Materiales compuestos termoplásticos cargados con residuos biogénicos de base proteínica: influencia del tamaño de partícula

• Autores: A. Rahhali, F. Carrillo, J. Macanás, J. Cañavate, Xavier Colom Fajula
• Localización: Afinidad: Revista de química teórica y aplicada, ISSN 0001-9704, Vol. 73, Nº. 573, 2016, págs. 16-25
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Materials composits termoplàstics carregats amb residus biogènics de base proteic: influència de la mida de partícula
  • Thermoplastic composite materials loaded with protein-based biogenic waste: influence of particle size
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• Resumen
  • español

    Las plumas de pollo son un material de desecho biogénico, disponible en abundancia, ubicuo y de bajo coste procedente de la producción masiva de carne de pollo de la industria avícola que actualmente se estima en 925.000 ton/año en la UE. Consecuentemente, se ha suscitado la posibilidad de reutilizar estos residuos para el desarrollo de materiales compuestos más respetuosos con el medio ambiente como alternativa a otras fibras naturales tales como las celulósicas. El presente trabajo plantea una propuesta preliminar de revalorización de residuos de plumas de pollo (Plu) para la preparación de materiales microcompuestos termoplásticos con matrices de Polietileno de Alta Densidad (HDPE), Polipropileno (PP) y Etilenvinilacetato (EVA). Concretamente, se ha estudiado el efecto del tamaño de partícula del residuo fibroso de queratina sobre las propiedades mecánicas, físicas, morfológicas y térmicas de los materiales compuestos obtenidos conteniendo un 20% v/v de plumas en disposición aleatoria. El residuo, una vez lavado y desinfectado, ha sido triturado y tamizado para obtener cinco fracciones de diferente tamaño de partícula (<100 μm, 100-250 μm, 250-500 μm, 500-1000 μm y 1000 μm) con las que se han preparado placas de materiales compuestos (160 x 160 x 2 mm 3) en condiciones de temperatura, tiempo y velocidad de mezclado y presión establecidas. Los resultados obtenidos han demostrado que es viable técnicamente preparar materiales compuestos cargados con plumas para todos los tamaños de partícula estudiados. No obstante, las propiedades mecánicas de los materiales compuestos HDPE/Plu, PP/Plu y EVA/Plu disminuyen significativamente si las comparamos con las de las respectivas matrices puras. Sólo se ha observado una mejora del módulo de Young para el material compuesto EVA/Plu cuando se utiliza un tamaño de partícula de 100 μm ya que éste muestra la mejor adhesión en la interfase pluma-matriz tal y como se ha corroborado mediante microscopía electrónica de barrido (SEM). Sin embargo, el estudio señala una baja compatibilidad entre la pluma y todas las matrices utilizadas que es coherente con las características fisicoquímicas del residuo pero que podría mejorarse mediante la selección de agentes de acoplamiento adecuados. La densidad de los materiales obtenidos se mantiene en valores similares a los de las matrices puras confirmando la posibilidad de desarrollar materiales compuestos ligeros. Además, la estabilidad dimensional decrece cuando aumenta el tamaño de las partículas, sobre todo para los compuestos EVA/Plu que son los que absorben mayor cantidad de agua.

  • català

    Les plomes de pollastre son un material de rebuig biogènic, molt abundants, ubico i de baix cost que provenen de l’alta producció de carn de pollastre per part de la indústria avícola que s’estima és a la UE de 950.000 tones/any. Degut a aquesta alta producció s’ha pensat en la possibilitat de reutilzar aquest residus per el desenvolupament de materials compòsits respectuosos amb el medi ambient, com alternativa a d’altres fibres naturals com poden ser les cel·lulòsiques.

    Aquest treball de recerca planteja una proposta preliminar de revalorització dels residus de ploma de pollastre per a la preparació de materials microcompòsits termoplàstics amb matrius de polietilè d’alta densitat (HDPE), polipropilè (PP), i etilè acetat de vinil (EVA). Concretaments’ha estudiat l’efecte de la grandària del residu queratínic en les propietats mecàniques, físiques, morfològiques i tèrmiques dels materials compòsits obtingudes amb un 20% v/v amb distribució aleatòria. El residu, una vegada rentat i desinfectat, ha esta molturat i garbellat per obtenir cinc fraccions de diferent grandària ((<100μm, 100-250 μm, 250-500 μm, 500-1000 μm y 1000 μm), amb les que s’han preparat plaques de material compòsit de 160 x 160 x 2 mm 3 en condicions de temperatura, temps i velocitat de barreja i pressió preestablertes. Els resultats obtinguts han demostrat que es factible tècnicament aconseguir materials compòsits incorporant plomes de diferents grandàries. Tot i això les propietats mecàniques obtingudes en tots el materials analitzats decreixen significativament si les comparem amb les pròpies de les respectives matrius pures. Tan sols el mòdul de Young millora lleugerament, sobretot per el compòsit EVA/Plu amb una grandària de partícula de 100 μm atès que aquest mostra una millor adhesió entre components tal com s’ha corroborat mitjançant SEM (Microscòpia electrònica d’Escombrat). Cal assenyalar que l’estudi mostra una baixa compatibilitat entre els components que és coherent amb les característiques físico-químiques del residu però que podria millorar-se mitjançant la selecció d’agents d’acoblament adequats. La densitat dels materials compòsits és manté en valors semblants a les pròpies de les matrius, per tant es poden aconseguir compòsits lleugers. Tanmateix l’estabilitat dimensional dels compòsits decreix al augmentar la grandària de les partícules de ploma, principalment en els compòsits EVA/Plu que son els que absorbeixen major quantitat d’aigua.

  • English

    Chicken feathers are cheap, available and a ubiquitous renewable waste material resulting from the massive production of chicken meat from the aviary industry which is estimated in 925.000 ton/year in EU. Consequently, its abundance and properties suggest that this waste can be re-used as an alternative material versus those natural fibres utilized nowadays such as cellulose based fibres. For these reasons, chicken feathers can be used in some cases in order to develop more environmentally friendly composite materials.

    The present work proposes a preliminar study regarding the re-valorization of chicken feathers waste (Plu) for the preparation of thermoplastic microcomposite materials with matrixes of High Density Polyethylene (HDPE), Polypropylene (PP) and Ethylene Vinyl Acetate (EVA). Specifically, the effect of the particle size of the fibrous keratinic waste on mechanical, physical, morphological and thermal properties was studied in composite materials including a 20%v/v of chicken feathers in random distribution. The waste, once clean and disinfected, was ground and sieved in order to obtain five fractions with different particle size (<100 μm, 100-250 μm, 250-500 μm, 500-1000 μm and 1000 μm). These fractions were used to prepare sheets of composite materials of (160 x 160 x 2 mm 3) at pre-established conditions of temperature, time, mixing speed and pressure. Obtained results show that production of composite materials by this process is feasible for all the sizes. On the other hand, mechanical properties of the composite materials HDPE/Plu, PP/Plu y EVA/Plu decrease significantly compared with the values of the neat matrixes. Only Young’s Modulus increases slightly, especially for EVA/Plu composites with a particle size of 100 μm because they present the best adhesion at feather-matrix interface as it has been corroborated by Scanning Electronic Microscopy images. Anyway, in general terms, the study shows a low compatibility between the components what is consistent with the physic-chemical properties of the residue. However, this compatibility could be improved by using proper coupling agents. The composite materials are lightweight materials; their density has not increased, being similar to that of the matrices. Dimensional stability decreases with the size of the feather particles especially for EVA/Plu composites, which show higher water absorption.