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Tesis para optar al título de Doctor en Ciencia y Tecnología de Materiales, mención en Materiales. Director: Hermida, Elida Beatriz

La tesis aporta conocimientos científicos sobre las características estructurales de compuestos con matrices de poliésteres biodegradables de origen bacteriano reforzados con fibras naturales de cáñamo para envasado de alimentos. Dado que los polímeros biodegradables, tanto sintéticos como naturales, tienen un costo mucho mayor que los plásticos petroquímicos, la combinación con fibras naturales de bajo costo tiene por finalidad generar un material apto para envases a un costo competitivo en el mercado. La tesis podría dividirse en dos parte principales. En una parte se estudió en profundidad el comportamiento de la interfase fibra-matriz, denominada zona transcristalina (ZTC), ya que ella influye en las propiedades finales del envase por ser responsable de la transferencia de cargas. Se utilizo como matriz del material compuesto el poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV) reforzado con fibras de cáñamo. Por medio de estudios de cristalización isotérmica por microscopia óptica se obtuvieron las velocidades de nucleación y crecimiento tanto en la zona cristalina (ZC) como en la transcristalina, y con ello la diferencia de energía libre superficial (??=4.4x10-3J/m2) asociada a la formación de la ZTC, para caracterizar la habilidad que posee la fibra de cáñamo de nuclear al PHBV. Además, con experimentos de cristalización no isotérmica a velocidad de enfriamiento constante se midió la intensidad luz depolarizada y se obtuvieron las energías de activación de la ZC (95kJ/mol) y ZTC (175kJ/mol). Asimismo se estudió la morfología y se encontró que alrededor de 100°C en el compuesto PHBV/fibra de cáñamo no se desarrolla ZTC. Por métodos estadísticos (ANOVA) se comprobó que existe un efecto de la interfase generada sobre la resistencia de corte interfacial aparente (?i), obteniendo un valor de ?i de 7MPa para muestras cristalizadas isotérmicamente a 0°C sin región transcristalina, y de 30MPa para aquellas con ZTC cuya temperatura de procesamiento fue de 80°C. Con esta información se determinó una temperatura óptima de proceso, siendo posible indicar que al elaborar compuestos de matriz de PHBV reforzadas con fibras de cáñamo, si lo que se desea es resistencia mecánica deberá buscarse que la temperatura del molde sea tal que permita el desarrollo de ZTC alrededor de la fibra de refuerzo, como por ejemplo 80°C, de ya que además los resultados obtenidos de la cinética de cristalización de la ZTC indicaron que a 80°C la velocidad de cristalización es máxima. Por otro lado, la tesis proporciona información sobre el efecto de la radiación ? en los polímeros biodegradables de origen bacteriano poli(hidroxibutirato), PHB; poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato), PHBV; y la mezcla de poli(hidroxibutirato) con policaprolactona, PHB/PCL. Se irradiaron las muestras a una tasa de radiación constante de 10kGy/h, en aire y a temperatura ambiente con una fuente de 60Co. Se determinó la variación con las dosis de radiación ? absorbida del porcentaje de cristalinidad por medio de difracción de rayos X de gran ángulo, de las propiedades mecánicas con ensayos de tracción, de las propiedades térmicas por calorimetría diferencial de barrido, y utilizando la técnica de cromatografía líquida de alta presión, la variación de la distribución de pesos moleculares promedio en número. Se cuantificó además el daño por radiación, obteniendo el número promedio de cortes de cadenas producido por cada 100eV de energía absorbida, GPHBV=7.76cortes/100eV. Se obtuvo también la estabilidad relativa a la radiación en aire de 80kGy para el PHB y el PHBV y de 40kGy para el PHB/PCL. Finalmente, analizando las relaciones de elongación a la ruptura y peso molecular promedio en número en función de la dosis absorbida se observó que la elongación a la ruptura depende linealmente del promedio de peso molecular de la muestra lo cual permite proponer a la elongación a la ruptura como una propiedad adecuada para evaluar el daño por irradiación. A raíz de los resultados obtenidos, es factible indicar que la irradiación ? en aire provoca la ruptura de las cadenas poliméricas principalmente en la región amorfa pero la extensión de este proceso no deteriora las propiedades originales del polímero dentro del rango de dosis de radiación ? utilizado para preservar los alimentos o esterilizar envases alimentarios.

Lugar de trabajo: Centro Atómico Constituyentes