecánicas, de barrera y densidad. Se elaboran estructuras
multicapas vía co-laminación, y se valida la efectividad del diseño estructural
mediante ensayos de tensión y permeabilidad que permitan corroborar la
efectividad del diseño. Finalmente, se estudian cortes trasnversales de las
estructuras multicapas utilizando microscopía óptica.
Los empaques flexibles multicapa son la combinación de dos o más capas en
una matriz que proporciona propiedades funcionales y de protección.
Dependiendo de la aplicación, se seleccionan los polímeros que aportan
propiedades específicas al diseño de la estructura, con el fin de cumplir con los
requisitos de desempeño específicos de una aplicación en particular. El diseño
de una estructura multicapa responde a requerimientos en cuanto a propiedades
de rendimiento específicas que no pueden ser satisfechas por un polímero o
incluso con mezclas de polímeros extruidos en una lámina mono capa (Butler,
2009).
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El método empleado para la elaboración de la estructura multicapa es el de co-
laminación, el cual se utiliza comúnmente para combinar dos o más películas en
una sola estructura. Con base a lo anterior, laminaciones entre dos polímeros que
no son químicamente compatibles se pueden hacer por laminaciones adhesivas o
laminaciones de extrusión. De acuerdo a Thomas & Barry (Butler, 2009), en
laminaciones adhesivas los sustratos se combinan utilizando un material
adhesivo; en laminaciones de extrusión los sustratos se adhieren entre sí usando
un lamina delgada de un polímero fundido que se usa como lámina de adhesión.
Dado a la no disponibilidad de adhesivos biodegradables a nivel local, se opta
por realizar laminaciones de extrusión; para esto, se elaboran por extrusión
láminas de mezcla de los polímeros particularmente involucrados en el diseño.
Para satisfacer esto, se propone un diseño estructural que cumpla con la
acomodación [Capa exterior/ Capa de adhesión/ Capa núcleo/ Capa de adhesión/
Capa exterior].
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1. Objetivos
1.1 Objetivos generales
1) Desarrollar y caracterizar una estructura multicapa con base en
polímeros biodegradables, evaluando la viabilidad de uso en la
fabricación de empaques para alimentos.
1.2 Objetivos específicos
1) Análisis teórico de compatibilidad fisicoquímica entre diferentes
familias de biodegradables.
2) Selección de familias para posibles estructuras multicapa.
3) Obtención y caracterización de películas o láminas de biodegradables.
4) Diseño estructural que permita predecir las propiedades mecánicas y de
barrera de las posibles estructuras multicapas mediante modelos
existentes.
5) Validación experimental de los diseños vía co-laminación.
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2. Estado del arte
La gran cantidad de puentes de hidrogeno que conforman la estructura molecular
de la mayoría de los plásticos biodegradables, los hacen excelentes barreras a
sustancias no polares como el oxígeno. Algunos biopolímeros poseen buen
desempeño mecánico, sin embargo una estructura multicapa se puede ver
afectada por la compatibilidad físico- química entre películas. Para controlar
esto se realiza un análisis teórico de propiedades físico químicas para los
polímeros involucrados.
Entre los materiales biodegradables, se consideran principalmente tres familias;
la primera consiste en polímeros extraídos directamente de biomasa como los
polisacáridos: almidón, quitosano y celulosa; las proteínas como: gluten, zeína y
soya. Una segunda familia comprende los polímeros producidos por síntesis
clásica, utilizando monómeros derivados de biomasa, es el caso del ácido poli-
láctico (PLA). La tercera familia comprende polímeros producidos por
microorganismos o bacterias genéticamente modificadas, entre los ejemplos de
éstos se incluyen los polihidroxialcanoatos (PHAs) (Olabarrieta, I., 2005).
Las propiedades físico químicas de estas familias determinan la compatibilidad
entre ellas, se consideran principalmente análisis teórico de tensión superficial,
estructura molecular y componentes de solubilidad.
La compatibilidad físico química se puede estudiar mediante la afinidad en
cuanto a estructura molecular de los polímeros, en la Tabla 1 se muestran los
caracteres Hidrófilo/ hidrófobo de algunos biopolímeros.
Tabla 1. Hidrófilo/ hidrófobo de biopolímeros (Vieira M., et al, 2011).
El diseño de la estructura y la compatibilidad entre películas individuales
determinaran el uso de adhesivos o laminaciones de extrusión para la unión entre
capas cuyas propiedades físico químicas no los hacen compatibles. Según
Thomas y Morris (Butler, T.Y. & Morris, B.A, 2009) para co-laminaciones se
requiere buena humectación, que es función de la viscosidad, la polaridad y la
tensión superficial. Una vez que se logra un buen contacto, los segmentos
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moleculares pueden difundirse a través de la interfaz proporcionada por la
compatibilidad de las moléculas. Con el fin de comprender como seria la
interacción entre láminas de diferentes biodegradables se consideran los valores
de tensión superficial, como también componentes de solubilidad polar y
dispersivo para los polímeros biodegradables más comerciales, ilustración 1.
Ilustración 1. Tensión superficial de polímeros biodegradables. (Liang, H.-l., & Zhang,
J.-H. ,2010).
A partir del análisis teórico entre las principales propiedades físicas químicas
como es el carácter cualitativo a nivel molecular se pensaría en aprovechar la
afinidad entre los polímeros biodegradables hidrófobos: ácido polilactico (PLA);
policaprolactona (PCL) y polihidroxialcanoatos (PHA). Por otra parte los
polímeros biodegradables alcohol polivinílico, almidón, quitosano y celulosa
muestran buena compatibilidad físico química entre ellos dado a que son su
hidrófilos. Sin embargo, la alta tensión superficial que presentan la celulosa y el
quitosano hacen a estos polímeros incompatibles con los biodegradables como el
PVOH, PLA y PCL.
De análisis de compatibilidad teórico se seleccionan como posibles
biodegradables el PLA y PCL como hidrófobos; y el PVOH como hidrófilo.
Sin embargo, una estructura multicapa debe responder a requerimientos en
cuanto a propiedades de rendimiento específicas que no pueden ser satisfechas
por un polímero, es por esto que no solo se debe estudiar la compatibilidad físico
química entre biodegradables sino en el desempeño a nivel estructural y
funcional que cada una de las capas constituyentes le aportarían a la estructura.
Como también la disponibilidad en el mercado y la facilidad de procesamiento
con los equipos disponibles en el laboratorio donde se está trabajando. Si hay
materiales que no son compatibles entre sí, pero cumple con los requerimientos
funcionales en cuanto a propiedades mecánicas y de barrera, se recurre a
estrategias que mejorar el proceso difusivo entre dos materiales para mejorar la
adhesión. Es por esto que en el diseño de estructuras multicapas con polímeros
convencionales que no tienen buena compatibilidad entre sí, se utilizan resinas
de adhesión como poli-olefinas o co-polímeros de etileno. La resina es escogida
por su compatibilidad con una de las capas a ser adherida para aprovechar el
mecanismo de difusión en la adhesión.
50 51
36,5
70
58,8
13 11 11,4
3741
25,1
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Acido poliláctico PolicaproLactona Alcohol Polivinilico Quitosan Celulosa
[mJ
m-2
]
tensión superficial [mJ m-2] Polar component gp [mJ m-2] Dispersive component gd [mJ m-2]
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Como criterios claves que afectan las características del alimento empacado, se
encuentran las propiedades de proceso que involucran temperatura de fusión,
temperatura de transición vítrea, viscosidad aparente en relación a la tasa de
cizalla. Adicionalmente, las propiedades de producto terminado de cada
biopolímero permiten predecir las características de una estructura multicapa
final. Entre ellas se hace énfasis en propiedades de tensión como son el módulo
de elasticidad (Young), resistencia al impacto charpy, resistencia a la tracción,
alargamiento a la rotura, dureza, tensión superficial y componentes polares y
dispersivos.
Las propiedades que exponen individualmente cada una de la capas permiten
predecir las características de una estructura multicapa final. Entre ellas se hace
énfasis en propiedades mecánicas de tensión específicamente en el módulo de
elasticidad (Young); densidad y propiedades de barrera al vapor de agua y
oxígeno. Con el fin de obtener una aproximación de las propiedades mecánicas,
de barrera y densidad de la estructura multicapa se utilizan modelos de
predicción en el que capa una de las láminas aporta sus características sobre la
estructura multicapa. Las validaciones de los modelos experimentalmente
permiten plantear hipótesis acerca de los comportamientos de cada una de las
láminas después de ser procesadas en la colaminación de la estructura.
2.1. Modelo de predicción de propiedades Mecánicas
Las propiedades mecánicas de una estructura multicapa se pueden estimar
utilizando la ley de mezclas como se muestra en la ecuación 1, es decir, la suma
de la propiedad mecánica multiplicada por su espesor dividido entre el espesor
total de la estructura unidad estima el valor de la propiedad de la estructura
(Butler, 2009).
Ecuación 1.
Donde,
M= Propiedad mecánica de la película multicapa.
t1=Espesor de la capa.
M1=Propiedad mecánica por unidad de espesor.
n=Número de capas.
No obstante, es necesario aclarar que el modelo que genera aproximaciones en
cuanto a las propiedades mecánicas de resistencia a la tracción y módulo de
Young que se describe en la ecuación 1 y no tiene en cuenta interacciones
negativas o positivas entre las capas o la influencia de la variables de proceso u
n
nn
tKtt
MtKMtMtM
.
...
21
2211
14
orientación. Adicionalmente, Butler (Butler, 2009) menciona que otra de las
razones para que el modelo de aproximación no sea completamente efectivo, se
debe a que las propiedades mecánicas de las películas monocapas pueden dar
resultados engañosos debido a que hay algunas propiedades que presentan un
sesgo frente al espesor probado; es decir, no hay una relación lineal entre el
espesor de la película y sus propiedades mecánicas. Complementariamente, el
proceso de elaboración de la estructura puede generar diferencias entre las
películas colaminadas y las películas monocapas. Sin embargo, la ley de mezclas
utilizado para estimar las propiedades mecánicas puede ser utilizado para dar
una aproximación de las propiedades y posteriormente validarlas
experimentalmente.
2.2. Modelo de predicción de propiedades de barrera
Además de las propiedades mecánicas requeridas, las estructuras multicapas
responden a la necesidad de un empaque para proteger al alimento contra el
oxígeno y la humedad. Para estudiar la permeación que ocurre a través de un
empaque multicapa se consideran tres fenómenos. El primero consiste en que las
moléculas se disuelven en la superficie de la capa externa. Después, las
moléculas atraviesan las capas por transferencia de masa difusiva. Finalmente, la
molécula sufre desorción en el lado de la capa interna del empaque. La
permeación ocurre gracias a gradientes de concentración y/o presión, y es
sensible a variaciones de temperatura y humedad relativa (Butler, 2009).
El rendimiento esperado de materiales bio-plásticos utilizados para empaque de
alimentos, debe garantizar que el contenido del alimento se mantenga, proveer
protección y mantener la calidad nutritiva del alimento. Se debe considerar que
para realizar estas funciones es importante controlar las propiedades de barrera y
mecánicas, que en consecuencia dependen de la estructura de los materiales que
componen la estructura (Thellen, C., 2012).
Butler (Butler, 2009) menciona que la tasa de permeación es función de la
difusion en estado estacionario. Adicionalmente, la difusión es una función de la
soulbilidad tan como se muestra en la ecuación 2:
Ecuación 2.
La tasa de trasmisión en estado estacionario de un gas a través de un polímero es
inversamente proporcional al espesor de la lámina. El coeficiente de permeación
de una estructura multicapa está determinado por la resistencia a la permeación
de cada una de las láminas que conforman la estructura:
Ecuación 3.
SDP .
n
n
P
f
P
f
P
f
P ...
1
2
2
1
1
15
Dónde:
P= Permeabilidad a través del polímero [g/s-cm].
D= Difusividad a través de un polímero [cm2/s].
S= Coeficiente de solubilidad de un material en el polímero [g/cm3].
fn= Radio de espesor del polímero n.
Pn= Coeficiente de permeabilidad del polímero n.
2.3. Estimación de densidad estructural
Para estimar el valor de la densidad de una estructura compuesta por múltiples
capas, se puede hacer uso de la ley aditiva de mezclas (Throne, 2004) definida
por la ecuación 4.
Ecuación 4.
YYxxM xx
En donde:
ρx=Densidad del material x.
ρy= Densidad del material y.
x, y= Fracciones másicas nominales de cada componente de la estructura.
3. Metodología
3.1. Materiales y Métodos
3. 1. 1. Selección de familias de biodegradables
Para la selección de los polímeros que compongan la estructura se realiza una
selección de los polímeros teniendo como criterios claves las propiedades
mecánicas, de barrera, disponibilidad en el mercado y facilidad de
procesamiento disponible.
De acuerdo a (López, 2006) los materiales utilizados en la capa exterior de una
estructura multicapa deben tener capacidad de impresión y que proporcione
consistencia y excelente desempeño mecánico, como es el caso de
polietilénteleftalato (PET). Para estudiar las propiedades mecánicas de los
polímeros se tiene principalmente en consideración el módulo de Young y las
resistencias a la tracción. La ilustración 2 representa el módulo de elasticidad de
polímeros biodegradables en comparación con el PET:
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Ilustración 2. Perfiles módulo de Young de polímeros biodegradables (Endres &
Siebert-Raths, Engineering Biopolymers: Markets, Manufacturing, Properties and
Applications, 2011).
Para complementar la información en cuanto al desempeño mecánico de los
polímeros se presenta la siguiente grafica que indica valores de resistencia a la
tracción de biodegradables en comparación con el PET.
Ilustración 3. Perfiles resistencia a la tracción de polímeros Biodegradables (Endres
& Siebert-Raths, 2011).
Es importante identificar los biopolímeros en consideración a los rangos de
módulos de elasticidad de los termoplásticos (0,39 - 3,34 GPa) y los
termoestables (6,86 – 12,74 GPa) (Endres & Siebert-Raths, 2011). Aquellos
polímeros cuyos módulos de elasticidad sean elevados se consideran materiales
rígidos ante esfuerzos de alargamiento y estirado. Por otra parte se tiene en
consideración la resistencia a la tracción para determinar si cierto polímero
soporta cargas axiales que tienden a alargarlos. Para proveer la protección
mecánica necesaria a la estructura, lámina externa el polímero debe ser capaz de
soportar esfuerzos de tensión. De acuerdo al análisis teórico de las propiedades
mecánicas de algunos polímeros biodegradables en comparación con las
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convenciones (Ilustración 2 y 3), los posibles polímeros para ser utilizados como
lámina exterior en la estructura son:
• Ácido poliláctico.
• Ácido poliglicólico.
• Polihidroxialcanoato.
En cuanto a la selección del polímero que constituya la lámina núcleo de la
estructura, se busca un material que presente buen desempeño en relación a
propiedades de barrera al oxígeno y humedad. Dentro de los polímeros
convencionales los utilizados como barrera son EVOH y PET. El polímero
EVOH muestra buenas propiedades de barrera en cuanto al oxígeno, dióxido de
carbono y nitrógeno. Por otra parte, los polímeros comúnmente utilizados como
barrera a la humedad son polietileno (particularmente de alta densidad),
polipropileno, cloruro de polivinilideno (PVdC).
La ilustración 4 muestra las propiedades de barrera al oxígeno para algunos
biopolímeros en comparación con los polímeros convencionales mencionados:
Ilustración 4. Propiedades de barrera al oxígeno de polímeros biodegradables (Endres
& Siebert-Raths, 2011), (Goodship & Ogur, 2005), (Mora).
La ilustración 5 muestra los valores de tasa de trasmisión de vapor para algunos
polímeros biodegradables de interés en comparación con los polímeros
convencionales polietilenteleftalto (PET) y polipropileno.
Ilustración 5. Propiedades de barrera al vapor de agua de polímeros biodegradables
en comparación con PET y (Mia, Shyub , Wub, Leea, Shyongc , & Huangd, 2001),
(Liang & Zhang, 2010), (Endres & Siebert-Raths, 2011).
18
Teniendo en consideración el criterio de selección por propiedad mecánica como
también disponibilidad local de la resina y facilidad de proceso mediante equipo
disponible de extrusión doble tornillo se selecciona el ácido poliláctico como
lámina externa de la estructura multicapa. En cuanto a la selección del polímero
que conforma la lámina núcleo, las ilustraciones 4 y 5 señalan al alcohol
polivinílico como el mejor polímero para ser empleado como barrera en el
diseño de la estructura dado a su buen desempeño como barrera al oxígeno y al
vapor de agua.
El ácido poliláctico (PLA) es un polímero termoplástico y biodegradable;
muestra comportamientos mecánicos y de barrera comparables a los polímeros
sintéticos poliestireno (PS) y tereftalato de polietileno (PET). El PLA presenta
buen desempeño en cuanto a resistencia al calor y transparencia. Sus
propiedades mecánicas y de proceso generan gran interés para ser utilizado en
muchas aplicaciones de envasado. El dímero cíclico del ácido láctico es la
láctida, que existe en forma de dos isómeros ópticos, el D y el L. La L-lactida es
la que contiene el estereoisómero natural, mientras la DL-lactida está formada
por los dos estereoisómeros. El homopolímero derivado del monómero natural,
L-láctico (L-PLA), es un polímero semicristalino (grado de cristalinidad del
37%), debido principalmente a su estereoregularidad, tiene alta resistencia a la
tensión y baja elongación, por lo tanto tiene un módulo de Young elevado
(Boonfaung, 2011).
El alcohol polivinílico (PVOH) es un polímero objeto de estudio en el
desarrollo de empaques y adhesivos biodegradables. El PVOH es un material
con un alto potencial tecnológico debido a que es procesable fácilmente en
solución; además presenta buen desempeño como barrera al oxígeno y al vapor
de agua. Debido a sus excelentes propiedades ópticas y físicas, el PVOH se
utiliza con éxito en una amplia gama de campos industriales. Sin embargo, el
PVOH es relativamente caro y tiene una tasa de biodegradación bajo (Tang,
2011).
El ácido poliláctico tiene propiedades que lo hacen apropiado para ser utilizado
como una capa de protección para películas de alcohol polivinílico, excepto a la
baja compatibilidad que se presenta entre estos dos polímeros tal como lo
muestra el análisis teórico de compatibilidad físico química previo. La figura 1
indica que el ácido poliláctico tiene una tensión superficial de 50 mJ/m-2
;
componente polar 13 mJ/m-2
y componente dispersivo de 37 mJ/m-2
. Por otra
parte, el alcohol polivinílico tiene una tensión superficial de 36,5 mJ/m-2
;
componente polar 11 mJ/m-2
y componente dispersivo de 25,1 mJ/m-2
. Lo
anterior indica que ambos polímeros no presentan buena compatibilidad físico
química ya que sus componentes de difusión dispersivos se encuentran muy
alejados entre sí. A pesar de tener problemas con la adhesión, las propiedades
mecánicas y de barreras los hacen atractivos para ser empleados en la estructura.
Para mejorar la adhesión se propone una mezcla de alcohol polivinílico y ácido
poliláctico, la cual se procesa por extrusión para elaborar laminas que se
desempeñen como capas de adhesión. Por otra parte, la elección de alcohol
polivinílico como lamina núcleo permitiría elaborar una estructura que además
19
de desempeñarse por su buen desempeño mecánico, sería buena barrera a la
humedad y al oxígeno.
El diseño que se propone con estos dos polímeros consiste en una estructura
conformada por una primera capa que comprende ácido poliláctico el cual se
caracteriza por tener un punto de ebullición alto (175-178ºC) y un
transición vítrea de 70 ºC ; y al menos una capa intermedia entre ellas, que
comprenden una mezcla de ácido poliláctico con alcohol polivinílico.
3. 1. 2. Obtención y caracterización de láminas individuales
En la ilustración 6 se muestra la metodología de elaboración y caracterización
de las láminas individuales que conforman la estructura.
Ilustración 6. Elaboración y caracterización de láminas.
20
3. 1. 3. Elaboración de láminas de ácido poliláctico.
En estado sólido, el PLA puede ser amorfo o semicristalino, depende de la
estereoquímica e historia térmica. Para el PLA amorfo, la temperatura de
transición vítrea determina la mayor temperatura de uso para la mayoría de
aplicaciones comerciales. La temperatura de transición vítrea (Tg) está
comprendida normalmente entre 55-65ºC mientras que la temperatura de fusión
(Tm) de la poliláctida que sólo contiene el isómero L- o D- se encuentra entre
160-180ºC.
Para esta aplicación se utiliza ácido poliláctico comercial Ingeo biopolymer
2003D un producto de Nature Works LLC. Las características del producto se
muestran en la tabla 2.
Propiedades físicas Ingeo 2003 D
Gravedad específica 1,24
Índice de fluidez (MFR) g/10 min (210 ,
2.16 kg) 6
Densidad 23 ͦC , [kg/m3] 1240
Propiedades físicas
Módulo de Young , [Gpa] 3,5
Resistencia a la tracción, [Mpa] 53
Resistencia a la tracción de fluencia, [Mpa] 60
Tabla 2.Propiedades típicas del material, (NatureWorks LLC, 2011).
Ácido poliláctico comercial Ingeo 2003D se procesa en una extrusora de doble
tornillo con dado plano y calandrado para formar láminas de ácido poliláctico
homopolímero L-PLA (haciendo uso del equipo brabender Plasti-Corder-
modalidad extrusión). El proceso para la elaboración de las láminas se basa en
las especificaciones del proveedor (NatureWorks LLC, 2011). Los pellets de
PLA deben secarse por 3 horas a 60°C en un horno de aire previamente a la
extrusión, ya que se recomienda un contenido menor al 0,025% de humedad
para prevenir la degradación del material. Los perfiles de temperatura según el
proveedor deben ajustarse a:
- Temperatura de Alimentación: 180°C.
- Zona de compresión: 190°C.
- Sección de medición: 200°C.
- Adaptador: 200°C.
- Temperatura del dado: 190°C.
Dado a que en se realizó la extrusión de PLA seguida por la extrusión de la
lámina intermedia de mezcla (PLA 90% y PVOH 10%), se optó por utilizar una
temperatura de extrusión que permitiera la elaboración de PLA y de la lámina de
mezcla durante la misma experimentación. De modo
21
El perfil de temperatura del proceso fue tomado a tres corridas con variaciones
insignificativas:
Tabla 3. Perfiles de temperaturas en la extrusora de doble tornillo.
HZ1= Tolva de alimentación.
HZ2=Temp. De Alimentación.
HZ3=Zona de compresión.
HZ4= Sección de medición.
HZ5=Adaptador.
HZ6=Temperatura del dado.
Ilustración 7. Perfiles de temperaturas y presión en la extrusora doble tornillo.
La presión en la zona de medición HZ4 fue de 700 [bar] como se muestra en la
Ilustración 7. La Ilustración 8 corresponde al calandrado de láminas de ácido
poliláctico una vez sale del dado plano.
Ilustración 8. Extrusión de láminas de ácido poliláctico.
3. 1. 4. Elaboración láminas de Alcohol polivinílico.
La técnica empleada para la elaboración de películas de PVOH es vertido o
recubrimiento de moldes con la resina en solución. Para esto se utiliza resina de
alcohol polivinílico parcialmente hidrolizado (87 ~ 89 % hidrólisis) kuraray
POVAL® PVA 224 SB.
22
Se utiliza la metodología descrita en trabajos experimentales anteriores (Abd
El-Kader, 2002) para elaborar láminas de alcohol polivinílico. Para esto se
preparan soluciones entre 8 y 10% disolviendo PVA en agua desionizada y
luego se mantienen a temperatura ambiente durante 24 h. Después la mezcla
debe someterse a calentamiento T= 60 ° C y agitación de 60 rpm por 4 horas
hasta que el polímero sea completamente soluble. Finalmente, el procedimiento
indica recubrir superficies lisas y exponerse a calentamiento en un horno de aire
a 40°C durante 48 horas. Experimentalmente se evidencia gran cantidad de aire
atrapado en la solución de PVOH, por lo que se expuso la solución de PVOH a
ondas de ultrasonido mediante un (Sonicator bath) para eliminar la mayor
cantidad de aire, los mejores resultados se encontraron después de 1 hora (Figura
8). Adicionalmente, es necesario utilizar una lámina de teflón sobre la superficie
lisa, debido a que el PVOH se adhiere fácilmente a la superficie que recubre. En
la ilustracion 9 se muestran las láminas de alcohol polivinílico elaboradas por
recubrimiento por solución al 10% w/w.
Ilustración 9. Comparación entre láminas de PVOH sin y con tratamiento en solución
con ondas de ultrasonido.
3. 1. 5. Elaboración láminas de adhesión.
Las capas de adhesión sirven para proporcionar un vínculo entre las capas de
ácido poliláctico y la capa de alcohol polivinílico. Se esperaría que extruir una
mezcla del 50 % de estos dos polímeros mejorar
y el comportamiento reológico tan disímil limita la extrusión de mezclas con alto
contenido de alcohol polivinílico PVOH. A pesar de estas limitaciones se
extruye una mezcla del 10 % PVOH y se obtienen laminas que mejoran
considerablemente la adhesión entre láminas de alcohol polivinílico PVOH y
ácido poliláctico PLA. Los perfiles de temperatura para extruir esta mezcla son
los mismos que en la extrusión de PLA (Tabla 3, Id A).
23
Ilustración 10. Extrusión de láminas de mezcla ácido poliláctico + alcohol polivinílico.
3. 1. 6. Caracterización de láminas biodegradables.
Siguiendo la norma ASTM D 882-91 (Standard Test Method for Tensile
Properties of Thin Plastic Sheeting), se evalúan las propiedades mecánicas de las
películas con ensayos de tensión utilizando la máquina universal de ensayos
INSTRON 3367 p
ensayos tienen un ancho de 25,4 mm, la separación entre mordazas es de 50 mm.
Esto ensayos arrojan como resultados curvas de esfuerzo vs deformación. La
rigidez de un material se caracteriza por su módulo de Young, entre más alto sea
su valor más rígido será el material. El cálculo del módulo de Young determina
la pendiente de la curva de esfuerzo/deformación en su parte lineal. De acuerdo
a la información del software (INSTRON) que utiliza el equipo INSTRON 3367,
el cálculo del módulo de Young sigue el algoritmo:
• Localización del punto entre los datos que es mayor o igual al 2% de la
carga máxima y el valor de carga máximo.
• Cálculo de la fluencia por pendiente cero para determinar si hay un punto
de fluencia en los datos.
• Emplea el primer punto de datos como valor inicial (B) y el punto de
fluencia o el punto de carga máxima como valor final (C).
• Divide los datos del eje de esfuerzo entre los valores inicial y final en 6
regiones iguales.
• Aplica un algoritmo de ajuste de mínimos cuadrados a todos los puntos
de cada región para determinar la pendiente de cada región.
• Determina el par de regiones consecutivas que tiene la mayor suma de
pendientes y asigna el valor del módulo a la región que tiene mayor pendiente.
En la ilustración 11, se observa que el primer dato corresponde a 0 MPa
mientras que el valor mayor es 5 MPa. El software divide este rango en seis
regiones, de las cuales la tercera región tiene la pendiente mayor, por lo que el
sistema traza una línea tangente a lo largo de la pendiente de dicha región.
Dando el valor al módulo (A) de la pendiente mayor (D).
24
Ilustración 11. Cálculo del módulo de Young por defecto en equipo Instron 3367
(INSTRON).
Con base a la norma ASTM E- 96 (Standard Test Methods for Water Vapor
Transmission of Materials) se realizan mediciones de transmisión de vapor de
agua con el fin de determinar la tasa de transmisión al vapor de agua y
permeanza de las películas de ensayo. Esto se realiza utilizando una cámara de
humedad y temperatura controlada (Olabarrieta, I., 20
de peso se mide en función de tiempo durante 12 horas. Para cada lámina se
analizan dos muestras.
La permeabilidad al oxígeno de las películas se determina mediante el uso del
equipo para pruebas de permeabilidad Mocon Oxtran 2/21 siguiendo la norma
ASTM D-3985-81 (Standard Test Method for Oxygen Gas Transmission Rate
Throug
seco (0% RH). El tipo de muestra es de 50 cm2, 0.4 mm de espesor. Con un
tiempo de acondicionamiento de 3 hr y se realizan 4 ciclos en los que se toman
datos. La tasa de transmisión de oxigeno (OTR) se obtiene en cm3O2/
m2.día.atm. Para obtener los coeficientes de difusión de oxígeno se multiplican
los valores de OTR por el espesor de las láminas. Para cada tipo de lámina se
analizan dos muestras.
Debido a que las mediciones de permeabilidad al vapor de agua y al oxígeno
dependen del espesor de película, es necesario medir el calibre de cada una de
las láminas utilizando un medidor de espesores, siguiendo la norma ASTM
D6988 (Standard Guide for Determination of Thickness of Plastic Film Test).
Para analizar la capacidad de impresión y adhesión de la superficie de las
películas, se realizan ensayos de tensión superficial utilizando pruebas de ángulo
de contacto, siguiendo la norma ASTM D 2578 (Standard Test Method for
Wetting Tension). Para esto se utilizan lápices de prueba con niveles 22-28
dinas/cm PARES y tintas de prueba de las series:
• 30-46 mN/m CONSECUTIVOS y 48 mN/m.
• 54-70 mN/m PARES.
25
Adicionalmente, se determina la densidad aparente por el método de
Arquímedes empleando una balanza de densidades.
Finalmente, se estudia la superficie de fractura de las estructuras multicapas
utilizando microscopía óptica.
3. 1. 7. Validación de los diseños vía colaminación.
láminas. El otro mét
presión; este último método permite controlar presión y temperatura lo que
resulta en láminas con mejor adhesión entre las capas que conforman la
estructura. Para objetivos de este proyecto se busca elaborar una lámina
multicapa con buena adhesión, no se optimizan las propiedades funcionales
controlando el espesor de cada una de las láminas. La acomodación de las capas
en la lámina desarrollada tiene la acomodación con sus respectivos espesores
mostrada en la ilustración 12.
Ilustración 12. Acomodación estructural de láminas multicapas de PLA y PVOH.
Los modelos de aproximación de las ecuaciones 1, 3 y 4 son validados mediante
la comparación de los valores estimados con los medidos experimentalmente.
Con este diseño se estima el desempeño a nivel funcional de la estructura que
cumpla con las especificaciones requeridas en cuanto a propiedades mecánicas y
de barrera. La validación de estos modelos se realiza mediante la caracterización
de las láminas multicapas que cumpla con la acomodación mostrada en el
ilustración 12.
Se realizan pruebas de tensión mecánica en láminas individuales de ácido
poliláctico y alcohol polivinílico; también se caracterizan las láminas
intermedias las cuales son mezclas de ácido poliláctico y alcohol polivinílico
10% w/w. Con los valores de estas propiedades se evalúa el modelo (Ecuación
1) que permita predecir el valor de la propiedad para la estructura multicapa. De
la misma manera, se evalúan permeabilidades al vapor de agua y oxígeno de
láminas individuales de PLA, PVOH y la mezcla. Con el modelo de la ecuación
26
3 se estiman los valores de estas propiedades para la estructura colaminada de
cinco capas. Se analiza la efectividad del modelo para estimar permeabilidades
al vapor de agua y al oxígeno mediante la diferencia porcentual entre el valor
estimado y el valor medido experimentalmente. Finalmente, se utiliza la ley de
mezclas de la ecuación 4 para determinar la densidad de la lámina multicapa.
4. Resultados
Las películas de alcohol polivinílico son obtenidas por recubrimiento en
solución, después se secan y almacenan a condiciones ambientales. Los
espesores de las películas se controlan variando el área de las placas que las
soluciones recubren. Películas de alcohol polivinílico producidas con agua
desionizada tienen una apariencia transparente y se tornan ligeramente grises
con el aumento de espesor. Películas de ácido poliláctico y mezcla de (PLA/
PVOH) son obtenidas por extrusión y calandrado. Los espesores de láminas son
controlados por la calidad de salida del dado plano del polímero fundido, en un
proceso continuo hacia la calandra en donde ocurre la formación de lámina.
4.1. Láminas individuales
Las películas de alcohol polivinílico son obtenidas por recubrimiento en
solución, después se secan y almacenan a condiciones ambientales. Los
espesores de las películas se controlan variando el área de las placas que las
soluciones recubren. Películas de alcohol polivinílico producidas con agua
desionizada tienen una apariencia transparente y se tornan ligeramente grises
con el aumento de espesor.
Ilustración 13. Láminas de PVOH por recubrimiento de moldes en solución.
Películas de ácido poliláctico comercial (ilustración 14) y láminas de adhesión
de mezclas de ácido poliláctico y alcohol polivinílico (ilustración 15) se
obtienen por extrusión y calandrado. Los espesores de estas láminas son
controlados por la calidad de salida del dado plano del polímero fundido, en un
proceso continuo, que se dirige hacia la calandra en donde ocurre la formación
de lámina.
27
Ilustración 14. Láminas de PLA por extrusión y calandrado.
Ilustración 15. Láminas de adhesión por extrusión y calandrado.
4.1.1. Propiedades Mecánicas
Los resultados de los ensayos de tensión generan las curvas de esfuerzo y
deformación para cada uno de los materiales caracterizados. La ilustración 16
corresponde a las curvas de esfuerzo vs deformación para el ácido poliláctico y
el alcohol polivinílico. Los resultados de ensayos los ensayos de tensión de
láminas de adhesión PLA/PVOH 10% w/w corresponden a la ilustración 17.
Ilustración 16. Curvas de esfuerzo (MPa) vs Deformación (%) para alcohol
polivinílico y ácido poliláctico.
28
Láminas de ácido poliláctico utilizadas en la multicapa tienen un espesor de
0.5075 mm y un módulo de 0.767 MPa. En cuanto a las películas núcleo de
PVOH con espesor de 0.61mm, el módulo de Young es 0.068 MPa.
Ilustración 17. Curvas de esfuerzo (MPa) vs Deformación (%) para películas extruidas
de mezclas de PLA y PVOH.
Láminas de adhesión utilizadas en la elaboración de las estructuras multicapas
son de calibre 0.81 mm, por lo tanto el módulo de Young correspondiente es de
0.491 MPa.
4.1.2. Propiedades de barrera
4.1.2.1. Permeabilidad al vapor de agua
Los resultados de permeanza y tasa de transmisión de vapor de agua a través de
las láminas se muestran en la Tabla 4.
Tabla 4. Análisis experimental de permeabilidad al vapor de agua para láminas que
constituyen la estructura.
La tasa de transmisión de cada una de las láminas normalizadas en cuanto a su
espesor se compara con los valores registrados teóricamente. Adicionalmente, se
determina la capacidad de barrera que tiene la lámina de adhesión y su
capacidad de influencia en el desempeño de barrera de la lámina multicapa.
Muestra Espesores [mm]Permeanza
[g/Pa.s.m2]
WVT
(g/h.m2)
Ácido poliláctico 0,5075 1,44E-06 30,70
PVOH 10% - PLA 90% 0,81 1,37E-07 2,93
Alcohol polivinílico 0,61 5,60E-07 11,94
29
Ilustración 18. Tasa de transmisión de vapor de agua teórica y experimental de láminas
de PLA y PVOH en contraste con lamias de adhesión (Endres & Siebert-Raths, 2011).
4.1.2.2. Permeabilidad al Oxígeno
Las propiedades de barrera a moléculas de oxigeno de los biopolímeros varían
considerablemente por la cantidad de puentes de hidrogeno que conforman la
estructura de acuerdo a la naturaleza del polímero. Las ilustraciones 19 y 20
muestran las curvas de tasa de transmisión de oxígeno en función del tiempo
para determinar los valores de permeación y tasa de transmisión al oxígeno para
láminas de PVOH y PLA respectivamente.
Ilustración 19. Tasa de transmisión de oxigeno vs tiempo para el cálculo de tasa de
transmisión de oxigeno (OTR) para láminas de PVOH.
30
Ilustración 20. Tasa de transmisión de oxigeno vs tiempo para el cálculo de tasa de
transmisión de oxigeno (OTR) para láminas de PLA.
El equipo realiza una estimación de la tasa de trasmisión al oxígeno como
función del tiempo, generando los resultados de la tabla 5 para láminas
individuales de alcohol polivinílico y ácido poliláctico. Los resultados de los
ensayos de permeabilidad al oxigeno de las curvas anteriores son:
Tabla 5. Tasa de transmisión y permeación al oxigeno del ácido poliláctico y alcohol
polivinílico.
En análisis experimental de transmisión de oxígeno láminas de adhesión
(Mezcla PLA y PVOH) se vio limitado debido a que la transmisión de oxígeno
a través de la película no logro una estabilización, es decir que el flujo de
moléculas de oxigeno no encontraba barrera no generó resultados concluyentes.
Se realiza una microscopia electrónica de barrido (MOB) para analizar la
superficie de las láminas de adhesión. Se toman fotografías sobre una superficie
con gran cantidad de partículas de PVOH que no logran mezclarse
completamente con el ácido poliláctico y sobre superficies más homogéneas
donde aparentemente la mezcla es mejor.
CapaEspesor
[mm]
Tasa de
transmisión
de Oxígeno
[cm 3/día.m2]
Permeación [cm2-
mil/ día.m2]
Lámina PVOH 0,61 0,71 8,36
Lámina PLA 0,5075 72,89 801,64
31
Ilustración 21. Fotografía MOB x5000 lámina de adhesión superficie no homogénea.
Ilustración 22. Fotografía MEB 10000 X lámina de adhesión superficie medianamente
homogénea.
4.1.3. Tensión superficial
Los plásticos tienen una tensión superficial muy baja (en muchas ocasiones
menor de 28 mN/m). Cuando se deben realizar impresiones sobre estas
superficies se necesitan tensiones superficiales mayores a 40mN/m. Mediante
el uso de tintas se realizan pruebas de tensión superficial sobre las láminas que
conforman la estructura (K K ā E
poliláctico se realizaron mediciones de tensión superficial obteniendo un valor
de 37 dyn/cm. Por otra parte, láminas de alcohol polivinílico absorbieron todas
las tintas de pruebas, se realizaron ensayos utilizando tintas desde 26 hasta 72
dyn/cm sin obtener resultados concluyentes. Es necesario tener valores de
tensión superficial para el alcohol polivinílico para analizar la capacidad de
impresión sobre este polímero y ayudaría en la comprensión de la baja
compatibilidad que existe entre el PLA y PVOH, los valores de tensión
superficial para el PVOH se muestran en la ilustración 23.
32
Ilustración 23
C, DP=1700. A: 98-99% hidrolizado; B: 87-89 % hidrolizado; C: 78-81% hidrolizado.
(Marten, 2002).
En este proyecto se utilizó alcohol polivinílico parcialmente hidrolizado al 87-
89% hidrolizado y se elaboraron soluciones al 10 % para la formación de
láminas, por lo tanto la tensión superficial correspondiente es aproximadamente
57 dyn/cm.
4.1.4. Densidades
Mediante el método de Arquímedes se determinan las densidades para cada
lamina individual de PLA, PVOH y mezcla de PLA+PVOH. Este análisis
experimental muestra que los valores de densidades entre las láminas
poliméricas están muy cercanos entre sí, tal como se muestra en la Tabla 6.
Tabla 6. Densidades por método de Arquímedes para cada una de las capas que
conforman la estructura multicapa.
Cálculo de densidades-
Método de ArquímedesA w b
Cálculo de
densidad
A/(A+w-b)
Densidad
promedio
[kg/m3]
1,05 11,39 11,78 1,59
0,88 11,39 11,72 1,59
0,77 11,39 11,68 1,59
0,75 11,39 11,66 1,57
1,01 11,39 11,76 1,59
0,92 11,39 11,73 1,59
1,05 11,39 11,77 1,58
1,36 11,39 11,81 1,45
1,21 11,39 11,79 1,48
PLA
PVOH
1,25
1,24
1,18
MEZCLA
33
4.2. Estructuras multicapas
Laminas multicapas de PLA y PVOH utilizando como lamina de adhesión una
mezcla de PVOH y PLA 10% se realiza mediante colaminación de extrusión en
una prensa Dake (ilustración 24).
Ilustración 24. Lamina multicapa de Alcohol polivinílico y ácido poliláctico utilizando
como láminas de adhesión mezclas de ácido poliláctico y alcohol polivinílico 10 %.
Se obtienen laminas multicapas de ácido polilactico y alcohol polivinílico con
buen adhesión utilizando como adhesivo una lámina extruido de mezcla de
PVOH y PLA al 10%. El análisis cualitativo de adhesión entre láminas y la
configuración de ellas en la estructura se realiza mediante microscopia óptica
(MO) y microscopia óptica de barrido (MOB) tal como se muestran en las
ilustraciones 25, 26 y 27.
Ilustración 25. Fotografía 200X de una lámina multicapa de [lámina de PLA/
PLA+PVOH/ lámina PVOH/ PLA+PVOH/ lámina de PLA].
Ilustración 26. Fotografía 130X microscopía electrónica de barrido corte transversal
lamina multicapa.
34
Ilustración 27. Fotografía 400X microscopía electrónica de barrido lámina multicapa.
4.2.1. Propiedades mecánicas
Se realiza la caracterización estructural y funcional de las estructuras multicapas
que permita validar experimentalmente los modelos de predicción de
propiedades mecánicas y de barrera. Para ello, se realizan ensayos de tensión
para las estructuras multicapas. La ilustración 28 representa la curvas de
esfuerzo vs deformación de la estructura multicapa.
Ilustración 28. Curvas de esfuerzo (MPa) vs Deformación (%) para la estructura
multicapa de cinco películas.
4.2.2. Propiedades de barrera
Los resultados de las pruebas de permeabilidad al vapor de agua en las láminas
multicapas se presentan en la tabla 7. Se realizan un duplicado para dos
muestras.
Tabla 7. Tasa de transmisión de vapor de agua y permeanza de láminas multicapas.
35
La caracterización de la estructura en cuanto a barrera al oxigeno resulta en la
gráfica de transmisión de la ilustración 29.
Ilustración 29. Tasa de transmisión de oxigeno vs tiempo para el cálculo de tasa de
transmisión de oxigeno (OTR) de la estructura multicapa.
La prueba de transmisión al oxígeno en las láminas multicapas generan los
resultados de transmisión y permeanza de la tabla 8.
Tabla 8. Tasa de transmisión y permeación al oxigeno del estructura multicapas de
cinco laminas.
4.2.3. Densidad
Los valores de densidad de las estructuras multicapas calculados mediante el
método de método de Arquímedes se presentan en la Tabla 9.
Tabla 9. Densidad por método de Arquímedes para estructuras multicapas.
Espesor
[mm]
Tasa de transmision de
Oxígeno [ cm 3/día. m2]
Permeación [cm2-
mil/ día.m2]
Lámina multicapa 0,305 0,63 19,187
36
5. Discusión de resultados
Los resultados de los ensayos mecánicos de tensión mostraron que de los
biodegradables empleados el ácido poliláctico es aquel que presenta el módulo
de elasticidad más elevado, esto explicaría su alta rigidez. Los valores
registrados en la literatura es de 3, 5 GPa (NatureWorks LLC, 2011). Sin
embargo, los ensayos de tensión mostraron un valor de módulo de Young entre
0,7675 GPa para lámina de espesor 0,5075 mm. A partir de esto, se observa que
el módulo medido experimentalmente es menor al dado por el proveedor de la
resina. Es posible que las condiciones de enfriamiento afectan significativamente
en la cristalinidad de la lámina extrusora tiene un efecto significativo en las
propiedades mecánicas. Por otra parte, ante esfuerzos de tracción el alcohol
polivinílico exhibe un módulo de Young muy bajo, su valor teórico (Endres &
Siebert-Raths, 2011) 0,0685 GPa es comparablemente equivalente con el
obtenido en los ensayos de tensión 0.069 GPa.
Con base a los valores experimentales del módulo de Young para cada una de
las láminas individuales y haciendo uso del modelo descrito en la ecuación (1)
se estima el valor de esta propiedad para la estructura, tal como se muestra en la
Tabla 10. El modelo se calcula utilizando láminas de ácido poliláctico con
calibre de 0,5075 [mm]; láminas de alcohol polivinílico con calibre de 0,61 mm
y láminas intermedias de PLA+PVOH de calibre 0,811 [mm]. Para la validación
experimental de este modelo se elaboran láminas vía co-laminación con los
espesores mencionados.
Tabla 10. Módulos de Young estimados de la estructura multicapa.
La información anterior se valida mediante un análisis porcentual de error entre
el valor estimado y el valor medido experimentalmente.
Tabla 11. Validación experimental del modelo de predicción de propiedades
mecánicas.
CapasMódulo Young
[Gpa]
µ
Espesor
[mm]
Módulo de
Young
Multicapa
[Gpa]
Ácido poliláctico 0,768 0,5075
Lámina de adhesión
PLA + PVOH 10% 0,491 0,81
Alcohol polivinílico 0,069 0,613
Lámina de adhesión
PLA + PVOH 10% 0,491 0,81
Ácido poliláctico 0,768 0,5075
0,50
Módulo de Young E
Módelo de
aproximación
[GPa]
Pruebas de tensión
[GPa]
lámina multicapa 0,50 0,79
Diferencia %
37%
37
El módulo de Young estimado para esta estructura es de 0,50 [GPa] mientras
que el valor medido mediante ensayos de tensión es de 0,79 [GPa]. La
diferencia entre ambos valores es del 37 %.
De acuerdo a (Butler, 2009) en la estructura multicapa se dan interacciones
desfavorables que llevan a la destrucción de la capa intermedia. En el caso de
esta estructura, cuando una capa muy dúctil como lo es el PVOH se adhiere a
una capa muy frágil como el PLA, el resultado de la estructura exhibe la
propiedad de la capa frágil. Adicionalmente, se debe tener en consideración que
la rigidez de una película multicapa es una función de la rigidez (Módulo de
Young), espesor y la posición de cada capa entre una acomodación propuesta
(Butler, 2009). En trabajos experimentales previos Morris y Vansant (Butler,
2009) demostraron que las capas más externas de una lámina multicapa tiene
mayor influencia en la rigidez de la estructura. De esta manera, las láminas de
ácido poliláctico tienen mayor impacto en la rigidez de la estructura, es por esto
que el módulo medido experimentalmente es mayor que es aproximado
mediante la ley de mezclas de la ecuación 1.
Los resultados de los ensayos de permeabilidad al vapor en láminas de ácido
poliláctico muestran valores de tasa de transmisión al vapor de agua entre 30,7 y
33,2 g/h.m2 para láminas con espesor de 0,5075 [mm]. En el caso del alcohol
polivinílico se obtuvo valores entre 12 y 20 g/h.m2 para láminas de espesor de
0,61 [mm]. De estos resultados, es evidente el alcohol polivinílico presenta
mejor barrera a la humedad que el ácido poliláctico, esto es consistente con el
comportamiento de la ilustración 5 que representa la transmisión al vapor de
agua de estos polímeros según la literatura. Los valores de transmisión al vapor
de agua de láminas de adhesión con espesor de 0,81 [mm] está entre 2,8 y 2,93
g/h.m2. Se observa que estas láminas presentan valores de permeabilidad a la
humedad considerablemente menores que los polímeros individuales de PLA y
PVOH.
De acuerdo con estos valores experimentales, se hace una aproximación de esta
propiedad haciendo el uso del modelo de predicción propuesto (Ecuación 3). Los
cálculos y resultados de esta prueba para cada una de las láminas se muestran en
las tablas 12 y 13.
Tabla 12. Transmisión al vapor de agua estimado de la estructura multicapa.
Capas
WVT
Experimental
(g/h.m2)
Espesor [mm] Fracción 1/P PWVT multicapa
(g/h.m2)
Ácido poliláctico 31.95 0.5075 16% 4.89E-03
PVOH 10% - PLA 90% 2.87 0.81 25% 8.70E-02
Alcohol polivinílico 16.27 0.61 19% 1.16E-02
PVOH 10% - PLA 90% 2.87 0.81 25% 8.70E-02
Ácido poliláctico 31.95 0.5075 16% 4.89E-03
5.12 1.575
38
Tabla 13. Permeanza al vapor de agua estimado de la estructura multicapa
La validación del modelo de predicción se realiza mediante la diferencia
porcentual del valor estimado con el medido experimentalmente. Las tablas 14 y
15 muestran las validaciones de la tasa de transmisión al vapor de agua y
permeanza respectivamente para las multicapas en consideración.
Tabla 14. Validación experimental del modelo de predicción de propiedades de barrera
WTR.
Tabla 15. Validación experimental del modelo de predicción de propiedades de barrera
permeanza al vapor de agua.
El valor de WVT (transmisión al vapor de agua) estimados mediante el modelo
de la ecuación 3 es 1,58 g/h.m2. Sin embargo, los resultados experimentales de
ensayos de permeabilidad en la estructura muestran mejores resultados a los
estimados con un valor de 1,12 g/h.m2. El modelo no aproxima acertadamente el
valor real de permeabilidad al vapor de agua de la estructura, puesto que las
láminas de adhesión tienen un efecto positivo en la permeabilidad dado a que
partículas de alcohol polivinílico que no se completamente con el ácido
poliláctico para formar láminas homogéneas proporcionan un efecto mayor en
barrera a la humedad y se ve representado en la baja tasa WVT de la estructura.
Los resultados experimentales de WVT para la estructural presentan excelentes
resultados de barrera a la humedad, esto se comparan con las permeabilidades de
las láminas individuales de PLA y PVOH en la ilustración 30.
Capas
Permeanza
Experimental
[g/Pa.s.m2]
Espesor [mm] Fracción 1/P P
Permeanza
multicapa
[g/Pa.s.m2]
Ácido poliláctico 1.50E-06 0.5075 16% 1.04E+05
PVOH 10% - PLA 90% 1.34E-07 0.81 25% 1.85E+06
Alcohol polivinílico 7.63E-07 0.61 19% 2.47E+05
PVOH 10% - PLA 90% 1.34E-07 0.81 25% 1.85E+06
Ácido poliláctico 1.50E-06 0.5075 16% 1.04E+05
2.4E-07 7.4E-08
Transmisión
de vapor de
agua
Módelo de
aproximación
(g/h.m2)
Ensayos
WVT
(g/h.m2)
lámina
multicapa1.58 1.12
Diferencia %
29.0%
Permeanza
Módelo de
aproximación
(g/Pa.s.m2)
Ensayos
WVT
(g/Pa.s.m2)
lámina
multicapa7.39E-08 5.25E-08 29.0%
Diferencia %
39
Ilustración 30. Tasa de transmisión de vapor de agua (WVT) de láminas individuales y
lamina multicapa.
En el análisis de permeabilidad al oxígeno, la ilustración 19 correspondiente al
alcohol polivinílico y la ilustración 20 al ácido poliláctico presentan
comportamientos muy diferentes, se observa que la tasa transmisión de oxígeno
(OTR) a través de láminas de PVOH tiene un comportamiento decreciente lo
que hace que láminas de este polímero sean excelente barrera al oxígeno. Por
otra parte al ácido poliláctico tiene un comportamiento creciente de trasmisión
de oxígeno. Los resultados que presentan estas curvas de permeabilidad al
oxígeno de láminas individuales de PLA y PVOH son de 0.71 y 72.89
cm3/día.m2 respectivamente. Estos resultados muestran que el alcohol
polivinílico es excelente barrera al oxígeno en comparación con láminas de
ácido poliláctico.
La presencia de poros en láminas de adhesión permite la trasmisión de
moléculas de oxigeno sin ejercer ninguna barrera, es por esto que las pruebas de
permeabilidad OTR no logra estabilizarse sin generar resultados de
permeabilidad. La superficie donde la mezcla es más homogénea (ilustración 22)
presenta menor cantidad de poros, por lo tanto garantizar un mejor mezclado de
ácido poliláctico y alcohol polivinílico tendría mejor efecto en cuanto a barrera
al oxigeno de la multicapa.
El análisis de permeabilidad al oxígeno de la estructura muestra un
comportamiento descendiente de la permeabilidad en el tiempo, esto indica que
la estructura como un todo presenta buena barrera al oxígeno. El valor de
transmisión al oxígeno de la estructura es de 0,637 cm3/día.m
2 para láminas de
0,305 mm de espesor. La ilustración 31 compara las tasas de transmisión de
películas individuales de ácido poliláctico y alcohol polivinílico en comparación
con la estructura multicapa. La estructura tiene propiedades de barrera al
oxigeno mejor que el polímero convencional Etilen-Vinil-Alcohol (EVOH), el
cual es industrialmente utilizado en la industria de empaques gracias a su
excelente barrera al oxígeno, para realizar esta comparación se normalizan todas
las láminas a un espesor de 0,305 mm correspondiente al espesor de la lámina
multicapa.
40
Ilustración 31. Tasa de transmisión de Oxígeno (OTR) láminas individuales y
estructura multicapa.
Ya que la lámina de adhesión no representa cambios significativos en la barrera
al oxigeno de la multicapa, se valida experimentalmente el modelo de
aproximación teniendo en cuenta solo las láminas de PLA y PVOH, los
resultados se muestran en la Tabla 16. La diferencia porcentual entre el valor
aproximado con el experimental es del 9,6% por lo que el modelo estima
aproximadamente el valor real de la estructura Tabla 17.
Tabla 16. Validación experimental del modelo de predicción de propiedades de
barrera OTR.
Tabla 17. Validación experimental del modelo de predicción de propiedades de
barrera permeanza al Oxígeno.
De acuerdo a K K ā , cuando se requiere realizar impresiones
sobre superficies de polímeros se necesita una tensión superficial mayor a 40
mN/m. De acuerdo al análisis experimental el ácido poliláctico tiene una tensión
superficial de 37 dyn/cm (=mN/m). El análisis teórico de tensión superficial del
Capas
OTR
[ cm 3/día. m2]Espesor
[mm] Fracción 1/P P
OTR estimado
[cm3/día.m
2]
Ácido
poliláctico61,21 0,5075 31,2% 5,10E-03
Alcohol
polivinílico0,35 0,61 37,5% 1,06E+00
Ácido
poliláctico61,21 0,5075 31,2% 5,10E-03
0,93 0,575
Estimado
mediante
modelo
Medido
experimentalmente
Diferencia
porcentual
Transmisión de Oxígeno [cm3/día.m
2]
0,575 0,63 9,6%
41
alcohol polivinílico (ilustración 23) indica que su tensión superficial es de 57
mN/m por lo que estos polímeros podrían considerarse imprimibles, aunque más
fácilmente el alcohol polivinílico.
El valor de densidad del ácido poliláctico (L-PLA) medido experimentalmente
fue de 1,24 kg/ m3 por lo que se comporta como un polímero cristalino en la
estructura (Avérous, 2008).Utilizando la ley de mezclas se da una aproximación
de la densidad de la estructura Tabla GH. La estimación de la densidad de la
multicapa es de 1,23 kg/ m3, mientras que el experimental es de 1,39 kg/ m3. La
cristalinidad ejerce una gran influencia en las propiedades mecánicas de los
materiales, ya que los cristales son más rígidos que las zonas amorfas. Dado a
que la densidad medida es más alta que las registradas teóricamente, se podría
pensar que el alcohol polivinílico sufre un proceso de transformación en la
estructura molecular durante el procesado para la elaboración de láminas
multicapas haciendo que su densidad afecte significativamente la densidad de la
estructura multicapa.
Tabla 18. Densidad estimada mediante ley aditiva de masas.
De acuerdo a la tabla 9 el valor experimental de densidad de la estructura es de
1,77 kg/m3, por lo tanto la diferencia porcentual entre este valor estimado con el
experimental es del 33%.
Se observó un corte transversal de la estructura multicapas mediante
microscopia óptima (MO) y microscopia óptica de barrido, y se logra una buena
adhesión entre el PLA y PVOH utilizando láminas de mezcla de PLA y PVOH.
Tanto en la microscopia óptica como en la microscopia óptica de barrido se
observan solo tres de las cinco láminas que conforman la estructura, no se
diferencian las láminas de PLA de las láminas de mezcla. Esto se debe a la gran
cantidad de PLA (90%) en las láminas intermedias que se funden con las
láminas exteriores de Pla 100%. Para caracterizar el calibre de la lámina
multicapa se tiene en consideración que el espesor de la lámina de alcohol
polivinílico antes de la colaminación era de 0,61 mm; mediante la microscopia
óptica (ilustración 32) se mide un espesor 20,11 [µm] o 0,020 [mm].
Adicionalmente, el espesor de las lamina externas de ácido poliláctico antes de
la colaminación era de 0,507 [mm] y el medido mediante MO (ilustración 33)
fue de 46,15 [µm] o 0,046 [mm]. Esto quiere decir que el proceso de
colaminación a condiciones de proceso T= 200° C y presión de 500 lb hacen que
42
los polímeros se fundan ampliando el área de lámina y disminuyendo el espesor
de las películas constituyentes.
Ilustración 32. Fotografía 200X de lámina multicapa, espesor lámina de alcohol
polivinílico.
Ilustración 33. Fotografía 200X de lámina multicapa, espesor lámina de ácido
poliláctico.
6. Aplicación
Los polímeros biodegradables pueden ser procesados por la mayoría de las
técnicas convencionales de procesamiento de plásticos, mediante los ajustes de
algunas condiciones de procesamiento y modificaciones en maquinaria.
Extrusión de películas, moldeo por inyección, moldeo por soplado y
termoformado son algunas de las técnicas de procesamiento más utilizadas.
En la última década los polímeros biodegradables se han introducido en tres
sectores principalmente como es en medicina, agricultura y desarrollo de
empaques. En relación con nuestro interés, la preocupación por los residuos
plásticos ha causado crecientes preocupaciones ambientales, por lo que el
desarrollo de empaques con materiales biodegradables está recibiendo cada vez
más atención.
Con el propósito de reducir el volumen de residuos, los polímeros
biodegradables se utilizan a menudo. Además de su biodegradabilidad, los
biopolímeros tienen otras características como la baja permeabilidad al oxígeno,
el control de permeabilidad a la humedad mediante diseños estructurales como
el propuesto en este proyecto, como también buen desempeño en capacidad de
impresión y sellado a bajas temperaturas.
Los polímeros biodegradables utilizados para empaques de alimentos requieren
diferentes características físicas y estructurales dependiendo del producto a
43
empacar y las condiciones de almacenamiento. Debido a su disponibilidad local
y bajo precio en comparación con otros poliésteres biodegradables, el PLA se
utiliza en gran volumen para la elaboración de bolsas. Entre otras ventajas, el
PLA presenta niveles de permeabilidad media al vapor de agua y al oxígeno. Por
estas razones, el ácido poliláctico PLA está siendo utilizado en diferentes
aplicaciones de empacado entre ellas la formaciones de vasos, botellas y
láminas. Varios biopolímeros basados polisacáridos como almidón, pululano y
quitosano están siendo investigados en el desarrollo de películas para empaques.
Láminas de almidón tienen baja permeabilidad y por tanto son materiales
atractivos para el envasado de alimentos. Por otra parte, laminas compuestas de
proteínas y polisacáridos presentan buenas propiedades ópticas y mecánicas,
pero son muy sensibles a la humedad por lo que sus propiedades de barrera al
vapor de agua no son buenas. Desde este punto de vista, la estructura multicapa
desarrollada en este proyecto responde a la tendencia actual en el envasado de
alimentos, utilizando las ventajas que el ácido poliláctico y alcohol polivinílico
presentan. A pesar de inconvenientes en el procesamiento de la estructura debido
a la naturaleza diferente del PLA y PVOH, entre ellas las temperaturas de fusión
alejadas PLA(Tm m
láminas colaminadas de cinco capas.
Ilustración 34. Termoformado de láminas multicapas.
7. Trabajo posterior
De acuerdo a los análisis teóricos de propiedades físico químicas que se
realizaron anteriormente y se reflejan en resumen en la tabla 1 e ilustración 1 se
encuentra gran interés en desarrollar láminas de ácido poliglicólico,
polihidroxialcanoatos y policaprolactona. Determinar de una manera cuantitativa
las propiedades mecánicas y de barrera, de manera que se pueda utilizar el
diseño de predicción para determinar las mejores combinaciones entre láminas
de biopolímeros de diferentes familias. Dentro de los resultados obtenidos se
cumple con el reto de esta investigación de desarrollar estructura multicapas,
pero resulta interesante en realizar un estudio detallado acerca de las curvas
reológicas de los diferentes polímeros involucrados en la estructura. En este
trabajo se realizó reología capilar sobre gránulos de alcohol polivinílico y pellets
de ácido poliláctico, lamentablemente la carga necesaria para hacer fluir el
PVOH a través del capilar debía ser muy alta y no se logró con el reómetro de
línea capilar INSTRON 3367. La posibilidad de realizar el estudio reológico
mediante platos estaba limitado por el alcance de temperaturas de fusión de este
44
equipo
adhesión entre láminas, mediante microscopia óptica como también la no
separación de las láminas durante los ensayos de tensión mecánica. Esta
valoración cualitativa es poco útil al tratar de analizar grandes superficies y el
comportamiento de las estructuras en el procesado a gran escala. El proceso de
colaminación de la estructura propuesta puede ser mejorado mediante calandras
que permita la unión de más de dos láminas simultáneamente, de manera que
puede proponerse un proceso continuo de producción de las láminas. Otra de las
metodologías que se puede emplear para la elaboración de estructuras
multicapas es por coextrusión, en ella las láminas que se van unir se mantienen a
su correspondiente temperatura de fusión mejorando la adhesión entre laminas.
8. Conclusiones
Se elaboraron laminas multicapas de ácido polilactico y alcohol polivinílico con
buena adhesión utilizando como adhesivo una lámina extruido de mezcla de
PVOH y PLA al 10%.
Las estructuras multicapas desarrolladas presentan excelente desempeño como
barrera a la humedad comparable con PP y excelente barrera al oxigeno
comparable con el EVOH.
Las láminas de mezcla disminuyen la permeabilidad al vapor de agua pero son
completamente permeables al O2.
Mejorando la mezcla de PLA y PVOH en las láminas de adhesión reduciría la
tasa de transmisión de oxígeno.
La superficie de las láminas de adhesión donde la mezcla es más homogénea
presenta menor cantidad de poros, por lo tanto garantizar un mejor mezclado de
ácido poliláctico y alcohol polivinílico tendría mejor efecto en cuanto a barrera
al oxigeno de la multicapa.
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