Materiales biocompuestos basados en almidón de maíz termoplástico reforzados con fibras de hoja de Agave salmiana

Abstract

Esta tesis consta de tres capítulos redactados como manuscritos. El primer manuscrito es una revisión bibliográfica enfocada en las propiedades morfológicas y estructurales de distintas especies del genero Agave y la relevancia y el efecto de la incorporación de estas fibras como fase de refuerzo en materiales compósitos. Los principales objetivos de obtener estos materiales son disminuir el impacto ambiental causado por la acumulación de materiales derivados del petróleo en los vertederos, reducir los costos de producción, proporcionar valor agregado a los residuos derivados de diferentes actividades económicas y promover la conservación de los recursos naturales. La selección de una planta de agave para obtener fibras que se utilizaran en el desarrollo de biocompósitos depende de la disponibilidad del recurso, y más recientemente de los residuos generados durante la explotación de dichas especies. El segundo manuscrito corresponde a la primera etapa experimental de este estudio, en el cual utilizamos las hojas de Agave salmiana -un importante residuo agrícola de la industria del mezcal y el pulque- como fuente de fibras lignocelulósicas para reforzar almidón de maíz termoplástico usando los métodos de extrusión e inyección. Evaluamos los distintos factores que influyen en las propiedades físicas, mecánicas, térmicas y termomecánicas de dichos materiales: la madurez de las hojas y si éstas recibieron o no un tratamiento previo al tallado manual para obtener la fibra, el efecto de diferentes contenidos de fibra en los biocompuestos, y las condiciones ambientales a las que se expusieron los materiales obtenidos. La madurez de la hoja no mostró diferencias significativas entre las propiedades de las fibras, ni de sus respectivos biocompósitos, particularmente en las propiedades mecánicas y térmicas. El aumento del contenido de fibra mejoró las propiedades mecánicas y termomecánicas de los biocompósitos. El efecto de utilizar fibras obtenidas de hojas con diferente madurez como refuerzo de almidón termoplástico se vio reflejado en las propiedades mecánicas y termomecánicas de los biocompósitos, particularmente al ser expuestos a distintos factores ambientales. El tercer manuscrito corresponde a la segunda etapa experimental, en la cual utilizamos las conchas residuales de Chicoreus erythrostomus también conocido como caracol rosado chino -un abundante residuo pesquero acumulado principalmente en las costas de Baja California Sur- para obtener partículas de carbonato de calcio que fueron usadas como tercera fase del biocompósito basado en almidón de maíz termoplástico reforzado con 20 wt% de fibras de las hojas jóvenes y crudas de A. salmiana. La adición de carbonato de calcio mejoró las condiciones en el proceso de extrusión, la estabilidad térmica y dimensional y la respuesta a la absorción de agua en los compuestos. Con este estudio demostramos que se pueden utilizar residuos agrícolas y pesqueros como materiales de refuerzo y de relleno en el desarrollo de biocompósitos, abriendo la posibilidad de su uso en la economía circular. Finalmente, demostramos que estos biocompuestos, como muchos otros en la literatura, son adecuados para aplicaciones que implican la exposición a diversos factores ambientales, como el envasado de alimentos, geometrías estructurales e incluso fragmentos de crecimiento de corales.