Resumen

La incorporación de fibras naturales en matrices poliméricas plantea desafíos debido a la incompatibilidad fisicoquímica, que generalmente se aborda mediante la modificación de precursores o el uso de compatibilizadores. Aquí, presentamos un nuevo tipo de compuesto que supera este desafío mediante la utilización de una red de láminas celulósicas finas y porosas interdifundidas con películas de parafina comerciales. Este enfoque adhiere físicamente la red de fibra a la matriz, preservando su estructura. Las imágenes de microscopía confirman la formación de la microestructura propuesta y las pruebas mecánicas revelan un aumento gradual del módulo y la resistencia con la incorporación de celulosa. La incorporación máxima lograda fue del 7,6% (p/p) de fibras celulósicas, lo que resultó en un aumento del 167% (1,67 veces mejor) en la rigidez del compuesto. Además, estos compuestos presentan ductilidad, con una deformación promedio de 410 ± 38%, correspondiente a una reducción del 20% en relación con la matriz pura. Nuestros hallazgos demuestran el potencial de este enfoque para desarrollar materiales sostenibles con propiedades mecánicas mejoradas.

1. INTRODUCCIÓN

Las fibras naturales se utilizan como refuerzo en materiales compuestos desde hace más de 2000 años[1]. El desarrollo de estos materiales ha atraído la atención para aplicaciones en varios segmentos, principalmente en las industrias de automoción y embalaje[2]. En este escenario, las fibras de celulosa como material de refuerzo presentan ventajas como menor coste, menor densidad, abundancia, disponibilidad y menor abrasividad de los equipos de procesamiento en comparación con las fibras de vidrio[3,4].

A pesar del potencial de estos composites, las matrices no polares y las fibras de celulosa (polares) no tienen una buena compatibilidad físico-química[5,6]. Debido a esta alta incompatibilidad fibra-matriz, la mayoría de los trabajos sobre este tema se centran en la modificación de las fibras, la funcionalización de la matriz o la adición de agentes compatibilizantes[7-9]. Sin embargo, además de estas interacciones físicas y químicas, a la hora de diseñar nuevos materiales deben tenerse en cuenta otros mecanismos de adhesión[10]. Así, se pueden diseñar configuraciones que permitan, por ejemplo, mantener las fibras de celulosa en forma de red conectadas mecánicamente a la matriz.

Por razones intrínsecas al método, la extrusión de matrices poliméricas con celulosa (o fibras lignocelulósicas) no permite obtener composites en los que el refuerzo se presente como una red fibrosa[11,12]. A escala de laboratorio, uno de los métodos más utilizados es la colada con disolvente[11]. Sin embargo, este método requiere una gran cantidad de disolvente y es difícil de aplicar a escala industrial[13]. Además, para las matrices no polares es necesario utilizar disolventes nocivos para el hombre y el medio ambiente, como el tolueno[14].

• Materias:Compuestos poliméricos Fibra natural Papel Polímeros
• Subjects:Polymeric composites Natural fibers Paper Polymers
• Palabras claves:Fibras naturales; Compuestos; Reforzamiento de red; Papel; Matrices poliméricas
• Keywords:Natural fibers; Composites; Network reinforcement; Paper; Polymer matrices