elaboración y evaluación de plásticos reforzados

Revista Investigaciones Aplicadas No. # (2008) 1-5
Publicada en línea por la Universidad Pontificia Bolivariana
http://convena.upb.edu.co/~revistaaplicada
ISSN
ELABORACIÓN Y EVALUACIÓN DE PLÁSTICOS REFORZADOS
A PARTIR DE FIBRAS DE PIÑA
Gissela Panesso Luna*

*
Universidad Pontificia Bolivariana, Cq. 1 #70-01, of. 11-259, Medellín, Colombia,
**
Filiación Institucional Autor 2
Recibido 15 Mes 09 año 2008; aceptado ## Mes año
Disponible en línea: ## Mes año

Resumen: En los últimos años, ha surgido un particular interés por el desarrollo de
materiales compuestos reforzados con fibras naturales, como consecuencia de las
ventajas económicas y ambientales.
Con la presente investigación se desarrollo un compuesto natural a partir de la
resina de poliéster insaturado como matriz y la fibra de piña como reforzante. La
fibra de piña fue extraída mecánicamente, lavada y peinada y luego caracterizada
morfológica, química y mecánicamente. Como paso previo a la elaboración del
compuesto, la fibra fue modificada superficialmente con silanos para mejorar su
unión con la resina y por ende sus propiedades mecánicas para posibles
aplicaciones.
Abstract: In recent years, there has emerged a particular interest in the development
of composite materials reinforced with natural fibers, as a result of the economic and
environmental
benefits.
With this research is developing a compound naturally from the unsaturated
polyester resin as a parent and pineapple fiber as strengtheners. The pineapple fiber
was extracted mechanically, washed and combed and then characterized
morphological, chemical and mechanically. As a prelude to the development of the
compound, the fiber was modified superficially with silanes to improve its union
with resin and hence its mechanical properties for possible applications.

Keywords: Pineapple Fibers, Amended surface, Silanes, Composite,
Characterization
Gissela Panesso Luna, Director Javier Cruz / Investigaciones Aplicadas No. # (2008) 1-5
1. INTRODUCCIÓN
2 MATERIALES Y MÉTODOS
El las últimas décadas las fibras sintéticas han
permitido una gran contribución para el desarrollo
de humano, ya que la mayoría de las nuevas
tecnologías
aeroespaciales
e
industriales
provienen de esta, en la actualidad el impacto
ambiental que esta causa ha llevado a que estas
sean remplazadas por materiales biodegradables,
más amigables para el medio ambiente
La fibra de piña se obtuvo en el municipio de
turbo en la vereda la piña, resina de poliéster
insaturado 809, Silano Z6011.
2.1 Caracterización de la fibra de piña
La piña (Ananas cosmosus) es un fruto tropical,
de la familia de las Bromeliáceas
Originado en Sur América, se estima que en el
mundo existen más de 1400 especies,
específicamente de la Zona tropical de Paraguay,
Brasil y Argentina, en los últimos años, la piña
así como otras frutas tropicales pueden ser
encontradas en los mercados de Europa y
Norteamérica. [6]
Actualmente esta problemática ha llevado a
investigadores a trabajar con fibras naturales tales
como el sisal, yute, kenaf, lino, fique, banana
entre otras con el fin de crear compuestos
amigables al medio ambiente y debajo costo a
nivel industrial.[1,2,3]
Con este trabajo se pretende que la fibra de piña
sea una nueva alternativa para la elaboración de
materiales compuestos debido a que esta también
juega un papel importante dentro y fuera del país,
en Colombia actualmente hay sembradas 9000
hectáreas de piña, las cuales podrían emplearse
para obtener fibras de piña. [4]
La piña es el segundo cultivo tropical de
importancia mundial después del banano,
aportando más del 20 % del volumen mundial de
frutos tropicales. El 70% de la piña producida en
el mundo es consumida como fruta fresca en el
país que la produce, [7]
Para la obtención de la fibra de piña, se tomaron
las hojas de esta mas conocidas como colinos,
esta fue extraída mecánicamente en el municipio
de turbo en la vereda la piña, luego esta fue
lavada, secada y peinada, para hallar el
rendimiento de la misma.
Sin embargo, la fibra de piña debe ser sometida a
tratamientos de acondicionamiento químico antes
de ser utilizada como elemento de refuerzo con
el fin de mejorar su acoplamiento y optimizar su
adhesión con la resina que se desee emplear y, de
esta forma, mejorar algunas de sus propiedades
mecánicas [5]
En la tabla 1 y 2 se presentan las propiedades
Químicas y físicas de la fibra de piña.
.
En el caso de materiales compuestos, la resina de
poliéster insaturado ocupan un espacio importante
debido a su versatilidad, sus diversas técnicas de
fabricación, su gran cantidad de aplicaciones, su
bajo costo y sus propiedades, haciendo de ella
una excelente opción a la hora de elegir.
Tabla 1 Caracterización química de la fibra
Propiedades Químicas %
Celulosa
Hemicelulosa
Lignina
Cenizas
Solubilidad en agua fría
Solubilidad en agua caliente
Solubilidad en Etanol/Tolueno
Se realizo un estudio sobre la adhesión de estas
fibras a la matriz polimérica, luego de mejorar sus
propiedades fisicoquímicas, buscando una mejora
en las propiedades mecánicas de la misma, para
tener en cuenta a la hora de emplear estas.
60,4
17,2
8,4
0,635
10.7596
17,5297
4,4855
Tabla 2 Caracterización física de la fibra de piña
Propiedades físicas de la fibra
Rendimiento%
22,42165
Diámetro(um)
117,5--202,85
Titulo(tex)
148,36--160,33
Longitud(cm)
18,2--71,4
Recuperación Humedad%
5,57
2
Gissela Panesso Luna, Director Javier Cruz / Investigaciones Aplicadas No. # (2008) 1-5
2.2 Solubilidad de la fibra
2.3 Propiedades Físicas de la fibra
El objetivo de esta prueba es determinar el
porcentaje de compuestos presentes en la fibra de
piña, que son solubles en agua fría, agua caliente
y etanol/tolueno, este ensayo se realizo bajo la
norma ASTM D1110-56.
Diámetro: En las fibras es importante medir el
diámetro o grosor, por que este determina la
suavidad y la rigidez de la misma, para dicho
ensayo se empleo el microscopio óptico marca
Leica de la universidad Pontifica Bolivariana.
Para la solubilidad en agua fría el ensayo
consistió en llevar la fibra de piña a peso
constante por 24h, luego se monto por triplicado
en un tex de jarras 10gr de fibra por cada 500ml
de agua fría por 48h como indica la norma, luego
en la muestra fue llevada a peso constante, para
determinar la perdida de peso. Para el agua
caliente se tomaron las 3 muestras secas y por
medio de condensadores la muestra se mantuvo a
100°C por 2h, luego la muestra fue llevada a peso
constante. Para la solubilidad en etanol/tolueno la
muestra fue puesta en el porta-muestras del
soxflet por 5 horas con 500ml de solución de
etanol/tolueno, para luego llevarla a peso
constante.
En la figura 1, 2,3 se observa como se alcanzo el
peso constante de la fibra en el tiempo, para el
agua fría y el agua caliente.
Para dicho ensayo se tomaron 5 hilos de fibras a
los cuales se les midió el diámetro aparente como
se observa en la figura 3 y 4.
Figura 3 Hilo de Fibra piña
Figura 4 Hilo de fibra de piña Con el diámetro
aparente
Figura 1 Solubilidad en agua fría
Solobilidad agua fria
Peso muestra(gr)
30
25
20
15
10
5
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Tiempo(s)
Figura 2 Solubilidad en agua caliente
Solubilidad en agua caliente
Peso mestra(gr)
25
20
2.4 Propiedades Mecánicas de la fibra de piña.
15
10
5
Estas se evaluaron para observar que tan
resistente es la fibra de piña comparada con otras
fibras ya estudiadas. En la tabla 3 se muestra las
diferentes propiedades mecánicas evaluadas para
4 hilos de fibras.
0
0
2000
4000
6000
8000
10000
Tiempo(s)
Como el etanol/tolueno es muy volátil, las
muestras se secaron inmediatamente al llevarlas a
105°C
3
Gissela Panesso Luna, Director Javier Cruz / Investigaciones Aplicadas No. # (2008) 1-5
Tabla 3 Propiedades Mecánicas de la fibra
N°
Esfuerzo
1
2
3
4
Media
Desviación
estándar
Minima
Maxima
Escala
Tenacidad
(N/den)
(N)
2,7
3,97
2,2
2,8
5,1
6,5
2,6
5,15
3,2
4,61
1,3380 1,58756
9
2,2
2,8
5,1
6,5
2,9
3,7
Elongación
Carga
(mm)
(N)
1,11
1,19
1,26
1,23
1,2
0,06394
2,6
2,2
5,1
2,6
3,1
1,31
842
2,2
5,1
2,9
1,11
1,26
0,15
Unos de los factores mas importantes estudiados
para obtener buen refuerzos en el compuesto es
la unión entre la fibra y la matriz polimérica
debido a la presencia de hidroxilos, además que la
absorción de humedad de la fibra es muy alta, lo
que conduce a la mala unión de las interfaces con
la matriz polimérica que es hidrofobica, por lo
tanto con el fin de desarrollar compuestos con
mejores propiedades mecánicas es necesario
impartir
hidrofobicidad a las fibras con
tratamientos químicos para así garantizar una
mejor compatibilidad entre ambas. En la sección
2.5 se muestra el como fueron modificadas las
fibras.
Para saber si las fibras si fueron modificadas
químicamente se realizo el ensayo del IR que
permite observar los compuestos presentes en las
fibras de piña antes y después de ser tratadas, en
la figura 5 se muestra la longitud de onda de los
compuestos presentes en la fibra de piña.
2.5 Tratamiento Con Silano
El
silano
empleado
fue
el
Z6011
Aminopropietiletoxisilano,
H2NC3H6Si(OC2H5)3 que generalmente es empleado con
algunas resinas termoestables y termoplásticas
con fibras de vidrio o fibras naturales. Para el
tratamiento de la fibra de piña con el silano se
preparo 0.3% y 0.5% de silanos, con una mezcla
de etanol/ agua en la proporción 6/4 por 1 hora, el
ph de la solución se mantuvo e 4 con la adición
de acido acético, luego se sumergieron 10gr de
fibra por cada 500ml se solución por 1.5h, la
solución se filtro y por ultimo la fibra fue secada
en un horno a 70 ºC hasta que la fibra se secara
por completo.[7]
.
Figura 5 FTIR de fibra de piña tratada y sin tratar
Roja. Fibra de piña sin silanos,
Azul. Fibra de piña tratada al 0.3% de silanos
Vino tinto es a 0.5% de silanos,
2.6 Preparación del compuesto polimérico
En el grafico se observa que al transponer las 3
figuras, la fibra de piña tratada presenta una leve
disminución entre la longitud de onda de 2500 a
1800 y de 500 a 900, lo que indica que la fibra si
fue modificada químicamente
Para preparar el compuesto polimérico se empleo
la resina de poliéster insaturado debido a su fácil
manejo y su bajo costo, El compuesto polimérico
será preparado al 10%, 20% y 30% de contenido
de fibra para observar cono varían las
propiedades mecánicas con estas.
3
CONCLUSIONES
La solubilidad en agua fría y caliente permiten
observar aquellos compuestos solubles en agua
como taninos, azucares y materiales coloreados,
al decantar el agua empleada en este ensayo, esta
era de color amarillo lo cual permitía observar
que la fibra si tiene compuestos solubles en agua.
4
Gissela Panesso Luna, Director Javier Cruz / Investigaciones Aplicadas No. # (2008) 1-5
Se observo que aproximadamente el 10.7596% de
fibra es soluble en agua fría, el 17.52% es soluble
en agua caliente y el 4.48% es soluble en etanol
tolueno.
Maya Jacob John, Bejoy Francis, K.T.
Varughese, Sabu Thomas.(2008) Effect of
chemical modification on properties of hybrid
fiber biocomposites. Composites Part A: Applied
Science and Manufacturing, 39, 352-363.
Al comparar las propiedades mecánicas de la
fibra de piña con otras fibras ya estudiadas se
observo que la fibra de piña tiene propiedades
muy similares, Elongación de la fibra de banano
según (Adriana Restrepo) fue de 1.13 y 185 para
la fibra de plátano y la de piña como se observa
en la tabla 3 fue de 1.26 [8]
Oportunidades de mercado para la piña y sus
derivados en estados unidos. [medio elecronico].
http://www.agronet.gov.co/www/docs_agronet/20
06721111114_casopi%c3%b1a.pdf>. [citado 31
julio].
En la figura 5 se puede observar que al tratar la
fibra con silanos a diferentes concentraciones esta
fue levemente modificada. Lo que permitirá en un
futuro obtener mejores propiedades mecánicas al
elaborar los compuestos poliméricos.
Panthapulakkal, S, Zereshikian. A, Sain .M
(2006) Preparation and characteriztion of wheat
atraw fibers for reforcing application in injection
molded thermoplastic composites. Bioresource
technology 97. 265-272.
En la figura 5 se puede identificar las bandas de
3000 a 3500cm-1 que representan picos de OH,
los picos de 2900 a 3000 cm-1 que atribuye a los
picos de C-H de la fibra de piña [9]
Restrepo Osorio, Adriana. Escobar Acosta,
Natalia. (2002). Comportamiento textil de las
fibras del plátano y El banano. Universidad
Pontificia Bolivariana, Escuela de ingenierías p
170
Y finalmente los compuestos de silanos se forman
entre el rango de 1200 y 1500 Si-O-Si + Si-O
Fibra
T.P,Roberta.. .et al.(2003) Production of phenolic
antioxidants by the solid-state biconversion of
pineapple waste mixed with soy flour using
Rhizopus oligosporus. Process Biochemistry. 39,
2167-2172
REFERENCIAS
Behzad. T.,
Sain M.(2007) Finite element
modeling of polymer curing in natural fiber
reinforced composites. Composites Science and
Technology, 67.1666-1673
De la cruz medina, j. García h.s. operaciones
postcosecha
de
la
piña.
[en
línea].
<http://www.fao.org/index_es.htm>
[consulta:
abril.2007]
Idicula. Maries, Abderrahim Boudenne.(2006).
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reinforced polyester composites.Composites
Science and Technology, 27. 19-272
Kerguelen Grajales, Enrique Herbert (2006)
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de termoplásticos para uso en aplicaciones
agrícolas. Universidad Pontificia Bolivariana
Escuela de formación avanzada. P130.
5