Obtención y evaluación de mezclas de polipropileno con fibras de raquis de banano (Musa AAA)

Abstract

El uso de las fibras naturales (como relleno de un termoplástico), en sustitución de las fibras sintéticas tradicionales, presenta interesantes alternativas de producción a bajo costo, ventajas ecológicas y ambientales. Por medio de un proceso de extrusión se elaboraron Materiales Compuestos (MC) a partir de material fibroso de raquis de banano con tamaño menor a un milímetro en diferentes porcentajes y polipropileno virgen. Se compararon las propiedades con el Polipropileno virgen (PP). El estudio incluyó la determinación de los parámetros de proceso en extrusora tales como perfil de temperaturas de proceso y velocidad del tornillo. Los materiales compuestos se evaluaron por medio de análisis de gravedad específica, índice de fluidez (IF), thermogravimetric analysis (TGA), resistencia a la tensión y flexión, differential scanning calorimeter (DSC), difracción de rayos X (RX) y scanning electron microscopy (SEM). Los materiales compuestos presentaron una menor gravedad específica que el polipropileno virgen. La TGA reveló que la incorporación de la fibra de raquis de banano dentro de la matriz produce una reducción de su estabilidad térmica. La resistencia a la tensión y a la elongación en ruptura decrecen al aumentar el contenido de fibra y son menores comparados con el polipropileno virgen, pero sus módulos se incrementan. Mediante los análisis DSC y RX se determinó que la cristalinidad de los materiales compuestos disminuye al aumentar el contenido de fibra. Mediante el análisis SEM se observó una pobre interacción fibra-matriz y la tendencia a que la fibra forme grumos en la matriz lo que produce una disminución en la transferencia de esfuerzos entre la fibra y matriz. El uso del raquis para la obtención de nuevos materiales compuestos podría ser una alternativa importante para nuevas aplicaciones; a partir de un desecho biómasico y una resina sintética como el polipropileno.

The use of natural fibers (as a thermoplastic filler), replacing traditional synthetic fibers, presents interesting low-cost production alternatives, ecological and environmental advantages. Through an extrusion process, Composite Materials (MC) were made from fibrous material from banana rachis with a size of less than one millimeter in different percentages and virgin polypropylene. Properties were compared with virgin Polypropylene (PP). The study included the determination of the extruder process parameters such as process temperature profile and screw speed. The composite materials were evaluated by means of specific gravity analysis, flow rate (IF), thermogravimetric analysis (TGA), tensile and flexural strength, differential scanning calorimeter (DSC), X-ray diffraction (RX) and scanning electron microscope (SEM). The composite materials presented a lower specific gravity than the virgin polypropylene. The TGA revealed that the incorporation of the banana rachis fiber within the matrix produces a reduction in its thermal stability. Tensile strength and elongation at break decrease with increasing fiber content and are lower compared to virgin polypropylene, but their moduli increase. Through DSC and RX analysis, it was determined that the crystallinity of the composite materials decreases with increasing fiber content. Through the SEM analysis, a poor fiber-matrix interaction and the tendency for the fiber to form lumps in the matrix were observed, which produces a decrease in the stress transfer between the fiber and the matrix. The use of the rachis to obtain new composite materials could be an important alternative for new applications; from biomass waste and a synthetic resin such as polypropylene.