Evaluación de las propiedades mecánicas de materiales compuestos preparados con refuerzos de origen natural y matrices biodegradables : evaluación de las propiedades mecánicas de materiales compuestos de matriz pla reforzados con partículas de sílice natural

Abstract

El objetivo de este estudio fue la evaluación del efecto de la incorporación de partículas de biosílice, de origen natural proveniente de tierra de diatomeas, sobre las propiedades mecánicas de compuestos de ácido poliláctico (PLA). El uso de biosílice como refuerzo es una alternativa prometedora, debido a que permite la mejora de las propiedades, sin comprometer la biodegradabilidad del producto final. La biosilice utilizada de la marca Hyflo fue seleccionada debido a su bajo costo de $12.65/kg y la disponibilidad en locales comerciales. La caracterización del tamaño de las partículas y grado de aglomeración de la biosílice fue determinada mediante análisis de dispersión dinámica de la luz (DLS) y microscopía electrónica de barrido (SEM). Las partículas de SiO2 presentaron un diámetro efectivo de 1399.3 nm (1.4 µm), y la presencia de partículas submicrónicas de 638.69 nm (0.64 µm). Por el contrario, en las micrografías SEM se observaron aglomerados superiores a 20 μm. En este estudio, la preparación de los compuestos se realizó utilizando porcentajes en peso de biosílice del 1$12.65/kg) and commercial availability. Particle size and agglomeration of the biosilica were characterized using dynamic light scattering (DLS) and scanning electron microscopy (SEM). SiO₂ particles exhibited an effective diameter of 1399.3 nm (1.4 µm), along with the presence of submicron particles measuring 638.69 nm (0.64 µm). In contrast, agglomerates larger than 20 μm were observed in the SEM micrographs. The composites were prepared using biosilica at weight percentages of 1%, 4%, 7%, and 10%. They were fabricated using extrusion and injection molding techniques. The specimens were characterized by flexural testing according to ASTM D790-17, differential scanning calorimetry (DSC), density measurements, and void content analysis. In general, the results showed a void content higher than 8.4%, indicating the need to optimize processing conditions. Consequently, a decrease in both flexural strength and maximum deformation of the composites was observed. However, the PLA composite reinforced with 7% w/w biosilica exhibited a 5.69% increase in flexural modulus, without compromising flexural strength or deformation capacity. Furthermore, the incorporation of 10% w/w SiO₂ led to increases of 13.79% and 16.77% in the degree of crystallinity, compared to the pure PLA matrix, during the first and second heating cycles, respectively. Additionally, DSC results showed that the incorporation of biosilica particles caused a slight increase in the glass transition temperature (Tg) of the composites, from 49.5 °C to 51.3 °C