Análisis del flujo de un biopolímero soluble en agua durante el procesamiento por moldeo y análisis de las propiedades de las películas resultantes

Abstract

En la presente investigación se estudió la producción de películas poliméricas de dextrano mediante el proceso de tape casting. Se evaluó el comportamiento reológico de soluciones de dextrano en agua y el efecto de la incorporación de sorbitol y carragenina en la solución. Los ensayos de reología dinámica dieron como resultado que las soluciones acuosas de dextrano presentaron comportamiento viscoelástico, el cual se acentuaba a concentraciones superiores al 20% de biopolímero. Se encontró que la adición de sorbitol incrementaba los módulos de almacenamiento y de pérdida, con respecto a las soluciones sin plastificante, mas sin embargo, no cambiaba la tendencia reológica de las soluciones. Los ensayos de reología en estado estable mostraron comportamiento pseudoplástico para todas las soluciones con concentraciones arriba del 5% de biopolímero. La viscosidad a corte cero para una solución dextrano – agua al 20% fue de 27 Pa.s, en tanto la solución acuosa 20% dextrano – 20% sorbitol presentó un valor de viscosidad corte cero de 129 Pa.s. Las soluciones de dextrano disminuyeron aproximadamente un 20% el valor de la viscosidad con un cambio de temperatura de 5 a 35 °C, a una velocidad de corte de 1 s-1. Se diseñó un equipo de tape casting para el procesamiento de soluciones acuosas de dextrano. Las películas que presentaron menos variaciones en el espesor final fueron procesadas con un espesor húmedo de 0.5 mm, velocidad de la banda de arrastre de 10 mm/s, obteniendo una desviación estándar en el espesor de 0.03 mm. Las películas de dextrano presentaron un esfuerzo tensil máximo de 22.8 MPa, en tanto la película con adición de sorbitol disminuye el esfuerzo tensil máximo aumentando el porcentaje de elongación hasta el 107.5%. La permeabilidad al vapor de agua de las películas de dextrano procesadas por tape casting fue en promedio de 8x10-7 g/h.m.Pa. La adición de sorbitol incrementó el valor de permeabilidad a 1x10-6 g/h.m.Pa, en cambio la adición de carragenina, disminuyó la permeabilidad hasta 6x10-7 g/h.m.Pa. Las imágenes microscopia electrónica de barrido para las películas secas permitieron ver la homogeneidad de la estructura del biopolímero, y la microscopía óptica ayudó a establecer la porosidad en la superficie de las películas, explicando el proceso de salida del agua desde las mismas. El dextrano fue caracterizado por difracción de rayos - X, calorimetría de barrido diferencial, y microscopía óptica con polarizadores cruzados. El tape casting permite obtener películas homogéneas en 27 minutos por metro de película secando con una corriente de aire de 1 m/s y 50 °C

Abstract. Dextran thin films production was studied in this research through tape casting process. Rheological behavior and sorbitol and carrageenan effect after incorporation in water-dextran solutions were evaluated. Dynamic rheology tests gave as a result a viscoelastic behavior in dextran aqueous solutions; this behavior was accentuated in solutions with concentrations over 20% from biopolymer. Sorbitol addition increase storage and loss modulus respect to solutions without plasticizer, however, it did not change the rheological tendency of the solutions. Steady state rheological tests showed pseudoplastic behavior for all solution with biopolymer concentrations up to 5%. Zero shear rate viscosity for a dextran-water solution with a concentration of 20% was 27 Pa.s, somewhat, aqueous solution 20% dextran – 20% sorbitol showed a zero shear rate of 129 Pa.s. Dextran solutions decreased the viscosity value increasing the temperature from 5 to 35 °C approximately 20%, in the shear rate equivalent to 1 s-1. A tape casting machine was designed to process dextran aqueous solutions. Dry films with less variations in the thickness were processed with a wet thickness of 0.5 mm, carrier tape speed of 10 mm/s, obtaining a standard deviation of 0.03 mm. Dextran films showed a maximum tensile strength of 22.8 MPa, in the other hand, the film with sorbitol addition reduce the maximum tensile strength increasing the elongation percentage until 107.5% respect to the film without sorbitol. Average water vapor permeability in dextran films processed by tape casting was 8x10-7 g/h.m.Pa. Sorbitol addition increased the permeability value to 1x10-6 g/h.m.Pa, in return, carrageenan addition decreased the water vapor permeability until 6x10-7 g/h.m.Pa. Scanning electronic microscopy for dry thin films allowed seeing the homogeneity in the biopolymer structure, optical microscopy helped to establish the films surface porosity, explaining the water outlet from the bottom of the film. Dextran was characterized by X ray diffraction, differential scanning calorimetry and optical microscopy with crossed polarizers. Tape casting process allows obtaining homogeneous films in 27 minutes by meter of film, drying with air flow at 1 m/s and 50 °C.