Efecto del proceso de benzoilación de almidón hidrolizado en las propiedades térmicas y de superficie de películas termoplásticas

Abstract

A partir de la necesidad del aprovechamiento de recursos renovables y del interés por su uso como reemplazo de materiales derivados del petróleo, el almidón ha tomado gran relevancia en la industria de los plásticos destinados a envases. La formación de películas de almidón termoplástico ha sido foco de investigación durante años; sin embargo, los resultados no han sido prometedores para su uso como envase debido su alta hidrofilicidad, entre otras propiedades. Una alternativa para mejorar esta deficiencia ha sido su modificación química. La modificación del almidón a partir de diferentes procesos químicos, ha conducido a películas más hidrofóbicas.En este trabajo, se realizó la modificación química de un almidón comercial de mandioca parcialmente hidrolizado (AL) mediante una reacción de esterificación, en particular, una benzoilación parcial, empleando cloruro de benzoilo como agente de esterificación, agua como solvente y una solución acuosa de NaOH como catalizador. La reacción se llevó a cabo mediante agitación constante a 50 ºC durante 24 hs y a pH controlado. Con ambos almidones, se obtuvieron películas termoplásticas mediante el método de casting (TPAL y TPAL-H2O), calentando mezclas de almidón (4,5 % p/p) con glicerol (1,5 % p/p) y agua destilada (94 % p/p) hasta 80 ºC con agitación controlada, y posteriormente degasificando el gel y secándolo en estufa a 50 ºC durante 48 hs.Los estudios de microscopía óptica de los almidones mostraron presencia de birrefringencia en AL, indicando una organización cristalina; mientras que la modificación por benzoilación, condujo a gránulos sin ellas, indicando la gelatinización del almidón. En los espectros de FTIR se observó la aparición de una banda a número de onda 1700 cm-1, debido a la tensión del carbonilo del grupo éster, en el almidón modificado, demostrando que se produjo la reacción química. Los estudios de TGA de las películas mostraron una pérdida de masa en la zona entre 150 ºC y 250 ºC en ambas películas, típicamente relacionada con la degradación térmica del plastificante en sistemas de almidón termoplástico; y una transición alrededor de 320 ºC, asociada a la descomposición de la fase rica en almidón. El material conteniendo el almidón procesado TP-H2O presentó una mayor pérdida de masa en la zona relacionada con la degradación del plastificante, indicando mayor contenido de plastificante disponible. Este comportamiento posiblemente se deba a que al proceso de benzoilación condujo a gránulos de almidón más rotos, favoreciendo la interacción de los OH del glicerol con los extremos de las cadenas del almidón. Por otro lado, la temperatura asociada a la descomposición del almidón no mostró diferencias significativas entre las películas; sin embargo, este proceso comenzó antes y resultó mucho mayor en TP-H2O. Este comportamiento se condice con que el almidón utilizado en dicha película está compuesto en su mayoría por granos rotos, facilitando el temprano comienzo de su degradación térmica. Finalmente, se determinó el ángulo de contacto de las películas, resultando 70 º para TPAL y 72 º para TP-H2O. Los resultados indican que mediante el uso del almidón modificado por benzoilación, se obtienen películas levemente más hidrofóbicas.