CARACTERIZACIÓN MECÁNICA, TERMODINÁMICA Y MORFOESTRUCTURAL DE BIOPELÍCULAS NANOESTRUCTURADAS.

Abstract

La elaboración de empaques biodegradables a partir de gelatina, constituye una de varias alternativas para tratar de solucionar los problemas ambientales causados por residuos plásticos elaborados a partir de derivados del petróleo. Sin embargo, las biopelículas de gelatina debido a ser altamente hidrofílicas y a su fuerte energía cohesiva, son frágiles y susceptibles al agrietamiento. Estudios previos constatan que el uso de nanopartículas, tales como los nanotubos de carbono (NTC), contribuyen a mejorar las características estructurales de las matrices poliméricas de origen sintético, ya que poseen una alta resistencia a la fractura y elasticidad. Por tal motivo, se considera que éstos podrían modificar las propiedades de las biopelículas de gelatina. El objetivo de este trabajo fue caracterizar las propiedades mecánicas, termodinámicas y morfo-estructurales de biopelículas de gelatina nanoestructuradas con NTC. Para el desarrollo de esta investigación se elaboraron soluciones filmogénicas a partir de una mezcla de gelatina comercial, glicerol, NTC y dodecil sulfato de sodio (DSS), las cuales fueron vertidas en placas para la obtención de biopelículas de gelatina. Dado que los NTC son muy hidrofóbicos y tienden a aglomerarse, es necesario que se dispersen e interactúen con los componentes de la biopelícula; por lo que se evaluó el efecto de la concentración de DSS en la tensión superficial de las soluciones filmogénicas. De igual manera se realizaron pruebas reológicas dinámicas para obtener la respuesta viscoelástica como medida indirecta cualitativa del estado de dispersión de los NTC en las soluciones filmogénicas. Por otra parte para analizar la estabilidad térmica de las biopelículas, éstas se sometieron a termogravimetría. Para evaluar la estabilidad física de las biopelículas se construyeron isotermas de adsorción de humedad para obtener el contenido de humedad en la monocapa de éstas. En cuanto a las pruebas mecánicas a las que se sometieron las biopelículas se midió tanto la distancia de elongación como la fuerza de la tensión ante la fractura utilizando un texturómetro universal. La dureza y el módulo de Young se obtuvieron a partir de pruebas de nanoidentación. Las características morfo-estructurales fueron obtenidas por medio de microscopia de fuerza atómica (MFA), microscopia de barrido ambiental (MBA) y difracción de rayos X (DRX). Por último, se encontraron los valores de permeabilidad al vapor de agua y solubilidad de las biopelículas. De manera general se encontró que el aumento en la concentración de DSS disminuyó la tensión superficial de las soluciones filmogénicas, lo que permitió que los NTC se dispersaran; encontrando una concentración micelar critica (CMC) de DSS del 0.1% p/p. Las propiedades viscoelásticas de las soluciones filmogénicas con NTC fueron afectadas por el aumento en la concentración de DSS, obteniendo valores de G' mayores para la CMC de DSS. La distancia de elongación de las biopelículas de gelatina aumentó en un 168%, con el uso de los NTC con la CMC de DSS. La morfo-estructura cambio en el interior de las biopelículas más no en la superficie evidenciándose por los resultados obtenidos en DRX, MFA y MBA. Finalmente se concluyó que la adición de nanotubos proporciona una mejoría mecánica sin afectar las propiedades de barrera.