PP con fibras vegetales - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

Se han propuesto fibras vegetales no madereras hechas de varias plantas como refuerzos para sistemas poliméricos. Algunas de estas fibras vegetales ofrecen ventajas sobre la madera, especialmente en la forma en que aumentan la resistencia a la tracción de manera similar a la fibra de vidrio de mayor densidad y menos respetuosa con el medio ambiente. Pero muchos refuerzos de fibra vegetal permanecen en la fase de investigación y desarrollo hasta que se resuelvan los problemas con la absorción de humedad, las bajas temperaturas de procesamiento y las economías de escala (y otros problemas de costos). En lugar del enfoque de construcción de los WPC, las aplicaciones futuras con estos refuerzos probablemente incluirán piezas automotrices más livianas (una industria en la que la madera y las fibras vegetales ya han tenido una larga e irregular historia de uso con varios polímeros).

Se han estudiado las plantas fibrosas de sisal, yute y curaua´ como refuerzos, y se han encontrado propiedades de refuerzo óptimas en cargas de 30 al 40% en PP, utilizando masterbatches que contienen un 70% de fibra. En regiones como América Latina, por ejemplo, las calidades reforzadas con este tipo de fibras vegetales pueden ser materiales competitivos de reemplazo de la madera en la construcción o el mobiliario. También se ha propuesto la fibra de hoja de la planta brasileña de curaua para plásticos automotrices, que ofrece mayor resistencia que el sisal o el yute y el doble de su módulo. El cáñamo y el kenaf son plantas de crecimiento rápido, lo que las convierte en fuentes prácticas de fibra; en particular, las fibras de kenaf (tomadas de la mitad del tallo de la planta) muestran una alta resistencia a la tracción (261 MPa) y módulo (20 GPa). La fibra de bambú se ha comercializado como refuerzo para PP de grado de moldeo por inyección. Una empresa con sede en los Países Bajos, por ejemplo, ha producido un 30% de PP reforzado con fibra de bambú con una densidad de 1,01 g/cm3 y un MFI de 1,8 g/10 min (medido a 190°C, para evitar la degradación de la fibra). La compañía informa que el compuesto tiene un módulo de flexión de 3 GPa, una resistencia a la tracción de 31 MPa, un alargamiento del 3,3% en el rendimiento y una resistencia al impacto Charpy de 8 kJ/m2 a temperatura ambiente. La fibra de abacá de las cáscaras de residuos de plantas de banano se ha utilizado como relleno/refuerzo para PP en al menos una aplicación automotriz, una cubierta de rueda de repuesto en 2005. Aquí, la fibra de abacá se integró con PP como fibras continuas y luego se moldeó por compresión . Se dijo que su producción requería un 60% menos de energía que la fibra de vidrio cortada a partir de mechas y eliminó el 7% del peso de la versión rellena de vidrio de la pieza; además, su manipulación es menos dañina que el vidrio. La planta de agave, que se cultiva principalmente en México y está relacionada con el sisal, se utiliza para hacer tequila y edulcorante, pero también suministra una fibra de desecho que se ha utilizado en PP con una carga del 55%. Se dijo que tenía un módulo de tracción aumentado, requiriendo, como otras fibras vegetales, PP injertado con anhídrido maleico para el acoplamiento fibra / matriz. • La fibra de celulosa pura (despojada de la lignina y hemicelulosa contenida en la madera y otras fibras vegetales) se ha estudiado como una alternativa mejorada de fibra de alta relación de aspecto que cuesta menos que la fibra de vidrio. Esta fibra tiene resistencia química, resistencia al calor (hasta 260°C) y se puede producir en anchos de fibra a escala nanométrica para proporcionar propiedades mejoradas como refuerzo en varias formas modificadas. Estas y otras fibras naturales pueden comercializarse lentamente, dependiendo de las demandas del mercado de materiales de base biológica, renovables y con bajo contenido de huella de carbono en los plásticos. Las fibras vegetales distintas de la madera tienen problemas similares a los de las fibras de madera con respecto a la absorción de humedad y la incompatibilidad con la matriz de poliolefina. Todo depende de mejorar la conexión fibra/matriz. Los pretratamientos químicos de la fibra como la mercerización (tratamiento alcalino), la acetilación o la copolimerización por injerto con agentes de acoplamiento de silano tienen los efectos de, respectivamente, descomponer los haces de fibras en fibras individuales, hacer rugosa la superficie de la fibra y aumentar las relaciones de aspecto; estabilizar la fibra contra la humedad; o hacer que la fibra sea compatible con la matriz de poliolefina. Dependiendo de la técnica de procesamiento, los tratamientos químicos pueden reducir las propiedades mecánicas de las fibras en sí al mismo tiempo que aumentan sus efectos de fortalecimiento sobre el compuesto en general, debido a una mejor adhesión de la matriz de fibras y transferencia de carga. Pero no todas las fibras naturales son igualmente adecuadas para todas las opciones de pretratamiento;. Las fibras de cáñamo, por ejemplo, se descomponen tan fuertemente por el tratamiento con álcali que un simple tratamiento de agua en un solo paso dio como resultado propiedades mecánicas iguales o incluso superiores en los compuestos de cáñamo / PP.