PHVB - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos



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PHVB

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Copolimero poliidrossibutirrato-valerato (PHBV)

Un polímero biodegradable reciente es el copolímero de polihidroxibutirato-valerato (PHBV). El PHBV es un poliéster biodegradable que pertenece a la familia PHA, así como también el poli [(R) -3-hidroxibutirato] (PHB). Estos copolímeros difieren de muchos de los materiales plásticos típicos en que se producen por medios bioquímicos. Las unidades hidrovaloradas con plastificantes están disponibles comercialmente para mejorar sus propiedades, como la flexibilidad. Los copolímeros hidroxivalerados tienen puntos de fusión más bajos, mayor flexibilidad y resistencia al impacto, pero menor módulo y resistencia a la tracción. El nivel de hidroxivalerato varía de 5 a 12%. Estos copolímeros son completamente degradables en muchos entornos microbianos. Los copolímeros no plastificados con bajo contenido de hidroxivalerato debido a las altas temperaturas de procesamiento requeridas son difíciles de procesar. PHBV, es biodegradable, biocompatible y renovable, es una buena alternativa a los polímeros sintéticos a base de petróleo no biodegradables. Pero tiene los siguientes inconvenientes, de hecho es costoso, tiene baja estabilidad térmica, es frágil y difícil de procesar si no está plastificado.

Nombres y símbolos

  • copolímero de polihidroxibutirato-covalenteado
  • PHVB

Propiedades físicas

El poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato), comúnmente conocido como PHBV, es un polihidroxialcanoato. Es biodegradable, no tóxico, biocompatible, producido naturalmente por bacterias y es una buena alternativa a muchos polímeros sintéticos no biodegradables. Es un poliéster termoplástico alifático lineal. Se obtiene mediante la copolimerización de ácido 3-hidroxibutanoico y ácido 3-hidroxipentanoico. Los monómeros, ácido 3-hidroxibutanoico y 3-hidroxipentanoico, están unidos por enlaces éster; La columna vertebral del polímero está compuesta de átomos de carbono y oxígeno. La estructura de PHBV depende de la relación entre carbono y oxígeno. El ácido 3-hidroxibutanoico confiere rigidez, mientras que el ácido 3-hidroxibutanoico confiere flexibilidad. Por lo tanto, se puede hacer que el PHBV se parezca al polipropileno o al polietileno cambiando la relación de monómeros. Un aumento en la relación entre el ácido 3-hidroxibutanoico y el ácido 3-hidroxipentanoico reduce la resistencia al impacto del contra aumentan:

  • La temperatura de fusión
  • Permeabilidad al agua
  • Fuerza de Tensión
  • La temperatura de transición vítrea (Tg)

Propiedades termales

El polímero de hidroxibutirato puro tiene un punto de fusión entre 145-174°C y una Tg cercana a -1°C . El procesamiento de los copolímeros de PHBV requiere un control cuidadoso de las temperaturas del proceso. El material se degradará por encima de 195°C, por lo tanto, las temperaturas de procesamiento deben mantenerse por debajo de 180°C y el tiempo de procesamiento debe reducirse al mínimo. El PHBV tiene una baja estabilidad térmica y la escisión se produce en el enlace éster al eliminar la reacción β.

Propiedades químicas

Estos materiales reciben cada vez más atención porque, además de ser de base biológica y completamente biodegradables, tienen un alto grado de cristalinidad, un comportamiento hidrófobo y, finalmente, una alta resistencia a los solventes orgánicos. El PHBV sufre degradación bacteriana en el medio ambiente en presencia de dióxido de carbono y agua y es una fuente de energía para los microorganismos.

Compuesto

Tienen un comportamiento termoplástico, es decir, es suficiente aumentar la temperatura para llevarlos a un estado viscoso y, por lo tanto, poder trabajarlos exactamente como los plásticos tradicionales; Esto significa que para estos biocompuestos se pueden usar las mismas líneas de proceso de los materiales poliméricos, como extrusión, moldeo por inyección y soplado. Con estas técnicas, se pueden producir piezas moldeadas y películas delgadas que mantienen las características de biodegradabilidad de la matriz sin cambios. Existen algunos biocompuestos biodegradables basados ​​en poli [(R) -3-hidroxibutirato-co (R) -3-hidroxivalerato] (PHBV) y lignocelulosa, esta última utilizada como "relleno", es decir, como relleno. Desafortunadamente, estos biocompuestos de PHBV y lignocelulosa muestran su punto débil en aplicaciones donde se requiere un buen equilibrio entre las propiedades mecánicas y la trabajabilidad. Para mejorar las propiedades mecánicas de estos materiales, manteniendo las otras características sin cambios, se agregan plastificantes a algunos compuestos, es decir, un aditivo compatible y biodegradable, que mejora la plasticidad o fluidez del material. La plastificación generalmente se combina con el uso de agentes nucleantes, es decir, sustancias que dan lugar a una gran cantidad de gérmenes cristalinos. Las mezclas se pueden preparar con otros polímeros biodegradables miscibles, es decir, con buena compatibilidad, como por ejemplo poli (adipato-co-tereftalato de butileno) y poli (acetato de vinilo), y plastificantes opcionalmente compatibles. Estos compuestos biocompuestos finales son los mejores en términos de trabajabilidad y propiedades termomecánicas. Para la preparación de biocompuestos, es necesario secar las materias primas a 80 ° C, para eliminar la humedad presente, y mezclarlas a temperaturas del orden de 170 ° C manteniéndolas por debajo de 180 ° C para evitar la degradación de la mezcla. Sin embargo, para cumplir los requisitos del proceso y obtener las características termomecánicas correctas tanto en el moldeo por inyección como en el moldeo por soplado, es necesario mezclar el biocompuesto PHBV con plastificantes, sustancias nucleantes y polímeros compatibles.

Polimerización

El PHBV es sintetizado por bacterias en condiciones restrictivas de crecimiento. Se puede producir utilizando diferentes tipos de bacterias, incluyendo "Alcaligenes eutrophus", "Denitrificans Paracoccus" y "Ralstonia eutropha" alimentadas con carbohidratos. Las bacterias producen poliésteres, que se recogen al final del proceso. Cuando las bacterias se alimentan con glucosa, se forma el polímero de polihidroxibutirato puro, mientras que una dieta mixta de glucosa y ácido propiónico produce el copolímero. Se puede producir usando glucosa y propionato de cepas de Escherichia coli recombinantes. PHBV es un copolímero de ácido 3-hidroxibutanoico y ácido 3-hidroxipentanoico. El PHBV también se puede sintetizar a partir de butirolactona y valerolactona en presencia de aluminoxano oligomérico como catalizador. También se puede sintetizar genéticamente a partir de plantas.

Aplicaciones

PHBV se utiliza para la liberación controlada de medicamentos, implantes y reparaciones médicas, empaques especiales, dispositivos ortopédicos y botellas de producción para bienes de consumo. Las aplicaciones para los copolímeros PHBV incluyen botellas de champú, envases cosméticos y como revestimiento de laminado para productos de papel. PHBV se utiliza en envases especiales, dispositivos ortopédicos.
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