Desarrollo de películas de nanocompuesto de ácido poliláctico/ZnO con propiedades antibacterianas

Abstract

Las nuevas tendencias y exigencias del mercado para la industria del plástico destinada al envase y el embalaje requieren de materiales poliméricos con adecuadas propiedades físico-­químicas, preferentemente provenientes de fuentes naturales renovables y/o compostables. En este contexto los biopolímeros se han establecido como una alternativa para la sustitución de los polímeros sintéticos existentes. Por otro lado, el campo de la nanotecnología y la ciencia de los polímeros se ha convertido en una prominente área de investigación y desarrollo abarcando un amplio rango de tópicos como por ejemplo, biomateriales basados en polímeros, películas de polímeros, mezclas de polímeros y nanocompuestos en base a una matrices poliméricas. Este último de gran interés, por el efecto de las nanopartículas en las propiedades finales del nanocompuesto. La incorporación de nanopartículas en bajas proporciones (1 a 10 % p/p) en una matriz polimérica, mejora u otorga propiedades (termo-­mecánicas, ópticas, eléctricas, de barrera, antimicrobianas entre otras) al material nanocompuesto. Es entonces como nuevas tecnologías, específicamente la nanotecnología enfocada a la fabricación de envases con propiedades definidas, han permitido mejorar de forma considerable las deficiencias de los materiales tradicionales ajustándolos cada vez más a los requerimientos de la industria como por ejemplo el envasado de alimentos. Sin embargo el completo entendimiento del comportamiento de estos rellenos en matrices poliméricas permanece en continuo desarrollo. Así, por ejemplo, nanopartículas de óxido de Zinc, han sido utilizados para otorgar propiedades antibacterianas a matrices poliméricas a pesar de que el ZnO actúa como catalizador en la depolimerización del poliéster, lo que conlleva a la degradación de las cadenas poliméricas de la matriz resultando en una considerable reducción de las propiedades termo mecánicas del nanocompuesto. Una de las vías propuestas para evitar la degradación del ácido poliláctico (PLA) consiste en el tratamiento superficial de las nanopartículas de ZnO, lo que inhibe su acción catalítica sobre la matriz polimérica En este contexto, el objetivo de esta tesis de doctorado se enfoca en el desarrollo de un material nanocompuesto en base a una matriz polimérica de PLA y a nanopartículas de óxido de zinc recubiertas con alcohol de polivinilo (PVA), estudiando la influencia de las nanopartículas, en las propiedades termo-­mecánicas y antibacterianas del nanocompuesto final. Asímismo se evaluó el efecto de las nanopartículas de ZnO en la matriz de PLA mediante una caracterización fisicoquímica y análisis antibacteriano del nanocompuesto, encontrando que las nanopartículas recubiertas con PVA otorgan propiedades termo-­mecánicas y antibacterianas mejoradas al material nanocompuesto. Como control, se utilizaron nanopartículas de ZnO sin recubrir. Los resultados de esta investigación indican que el PVA actúa como compatibilizante entre las nanopartículas y la matriz de PLA disminuyendo el efecto negativo que presenta el ZnO en las propiedades termomecánicas de la matriz polimérica. En este sentido, al comparar los resultados de algunas propiedades para los nanocompuestos que contienen nanopartículas recubiertas y sin recubrir con PVA, se observa un aumento de 13% y 7% en las temperaturas de degradación (al 5% de pérdida de masa (T5%) y degradación máxima (Tmax)), respectivamente para aquellos nanocompuestos conteniendo un 1 % p/p de nanopartículas de ZnO recubiertas. Un aumento más significativo se observó en las propiedades mecánicas de estos nanocompuestos, superando en un 200% los valores de resistencia a la tracción y deformación máxima. Se evidenció además una mayor eficiencia antibacteriana para todos los nanocompuestos conteniendo nanopartículas recubiertas.