Evaluación del uso de fibras lignocelulósicas para el reforzamiento de espumas rígidas de poliuretano
DOI:
https://doi.org/10.17981/ingecuc.16.1.2020.08Palabras clave:
espuma rígida de poliuretano, biocompuesto, lignocelulosa, cascarilla de arroz, cáscara de mango, microcristales de celulosaResumen
Introducción: Las reservas de petróleo son recursos no renovables, que pueden ser sustituidos por biomasa, proveniente de residuos agroindustriales como las fibras lignocelulósicas, permitiendo de esta manera la sustitución parcial de derivados del petróleo.
Objetivo: Este artículo tiene por objetivo evaluar el uso de fibras lignocelulósicas para el reforzamiento de espumas rígidas de poliuretano.
Metodología: Se realizó un pretratamiento al material lignocelulósico, como cáscaras de mango, cascarilla de arroz y microcristales de celulosa, luego se determinó el contenido de celulosa y lignina, posteriormente se hizo la determinación del contenido del grupo hidroxilo (OH) presente en las fibras y la síntesis de las espumas de poliuretano, incluyendo material lignocelulósico en un 5%, 10% y 15%. Finalmente, se caracterizaron las espumas con la densidad aparente, absorción de agua, resistencia a la tensión y espectroscopia FTIR.
Resultados: La cascarilla de arroz, presentó el mejor resultado con un reemplazo de OH del 15%, densidad aparente de 33 kg/m3 y resistencia a la tensión 152,92 kPa. Para la absorción de agua, las cáscaras de mango alcanzaron un 277% de incremento en masa, para un 15% de OH.
Conclusiones: El reemplazo de fibras lignocelulósicas, como las cáscaras de mango y la cascarilla de arroz para reforzar espumas rígidas de poliuretano, son una oportunidad para utilizar recursos renovables con mayor valor agregado y aplicaciones industriales. Las espumas reforzadas con cascarilla de arroz al 15%, son las que tienen mejores resultados y en cuanto a la densidad aparente se obtuvo un valor máximo de 33 kg/m3, al compararlo con las muestras de cáscara de mango y microcristales de celulosa. Para la resistencia a la tensión, registra un valor de 152,92 kPa, con un aumento del 79% con respecto a la espuma de referencia. Así estas espumas reforzadas con cascarilla de arroz pueden usarse como material con resistencia a esfuerzos mecánicos y se recomienda evaluar su uso como aislante térmico. De las fibras evaluadas, la cáscara de mango es la mejor opción para una espuma de uso hortícola, ya que obtuvo una capacidad de absorción de agua de 277,30% correspondiente a la muestra con un porcentaje de sustitución del 15%.
Descargas
Citas
M. Lopretti and A. Gandini, “Nuevos materiales poliméricos derivados de fuentes renovables,” INNOTEC , No 7, pp. 59–63, Ene, 2013. Available from https://ojs.latu.org.uy/index.php/INNOTEC/article/view/200
M. Porras, “Evaluación de la incorporación de celulosa de bagazo de caña en la síntesis de espumas de poliuretano,” Tesis grado, Dept. Ing. Qui., UPB, Medellín, CO, 2013.
J. Ocampo, “Criterios de formulación de espumas flexibles de poliuretano MDI basados en la evaluación cualitativa de propiedades finales realizadas a nivel laboratorio,” Tesis magistral, Dept. Ing. Qui., UNAL, Bogotá D.C., CO, 2012.
A. Singh, D. Rathore, S. Sevda, I. Abu-Reesh and K. Vanbroekhoven, “Biohydrogen production from lignocellulosic biomass: Technology and Sustainability,” Energies, vol 8, no. 11, pp. 13062–13080, Nov. 2015. https://doi.org/10.3390/en81112357
J. Vargas, P. Alvarado, J. Vega-Baudrit y M. Porras-Gómez, “Caracterización del subproducto cascarillas de arroz en búsqueda de posibles aplicaciones como materia prima en procesos,” Rev. Cient. Fac. Cienc. Quím. Far., vol 23, no. 1, pp. 86–101, Jan. 2013.
M. Sumalia, B. Ugheoke, L. Timon and T. Oloyede, “A preliminary mechanical characterization of polyurethane filled with ignocellulosic material,” LJS, vol. 1, no. 9, pp. 159–166, Dec. 2006. Available from http://ljs.academicdirect.org/A09/get_htm.php?htm=159_166
M. Trujillo, “Desarrollo de un material compuesto de fibras naturales entrecruzadas con poliuretano,” Tesis magistral, Universidad de Guadalajara, Jalisco, Guadalajara, MX, 2007.
H. D. Rozman, Y. S. Yeo, G. S. Tay and A. Abubakar, “The mechanical and physical properties of polyurethane composites based on rice husk and polyethylene glycol,” Polym. Test., vol. 22, no. 6, pp. 617–623, Sep. 2003. https://doi.org/10.1016/S0142-9418(02)00165-4
G. Padrón-Gamboa, E. M. Arias-Marín, J. Romero-García, A. Benavides-Mendoza, J. Zamora-Rodríguez and S. P. García-Rodríguez, “Efecto de la cáscara de cacao en la obtención de espumas de poliuretano para uso hortícola,” Rev. Soc. Quím. Méx, vol. 48, no. 2, pp. 156–164, Abr. 2004.
A. A. Abdel, M. Nassar, A. Emam and M. Sultan, “Preparation and characterization of rigid polyurethane foam prepared from sugar-cane bagasse polyol,” Mater Chem Phys, vol. 129, no. 1-2, pp. 301–307, Sep. 2011. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2011.04.008
G. Huang and P. Wang, “Effects of preparation conditions on properties of rigid polyurethane foam composites based on liquefied bagasse and jute fibre,” Polym. Test, vol. 60, pp. 266–273, Jul. 2017. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2017.04.006
T. Heinze, J. Rivera-Armenta and A. Mendoza-Martínez, “New polyurethane foams modified with cellulose derivatives,” Eur. Polym. J., vol. 40, no. 12, pp. 2803–2812, 2004. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2004.07.015
C. Defonseka, Practical Guide to flexible polyuretane foams, Akron, USA: Smithers Rapra Technology, 2013.
K. Ashida, Polyurethane and related foams - Chemistry and Tachnology, Boca Raton, USA: CRC, 2006. https://doi.org/10.1201/9780203505991
M. Quintero, R. Gómez and A. Boyacá, “Los polímeros de poliuretano y la industria colombiana: una oportunidad para el aceite de palma,” PALMAS, vol. 28, no. 2, pp. 35–42, Ene, 2007. Available from https://publicaciones.fedepalma.org/index.php/palmas/article/view/1288
A. Proaño, O. Bonilla and M. Aldás, “Desarrollo de un material compuesto de matriz de poliuretano rígido reforzado con fibra de raquis de palma africana,” Revista politécnica, vol. 36, no. 2, pp. 1–7, Oct. 2015. Available from https://revistapolitecnica.epn.edu.ec/ojs2/index.php/revista_politecnica2/article/view/622
L. Serna and C. Torres, “Potencial agroindustrial de cáscaras de mango (Mangifera indica) variedades Keitt y Tommy Atkins,” Acta Agron, vol 64, no 2, pp. 110–115, Abr. 2014. https://doi.org/10.15446/acag.v64n2.43579
M. Szycher, Handbook of polyurethanes, Boca Raton, USA: CRC Press, 2012. https://doi.org/10.1201/b12343
M. E. Porras, C. P. Muñoz, A. M. Gil and G. C. Quintana, “Obtención de espumas de poliuretano con materiales lignocelulósicos,” Invest. Aplic., vol 6, no. 2, pp. 93–102, Dic. 2012.
W.F. García y L. M. Velásquez, “Evaluación del uso de fibras lignocelulósicas para el reforzamiento de espumas de poliuretano a nivel laboratorio,” Proyecto grado, Dept. Ing. Qui., UAmerica, Bogotá D.C., CO, 2018, Disponible en https://repository.uamerica.edu.co/bitstream/20.500.11839/6714/1/6122913-2018-1-IQ.pdf
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2020 INGE CUC
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0.
Los artículos publicados son de exclusiva responsabilidad de sus autores y no reflejan necesariamente las opiniones del comité editorial.
La Revista INGE CUC respeta los derechos morales de sus autores, los cuales ceden al comité editorial los derechos patrimoniales del material publicado. A su vez, los autores informan que el presente trabajo es inédito y no ha sido publicado anteriormente.
Todos los artículos están bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional.
English
Español (España)
