Desarrollo de un material compuesto hidrofóbico basado en fibras de plátano y piña tratadas por plasma frío, incluidas en matriz de polietilenglicol

Abstract

Las fibras naturales provenientes de la hoja de piña y del pseudotallo de plátano suscitan interés en diferentes áreas de la investigación e industria por sus excelentes propiedades mecánicas y características de biodegradabilidad. Estos materiales se transforman en residuos sólidos difíciles de manejar en las áreas de cultivo, convirtiéndose en materia prima de bajo costo y de procesamiento ambientalmente sostenible para investigación y desarrollo de compuestos poliméricos. Por otra parte, el efecto que transfieren las fibras sobre las propiedades de los materiales compuestos como rigidez, biodegradabilidad e hidrofobicidad son de gran interés científico y tecnológico. Estas propiedades son requeridas para diferentes aplicaciones, como empaques de alimentos, membranas de intercambio, retención y liberación de sólidos orgánicos e inorgánicos, materiales en la industria automotriz y productos de la ingeniería biomédica, entre otros. El objetivo de esta investigación fue obtener un material compuesto con características hidrofóbicas, empleando como refuerzo fibras de piña y plátano, tratadas con un método de plasma frio y embebidas en una matriz polimérica. Con esto se pretendió desarrollar hidrofobicidad en las fibras tratadas, y por ende, en el material compuesto resultante. En este orden de ideas, se realizaron inicialmente tratamientos de plasma por descarga luminiscente para ambos tipos de fibras, empleando dos atmósferas gaseosas diferentes, y alternando corriente y tiempo. Subsecuentemente, se llevó a cabo la caracterización fisicoquímica de los precursores y del producto final, empleando técnicas como microscopía electrónica de barrido, microscopía de fuerza atómica en el modo de fuerza, espectroscopia micro Raman, espectroscopia de infrarrojo y un análisis composicional a las fibras tratadas y sin tratar. Finalmente, los resultados evidenciaron un aumento significativo en la hidrofobicidad de las fibras, con ángulos de contacto superiores a 100 ° en la fibra tratada por plasma; así mismo, una disminución en la rugosidad, aumento en la rigidez y disminución del contenido de celulosa, hemicelulosa y lignina, logrando transferir parte de estas propiedades, principalmente la hidrofobicidad, al material compuesto desarrollado, el cual pasa de un ángulos de contacto de 0 ° a ángulos de 25,9 ° y 37,26 ° en la matriz polímero- fibra de piña y matriz polímero-fibra de plátano, respectivamente. (Texto tomado de la fuente)

Natural fibers from pineapple leaf and plantain pseudostem raise interest in different areas of research and industry due to the excellent mechanical properties and biodegradability characteristics of natural fibers. Besides, the pineapple leaf and the plantain pseudostem are transformed into solid waste difficult to handle in the cultivation areas, becoming in low-cost raw material and of environmentally sustainable processing in the research and development for composite materials. The effect that fibers to transfer on the physical properties of composite materials such as stiffness, biodegradability and even the hydrophobicity are arouse scientific and technological interest; properties required for different applications, such as food packaging, exchange membranes, retention and release of organic and inorganic solids, materials of automotive industry, biomedical engineering products, and in general, all biotechnological use. The aim of this work was to obtain composites polymer material with hydrophobic characteristics and using as reinforcement the pineapple and banana fibers treated with a cold plasma method. This was intended to develop the wettability properties of the treated fibers in the resulting composite. In this order of ideas, plasma treatments by luminescent discharge were carried out in both types of fibers using two different gaseous atmospheres whit variant current and time. In addition to the physicochemical characterization of treated and untreated fibers and the final product, where used multi-technics such as scanning electron microscopy, atomic force microscopy in force mode, Raman microspectroscopy, infrared spectroscopy, and compositional analysis. The previous to the objective to evaluate the morphology and topography of the fibers. A significant increase in the hydrophobicity of the fibers with contact angles greater than 100 ° then plasma treatment; also, a decrease in roughness, an increase in stiffness and a decrease in cellulose and lignin content. The treatment on fibers manages to transfer part of these properties acquired, mainly the hydrophobicity to the developed composite material that passes from a contact angle close to 0 ° at angles of 25.9 ° and 37.26 ° for the pineapple and banana fibers respectively.