Development of new materials based on polymeric reinforced and self-reinforced biocomposites from natural resources

Abstract

[Abstract] The present thesis has focused on the development and study of biodegradable polymeric biocomposites obtained from natural resources for food packaging industry. Two types of biopolymer matrix i.e. poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) and potato starch and two types of filler i.e. cellulose nanocrystals (CNC) and PHBV microparticles were used. Fillers were introduced into the matrices with different methods including solvent cast film, melt mixing and extrusion. In this regard, two approaches of reinforcing and self-reinforcing were followed. As a result, three different compositions were developed namely PHBV/CNC and starch/PHBV microparticles in the reinforcing approach and PHBV/PHBV microparticles in the self-reinforcing approach. The main aim was to produce biocomposites with modified thermal, mechanical and morphological properties and also with higher crystallinity and barrier properties. Results showed that in all cases, the filler acted as nucleating agent inside the matrix. Consequently, biocomposites with improved properties were obtained which made these ecological materials to be good candidates for packaging applications.

[Resumen] La presente tesis se ha centrado en el desarrollo y estudio de biocompuestos poliméricos biodegradables obtenidos a partir de recursos naturales para la industria de envase y embalaje de alimentos. Se usaron dos tipos de matrices de biopolímero, poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBV) y almidón de patata y dos tipos de relleno, nanocristales de celulosa (CNC) y micropartículas de PHBV. Los rellenos se introdujeron en las matrices con diferentes métodos, incluyendo el cast film, mezcla en estado fundido y extrusión. En este sentido, se aplicaron dos enfoques de refuerzo y auto-refuerzo. Se desarrollaron tres composiciones diferentes: PHBV/CNC y almidón/micropartículas de PHBV en el enfoque de refuerzo y PHBV/micropartículas de PHBV en el enfoque de auto-refuerzo. El objetivo principal fue producir biocompuestos con propiedades térmicas, mecánicas y morfológicas modificadas y también con mayor cristalinidad y propiedades barrera. En todos los casos, el relleno actuó como agente nucleante dentro de la matriz. En consecuencia, se obtuvieron biocompuestos con propiedades mejoradas que hacen a estos materiales ecológicos ser buenos candidatos para aplicaciones de envase y embalaje.

[Resumo] A presente tese centrouse no desenvolvemento e estudo de biocomposites poliméricos biodegradables obtidos de recursos naturais para a industria do envase e embalaxe de alimentos. Foron utilizados dous tipos de matrices de biopolímeros, poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBV) e almidón de pataca e dous tipos de recheo, nanocristais de celulosa (CNC) e micropartículas de PHBV. Os recheos foron introducidos nas matrices con diferentes métodos, incluido cast film, mestura en fundido e extrusión. A este respeto, aplicáronse dous enfoques de reforzo e auto-reforzo. Desenvolvéronse tres composicións diferentes: PHBV/CNC e almidón/micropartículas de PHBV no enfoque de reforzo e PHBV/micropartículas de PHBV no enfoque de auto-reforzo. O obxectivo principal foi producir biocomposites con propiedades térmicas, mecánicas e morfolóxicas modificadas e tamén con maior cristalinidade e propiedades barreira. En todos os casos, o recheo actuou como axente nucleante dentro da matriz. Consecuentemente, obtivéronse biocomposites con propiedades melloradas que fan que estes materiais ecolóxicos sexan bos candidatos para aplicacións de envase e embalaxe.