Preparación y caracterización de nanocompósitos de polihidroxibutirato con disulfuro de molibdeno para potenciales aplicaciones en packaging activo

Abstract

El creciente uso y producción de plásticos en el mundo ha traído graves consecuencias al medio ambiente, contaminando diversos ecosistemas. La principal industria de consumos de plásticos es el packaging. Sin embargo, su baja degradación es un problema. Se ha estudiado el uso de biopolímeros como posibles sustitutos. El polihidroxibutirato (PHB) ha sido uno de los principales focos debido a sus propiedades similares a los polímeros de mayor uso, pero con una fragilidad mayor. Mediante nanocompósitos se busca mejorar sus propiedades para su potencial uso en packaging activo, con el fin de alargar la vida de los alimentos. En este contexto, la adición de disulfuro de molibdeno (MoS2) como nanorelleno surge como una alternativa atractiva debido a su estructura laminar y uso en polímeros similares al PHB, como los polihidroxialcanoatos, donde se ha logrado mejorar sus propiedades mecánicas y de barrera . Así, el MoS2 fue exfoliado en un medio ácido con asistencia de quitosano (CS), con el propósito de disminuir el tamaño de las partículas y obtener monocapas del compuesto inor- gánico. Como resultado, la suspensión de nanoláminas de CS-MoS2 se mantuvo estable en solución acuosa, pero una vez secada las nanoláminas se volvieron a agrupar. Por tanto, se modificó el método añadiendo un proceso de dispersión y secado en solvente, específicamente etanol. De esta forma, caracterizando por espectroscopia de RAMAN y difracción de rayos X (DRX) se obtuvieron partículas con estructuras cercanas a las 7 capas. A continuación, estas partículas se mezclaron con PHB mediante mezclado en solución con cloroformo como solvente. Los nanocompósitos preparados evidenciaron un leve aumento en las propiedades térmicas del PHB, aumentando en 2°C la temperatura de fusión y 5°C la temperatura en que se registró una disminución del 10 % y 50 % de masa en TGA para los compósitos con 1 % de nanopartículas. En contraposición, las propiedades mecánicas aumentaron significativamente, mejorando en un 100 % el módulo de Young y en un 25 % la deformación de rotura para cargas de 0,5 % de nanorelleno. En relación a las propiedades de barrera, la adición de nanoláminas disminuyó la rugosidad del material y aumentó el ángulo de contacto, para concentraciones de relleno iguales o inferiores a 0,5 % p/p, lo que se tradujo en un aumento del 67 % y 63 % de las propiedades de barrera al oxigeno y vapor de agua respectivamente. La adición de MoS2 aumentó la biodegradabilidad del PHB, producto de la interacción con su estructura, a 2 meses para la mayoría de las cargas estudiadas. Finalmente, las nanopartículas añadieron actividad antibacteriana al polímero, reduciendo la cantidad de bacterias presentes en un 95 % a las 24 horas para cargas de MoS2 del 0,5 %. Así, se puede concluir que los nanocompósitos de PHB/MoS2 pueden ser potencialmente utilizados como material en packaging activo.