Diseño basado en el conocimiento para obtener mejores biopolímeros
Los polímeros o plásticos convencionales están hechos de materiales basados en el petróleo, y urge encontrar biopolímeros alternativos que puedan sustituirlos. Por otro lado, los rellenos inorgánicos nanocerámicos que habitualmente se utilizan para otorgar propiedades particulares muestran una baja estabilidad durante el procesamiento y en servicio. El proyecto financiado con fondos europeos «Novel nano-stabilisation for green bioplastic nanocomposites» (NANOSTAB-GB) ha encontrado una solución a ambos problemas. Los investigadores desarrollaron nuevos materiales compuestos con mayor estabilidad térmica y durabilidad, basados en el uso de biopolímeros y rellenos de nanoarcillas funcionalizadas naturales. Sus inteligentes estrategias de estabilización para modificar la nanoarcilla con antioxidantes inducen la formación de redes biopolímero-nanoarcilla reforzantes. En uno de los métodos utilizados, los integrantes de NANOSTAB-GB desarrollaron nuevos modificadores orgánicos de la arcilla que contenían un antioxidante o un fotoestabilizador (amina impedida estéricamente) para inhibir la fotooxidación del polímero. Las arcillas modificadas se incorporaron en los biopolímeros poliamida (PA11) y ácido poliláctico (PLA) para obtener nuevos materiales nanocompuestos de biopolímero y arcilla. Los nuevos materiales compuestos eran más estables durante su procesamiento térmico y exposición acelerada a la radiación ultravioleta que los mismos polímeros con modificadores orgánicos de la arcilla disponibles comercialmente. En un segundo método, los investigadores utilizaron una clase relativamente nueva de moléculas, los hidróxidos de doble capa (LDH). En ellos, las capas de carga positiva están separadas por una intercapa de aniones débilmente unidos que se pueden sustituir por distintas especies con carga negativa. El equipo sintetizó nuevas nanopartículas LDH que contenían bien un antioxidante o un fotoestabilizador, y las incorporaron en los biopolímeros PA11 y PLA. Los nuevos materiales nanocompuestos basados en biopolímeros con LDH no eran tan estables a altas temperaturas como los preparados con LDH sin modificar, pero mostraban una mejor estabilidad a la fotooxidación en las pruebas de envejecimiento acelerado. Los integrantes de NANOSTAB-GB consiguieron preparar materiales nanocompuestos basados en biopolímeros con arcillas funcionalizadas estables aprovechando un mecanismo de estabilización específico del sitio, casi hecho a medida. Los innovadores nanorrellenos de arcilla funcionalizada, además de cumplir su función de nanorrelleno, estabilizaron el material nanocompuesto. Al estar disponibles bajo demanda en los sitios de oxidación (la interficie entre la matriz polimérica y el relleno), ofrecen la máxima inhibición para mejorar la estabilidad a largo plazo. El proyecto ha conseguido establecer una ruta importante para la estabilización de los polímeros, bio o no, que utiliza nanorrellenos de arcilla. Sus nuevos nanorrellenos funcionalizados con capacidades de estabilización incorporadas mejorarán la durabilidad de muchos productos. En conjunto, los resultados del proyecto han hecho una contribución importante al desarrollo de una bioeconomía sostenible basada en el conocimiento para Europa.
Palabras clave
Biopolímeros, nanoestabilización, bioplástico, materiales nanocompuestos, nanoarcilla
