Desarrollo de compósitos de Poli - (ácido láctico) / óxido de grafeno funcionalizado con propiedades de barrera a gases

Abstract

Nanopartículas de óxido de grafeno (GO) funcionalizadas con dos tipos de alquilaminas (Decilamina (DA) y Octadecilamina (ODA)) fueron sintetizadas a dos temperaturas diferentes; 25°C (GODA1 y GOODA1) y 80°C (GODA2 y GOODA2), las cuales se utilizaron como rellenos para preparar nanocompuestos de PLA y se estudiaron sus propiedades de barrera, mecánicas y térmicas. Mediante un análisis elemental, se determinó que el contenido de nitrógeno para el GO es de 0%, mientras que para el GO funcionalizado este valor ronda entre un 2 y 4%, confirmando la presencia de cadenas alquílicas en este. Las reacciones llevadas a cabo a 80°C (GODA2 y GOODA2) son las que mayores rendimientos másicos mostraron, registrando un 5 y 50% de incremento de la masa total, respectivamente. Estos resultados fueron respaldados mediante los análisis de Difracción de Rayos X (XRD), Espectroscopia FT-IR y Análisis Termogravimétrico (TGA). Las imágenes de Microscopia Óptica de los nanocompósitos mostraron que el GO modificado tiene mayor afinidad que el GO con la matriz de PLA, observándose buena dispersión a cargas bajas de GO modificado (0.2%), con una tendencia creciente a formar aglomerados para cargas mayores. Además, se observó que las nanopartículas sintetizadas a 80°C se dispersaron mejor en el PLA. Respecto a las propiedades mecánicas, el módulo elástico disminuyó para todos los nanocompuestos de PLA, siendo los preparados con GOODA1 los que mayor disminución presentan, registrando un 12.9% de reducción para cargas de 0.2%. Por otro lado, los nanocompuestos preparados con GODA1 registraron un 6.3% para un 0.7% de carga. Esta disminución se atribuyó principalmente a la formación de aglomerados y a la disminución de la cristalinidad de los compósitos. En propiedades de barrera, la permeabilidad al oxígeno disminuye progresivamente con el aumento de carga de nanopartículas, siendo los nanocompuestos preparados con GODA2 y GOODA2 los que mejores resultados presentan, registrando disminuciones del 28.6 y 30.4% para cargas de 2%, respectivamente. Por otro lado, la permeabilidad al vapor de agua disminuye en un 36.0 y 50.2%, para cargas de 0.2% de GODA2 y GOODA2, respectivamente; para cargas mayores ya no registran mejoras significativas. Estas mejoras se atribuyeron a la generación de un camino tortuoso por la morfología laminar del GO modificado, alta relación de aspecto; además, del carácter hidrofóbico del GO modificado en el caso de la barrera al vapor de agua. Los resultados del presente trabajo muestran que la adición del GO modificado en el PLA mejora sus propiedades de barrera, y que sus compósitos pueden ser utilizados en el envasado de alimentos.