Macetas hortícolas: compounding por extrusión de doble husillo y moldeo por inyección de termoplásticos

En el marco del proyecto BIOPLAST, la producción de biocomposites termoplásticos ha sido llevada a cabo por CATAR CRITT Agroressources mediante la tecnología de doble husillo. Con el Laboratorio de Química Agro-industrial (UMR 1010 INRAE/Toulouse INP-ENSIACET) y sus instalaciones tecnológicas de AGROMAT, el CATAR CRITT Agroressources dispone de una larga experiencia, reconocida al nivel internacional, sobre el uso de reactores de doble husillo para el tratamiento de la biomasa y la producción de composites bioplásticos.

Granzas calibradas

Para las pruebas se utilizó una extrusora de doble husillo co-rotante (Clextral Evolum 25). Esta tecnología, ampliamente utilizada en las empresas fabricantes de plásticos, permite la producción continua de granza calibrada. Para BIOPLAST, estas granzas se preparan combinando PHA (un bioplástico que es tanto de origen renovable como biodegradable) y una carga de refuerzo fibroso. Estas granzas se utilizaron para obtener macetas hortícolas mediante inyección termoplástica.

Diferentes formulaciones

Durante el compounding, el trabajo de CATAR CRITT Agroressources consistió en desarrollar un perfil de husillo y un perfil de temperatura adaptados al material, que permitiesen una buena dispersión del refuerzo fibroso en la matriz polimérica, conservando la integridad de ambos componentes en la mezcla (ausencia de degradación). Se ensayaron diferentes formulaciones a la largo del proyecto, todas basadas en un PHA comercial (grado Biomer P209) como matriz polimérica. En cuanto a la carga de refuerzo, que se incorporó hasta una tasa del 30% en peso, se probaron tres materiales distintos. Todos ellos son abundantes en la zona geográfica POCTEFA, y se han seleccionado por su riqueza en fibras lignocelulósicas:

• Paja de cebada, triturada utilizando la tecnología de molienda con martillos, ampliamente utilizada en el mundo agrí
• Esta misma paja desfibrada mecánicamente en el LEPAMAP, utilizando el método papelero para favorecer su acoplamiento con la matriz polimérica.
• El refinado sólido del girasol procedente de la extracción acuosa del aceite residual de las cabezas de girasol mediante doble husillo. Dado que este aceite permitirá a TBI sintetizar mcl-PHAs (PHAs de cadenas de carbono de longitud media), esta solución hace posible a medio plazo la obtención de biocomposites PHA/fibra vegetal 100 % procedente del girasol.

Macetas hortícolas

Para la inyección de macetas hortícolas se han utilizado granzas procedentes de formulaciones que contienen un 30% de refuerzo fibroso. Al igual que durante el compounding por extrusión, el perfil de temperatura utilizado ha sido seleccionado tanto en base a las recomendaciones de la ficha técnica de la matriz polimérica como teniendo en cuenta el comportamiento térmico del refuerzo fibroso utilizado, estimado mediante análisis termogravimétrico (ATG). Una temperatura de 140°C ha sido suficiente para garantizar un buen llenado del molde de inyección, y una temperatura del molde de tan solo 30°C ha permitido reducir considerablemente los tiempos del ciclo (solamente uno pocos segundos en ciclo automático).

Compuesta por partículas de pequeño tamaño, la paja desfibrada es la carga que ha mostrado más afinidad con la matriz polimérica, permitiendo el acceso a valores de rotura más elevados, tanto en tracción como en flexión. Además, se ha ensayado la adición de un aditivo de funcionalización, lo cual permite un aumento de la elongación a la rotura. Estas macetas hortícolas presentan por tanto una mejor resistencia al impacto. Además, todas las formulaciones utilizadas para la inyección de macetas hortícolas presentan muy buena resistencia al agua tras 24 h de inmersión, no superando un 2% de aumento en espesor debido a la absorción de humedad. También se estudió el comportamiento de las macetas hortícolas sometidas a estrés climático (variación de temperatura o humedad). Este envejecimiento acelerado, realizado cíclicamente durante un período de cuatro semanas, reveló una ligera reducción en la tensión de rotura por tracción (-25%). Los biocomposites siguen presentando no obstante una considerable resistencia mecánica para su aplicación en macetas hortícolas.

Reactor bi-tornillo Clextral (France) Evolum 25 utilizado para realizar el compounding entre PHA y carga fibrosa de refuerzo		Prensa de inyección Negri Bossi (Italie) VE 160-720 utilizada para moldear las macetas hortícolas por inyección termoplástica		Muestras de macetas hortícolas obtenidas por inyección termoplástica (formulación cargada con 30% de paja de cebada triturada)