Desarrollo de prototipos de materiales biocompuestos a partir de biomasa lignocelulósica de plantas Cannabáceas en Chile.

Abstract

El desarrollo de bioplásticos a escala industrial se ha presentado como una alternativa considerable y hasta competitiva en algunos casos, frente a la utilización de plásticos y otros materiales sintéticos. Sin embargo, tres grandes desafíos en torno al mercado de los bioplásticos para la industria química son: 1) el desarrollo de nuevas materias primas renovables, 2) alcanzando costos competitivos y 3) asegurando una trazabilidad del impacto ambiental (Mohanty, 2011). Por otro lado, en Chile, los rastrojos de cultivos de cannabis autorizados por SAG generalmente son incinerados y no requieren acciones de mitigación ambiental, derivando en contaminación y riesgos a la salud de la población (Decreto 404, 1984). Mediante esta investigación, se plantea procesar dichos rastrojos para diseñar prototipos de un material compuesto que resulte competitivo, respecto a ciertas propiedades mecánicas, frente a otros materiales sintéticos similares. Se perfila una alta resistencia a la tracción, y un elevado módulo elástico específico, considerando mezclas de ácido poliláctico (PLA), celulosa, lignina y PEG 400. Para ello, se efectúa un “fraccionamiento” de la biomasa, se preparan 8 muestras mediante conformado por solución, y se caracterizan mediante un ensayo de microtracción. A partir de los datos obtenidos, se calculan las propiedades mecánicas mencionadas, tanto teóricas como experimentales, y se evalúan los costos de fabricación a escala de laboratorio. Finalmente, se estudia el impacto ambiental del material, mediante un Análisis de Ciclo de Vida (ACV). Se identificó a la probeta con mayor módulo específico teórico (6,68 GPa), cuya composición es PLA/celulosa/lignina, equivalente a 55/30/15 en %p/p. A dicha formulación se le estimó un costo de manufactura a escala de laboratorio de $8.480 por muestra de 2 g. Por otro lado, se calcularon las propiedades mecánicas experimentales de las muestras, en donde los mayores valores se obtuvieron igualmente para la misma formulación. Se evidencia una gran diferencia entre los valores experimentales y teóricos, atribuibles al método de conformado de muestras, el cual no está optimizado para conseguir altas propiedades mecánicas. Posteriormente, el Análisis de Ciclo de Vida advierte un elevado consumo energético para fabricar el material a escala de laboratorio, lo cual se traduce en una elevada huella de carbono equivalente.