Resumen
La presente tesis doctoral tuvo como objetivo desarrollar nuevos materiales biodegradables hechos a base de fibras obtenidas mediante la técnica de electroestirado, denominadas "biopapers" o biopapeles, con barrera a agua y a gases y propiedades de secuestro de oxígeno para su posible aplicación en recubrimientos de papel o como capas intermedias en envases alimentarios basados en papel y cartón.
En un primer estudio, se desarrollaron biopapeles de PHB mediante electroestirado, usando dos tipos de colectores, colectores de placa plana y rotativo, para evaluar la influencia del alineamiento de las fibras. Con posterioridad se aplicó un tratamento de recocido por debajo del punto de fusión del polímero a diferentes temperaturas, tiempos y procesos de enfriamiento para obtener películas continuas por coalescencia de las fibras, lo que a su vez condujo a la adhesión entre capas, y a una mejora en las propriedades barrera y ópticas.
En un segundo estudio, se depositaron biopapeles monocapa y multicapa hechos de PHB, PVOH y PLA sobre un sustrato de papel no estucado, utilizando los dos colectores citados; y el tiempo de procesamiento por electrospinning se varió para producir espesores diferentes. Para mejorar la adhesión al sustrato de papel, y las propiedades ópticas y de barrera de las multicapas, los biopapeles se sometieron a un proceso de recocido como se describe y optimiza en el primer estudio. Con respecto a la barrera al agua, el sistema de papel/ PVOH/PHB presentó las mejores propriedades.
En un tercer estudio, se obtuvieron dos nanopapeles de alta barrera hechos a base de nanofibras de celulosa de dos tipos, nanofibras de celulosa (CNF) y nanofibras de lignocelulosa (LCNF) y se recubrieron con biopapeles de PHA electroestirados con barrera a agua. Como resultado, el carácter hidrófobo de los nanopapeles se mejoró significativamente. Por otra parte, estos también exhibieron un rendimiento mecánico más equilibrado.
En un cuarto estudio, se desarrollaron biopapeles de PHA con capacidad activa de secuestro de oxígeno, para lo cual se usaron nanopartículas de paladio (PdNP) como catalizadores de la respuesta activa. La principal dificultad asociada con las nanopartículas es mantenerlas dispersas, por lo que en este trabajo evaluamos el uso de surfactantes CTAB y TEOS como sustancias permitidas en contacto con alimentos para ayudar a la dispersión y distribución de PdNP dentro de las fibras de PHA. Como resultado, se prepararon nanocompuestos electroestirados con capacidad de secuestro de oxígeno hechos de PHB y PdNP, seguidos de un tratamiento de recocido para obtener capas continuas y autoadhesivas. La capacidad de secuestro de oxígeno de los biopapeles, medida a un 100% de humedad relativa (HR), mostró un mejor rendimento para el material en forma de fibra que en forma de film. En cualquier caso, los resultados indicaron una cinética de absorcion relativamente baja.
Con el fin de mejorar aún más la cinética de secuestro de oxígeno, incluso a una humedad intermedia y en forma de película, un quinto estudio, desarrolló biopapeles multicapa hechos de PCL y PHA aplicados sobre papel no estucado. Los nanocompuestos de PCL/PdNP mostraron uma cinética de secuestro de oxígeno mucho mayor que la del sistema PHA / PdNP anterior. Este resultado se atribuye a la mayor fración de volumen libre del PCL que permite que la humedad, el hidrógeno y la permeación de oxígeno desencadenen la reacción de eliminación catalítica de forma más eficiente.
Finalmente, un sexto estudio, desarrolló un nuevo concepto de capa con capacidad de secuestro de oxígeno y con alta barrera passiva a gases y vapores orgánicos basado en PdNP, CNC y EVOH. Así, CNC y CNC oxidado com TEMPO (TEMPO oxidized CNC), se utilizaron para producir PdNP in situ sobre el nanorefuerzo, que se incorporaron en la matriz del polímero EVOH. El TEMPO oxidized CNC demostró poseer una mayor absorción de oxígeno debido a los grupos carboxílicos generados.
