Efecto de las nanopartículas de plata en la memoria de forma del almidón de papa termoplástico

Abstract

Los polímeros con memoria de forma son aquellos materiales a los que se les puede fijar una geometría determinada, y al aplicar un estímulo externo (generalmente calor o humedad) presentan un cambio en su geometría recobrando a su forma original. Estos polímeros actualmente son utilizados en la fabricación de estructuras desplegables, actuadores, textiles o incluso como sistemas compuestos de autocuración, su uso se basa en tiempos de recuperación de forma específicos, principalmente. En este trabajo se estudió el efecto de las nanopartículas de plata (NPP) y el contenido de humedad en la memoria de forma de almidón de papa termoplástico. Las nanopartículas de plata se sintetizaron químicamente, a partir de AgNO3 y ácido gálico, obteniendo nanopartículas con un tamaño de 7 nm las cuales fueron caracterizadas mediante UV-vis, DRX y FTIR-ATR, mientras que los especímenes fueron obtenidos por el método de extrusión-inyección. Posteriormente, para los nanocompósitos y el almidón de papa termoplástico, se determinó el porcentaje de retracción y el contenido de humedad, y se caracterizaron por FTIR-ATR. A partir de dichas determinaciones se observó que la presencia de un mayor contenido de humedad permite una mayor retrogradación o retracción del material, debido a que hay un mayor volumen libre entre las cadenas poliméricas, lo que permite a las cadenas poliméricas recuperar parcialmente su forma de gránulo. En una segunda etapa de la investigación, los nanocompósitos obtenidos se estabilizaron bajo una humedad relativa del 59 % y se realizaron análisis termomecánicos, dinámico-mecánicos y termogravimétricos, además, se caracterizaron por microscopia electrónica de barrido y resonancia magnética nuclear (RMN), para finalmente evaluar el efecto de memoria de forma. De los ensayos de dilatometría, se observó que la Tg de los nanocompósitos disminuye alrededor de 4 ºC respecto a la Tg de la matriz. Por otro lado, el coeficiente de expansión térmica lineal disminuye conforme aumenta el porcentaje de nanopartículas de plata en el almidón termoplástico, debido a que las NPP actúan como puntos de anclaje entre las cadenas a través de la formación de puentes de hidrogeno con las cadenas de la matriz. Mientras que el reforzamiento mecánico por las nanopartículas se observa para aquellos nanocompósitos con 2.0 % de NPP, concentración a la cual se presenta un aumento en el módulo de almacenamiento, determinado por DMA. Además, los tiempos de relajación obtenidos mediante RMN permitieron corroborar que la presencia de NPP generan estructuras más densas y homogéneas. En cuanto a la memoria de forma, el almidón de papa termoplástico presentó una razón de recuperación de 85 % en 7 minutos, mientras que, los nanocompósitos con 2 % de NPP presentaron una razón de recuperación de 98 % en 2 minutos, evidenciando que la presencia de las NPP disminuye el tiempo de recuperación y aumenta la eficienta de recuperación de la memoria de forma del almidón termoplástico. Por lo que se sabe, este es el primer reporte sobre la obtención de un material inteligente con memoria de forma a base de almidón de papa termoplástico adicionado con NPP, en el cual el tiempo de recuperación se puede controlar en función del contenido de NPP. Teniendo que los tiempos de recuperación de la forma original de dichos materiales se pueden ajustar en 7, 5, 3 y 2 minutos. Ese control permitirá ampliar las aplicaciones del almidón de papa termoplástico como material inteligente con memoria de forma.