Obtención, caracterización y comparación de almidón termoplástico a partir de almidón de yuca y maíz

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(1)Obtención, caracterización y comparación de almidón termoplástico a partir de almidón de yuca y maíz.. Juan Armando Gaitán Camacho. Universidad de los Andes Departamento de Ingeniería Mecánica Bogotá, Colom bia 2009.

(2) Obtención, caracterización y comparación de almidón termoplástico a partir de almidón de yuca y maíz.. Juan Armando Gaitán Camacho Trabajo de Grado. Asesor: Ing. Jorge Alberto Medina. Universidad de los Andes Departamento de Ingeniería Mecánica Bogotá, Colom bia 2009.

(3) Es te tra bajo es dedi cado a mi fa milia, que siempre me ha apoyado en todo y a yudado a segui r adelante..

(4) AGRADECIMIENTOS. Agradezco a todas las pers onas que es tuvieron involucradas de alguna manera en este proyecto, por la a yuda de todos los técnicos del laboratorio l os cuales me a yuda ron a lo la rgo del proyecto a hacer todas las pruebas de labora torio. A mi asesor Jorge Medina por sus concejos a yuda , y a mi familia y ami gos que siempre estuvieron a mi lado..

(5) TABLA DE CONTENIDOS. 1. INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………………….….…….….. 1 2. OBJETIVOS …………………………………………………………………………………………….……..………. 2 2.1 OBJETIVO GENERAL……………………………………………………..…………..….…..…….. 2 2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS………………………………………………………..……..………….. 2 3. MARCO TEORICO………………………………………………………………………………..……….……….. 3 3.1 POLIMEROS………………………………………………………….…………………..…….……….. 3 3.1.1 Defini ción…………………………………………………………………………….…….. 3 3.1.2 Clasifi ca ción según origen…………………………………………………….……. 3 3.1.3 Poli meriza ción……………………………………………………………………….…... 4 3.1.4 Es tructura …………………………………………………………………………….……. 5 3.1.5 Propiedades mecáni cas de los pol ímeros termoplásti cos ………….. 5 3.1.6 Comporta miento mecáni co…………………………………….…………………..6 3.1.7 Termoplásti cos …………………………………………………….…………………….. 6 3.2 ALMIDON…………………………………………………………………………….……………………. 6 3.2.1 Propiedades ………………………………………………..…….……………………….. 9 3.2.1.1 Gelatini za ción……………………………..…….…………………………. 9 3.2.1.2 Retrograda ción……………………………..…………………………….. 9 3.2.1.3 Transi ción vítrea ……………………….….……………………………… 9 3.2.1.4 Desestructuración………………………….………………………………….. 10 3.2.2 Yuca y Almidón de Yuca ……………………….…………………………………….10 3.2.3 Ma íz y Al midón de Ma íz………………….………………………………………….11 3.2.4 DSC………………………….………………………………………………………………….12 4. METODOLOGIA……………………………………………………………………………………………………..14 4.1 MATERIALES……………………………………………………………………………………………..14.

(6) 4.2 EQUIPOS…………………………………………………………………………………………………..14 4.2.1 Horno de Secado………………………………………………………………………..14 4.2.2 Ba tidora ……………………………………………………………………………………..14 4.2.3 Extrus ora ……………………………………………………………………………………15 4.2.4 Prensa de Moldeo por Compresión……………………………………………15 4.2.5 Moledora …………………………………………………………………………………..16 4.2.6 Maquina de Ensa yos de Tensión………………………………………………..16 4.2.7 DSC…………………………………………………………………………………………….16 5. PROCEDIMIENTO…………………………………………………………………………………………………..17 5.1 Seca do y Mezclado…………………………………………………………………………………..17 5.2 Obtenci ón por medio de extrusión…………………………………………………………..18 5.3 Molienda del TPS y moldeo de probetas ………………………………………………….18 5.4 Pruebas de tensión…………………………………………………………………………………..19 5.5 Calori metría di ferencial de barri do (DSC)……………………………………………….19 6. ANALISIS DE RESULTADOS…………………………………………………………………………………… 20 6.1 Seca do………………………………………………………………………………………….………….20 6.2 Extrusión………………………………………………………………………………………………….21 6.3 Ensa yo de Tensión……………………………………………………………………………………21 6.4 Calori metría di ferencial de barri do (DSC)……………………………………………….31 7. CONCLUSIONES…………………………………………………………………………………………………….36 BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………………………………………………..37.

(7) LISTA DE FIGURAS. Fi gura 1. Anillo de Glucosa …………………………………………………………………………………………..6 Fi gura 2. Amilosa …………………………………………………………………………………………………………7 Fi gura 3. Amilosa : polisacá rido cons tituyente del almidón. Conformado por unidades de glucosa en enlace α – 1.4………………………………………………………………………………………..7 Fi gura 4. Amilopectina ……………………………………………………………………………………………….. 8 Fi gura 5.Polisa cari do ramifi cado: Amilopectina ……………………………………………………………8 Fi gura 6.Almidon de Yuca …………………………………………………………………………………………..11 Fi gura 7. Almidón de Ma íz………………………………………………………………………………………….12 Fi gura 8.Termograma de transiciones térmi cas………………………………………………………….13 Fi gura 9. Horno de Secado Thermol yne Type F600 Furna ce……………………………………….14 Fi gura 10. Ba tidora Hoba rt N‐50…………………………………………………………………………………14 Fi gura 11. Extrusora Brabender Plas ticoder 331…………………………………………………………15 Fi gura 12. Tornillo sinfín…………………………………………………………………………………………….15 Fi gura 13. Prensa Dake modelo 44‐251……………………………………………………….……………..15 Fi gura 14. Maquina Uni versal de Ensa yos Ins trom 5586…………………………………………….16 Fi gura 15. DSC Q100 T.A. Instruments ………………………………………………………………………..16 Fi gura 16. Curva de Secado almidón de ma íz……………………………………………………………..17 Fi gura 17. Mezcla almidón – gliceri na en bolsas herméti cas …………………………………….. 17 Fi gura 18. Panel de extrusora pa ra perfil de tempera tura y registro de torque………….18 Fi gura 19. Probetas pa ra prueba de tensión (TPS AM65)……………………………………………19 Fi gura 20. Esfuerzo vs Deforma ción (AM60)……………………………………………………………….21 Fi gura 21. Esfuerzo vs Deforma ción (AY60)………………………………………………………………. 22 Fi gura 22. Lími te elásti co compa ra ti vo TPS de maíz y yuca (60% almidón)…………………23 Fi gura 23. Módulo elásti co compa ra ti vo TPS de maíz y yuca (60% almidón)………………24.

(8) Fi gura 24. Esfuerzo má ximo compa ra ti vo TPS de ma íz y yuca (60% almidón)…………….24 Fi gura 25. Elonga ción compa rati va TPS de maíz y yuca (60% almidón)……………………..24 Fi gura 26 .Esfuerzo vs Deforma ción (AM65)…………………………………………………….…………25 Fi gura 27. Esfuerzo vs Deforma ción (AY65)………………………………………………………….…….25 Fi gura 28. Lími te elásti co compa ra ti vo TPS de maíz y yuca (65% almidón)………….……..26 Fi gura 29. Módulo elásti co compa ra ti vo TPS de maíz y yuca (65% almidón)……….……..27 Fi gura 30. Esfuerzo má ximo compa ra ti vo TPS de ma íz y yuca (65% almidón)…….………27 Fi gura 31. Elonga ción compa rati va TPS de maíz y yuca (65% almidón)…………….……….27 Fi gura 32. Esfuerzo vs Deforma ción (AM70)………………………………………………………………28 Fi gura 33. Esfuerzo vs Deforma ción (AY70)………………………………………………………………..29 Fi gura 34. Lími te elásti co compa ra ti vo TPS de maíz y yuca (70% almidón)…………………30 Fi gura 35. Módulo elásti co compa ra ti vo TPS de maíz y yuca (70% almidón)………………30 Fi gura 36. Esfuerzo má ximo compa ra ti vo TPS de ma íz y yuca (70% almidón)…………….30 Fi gura 37. Elonga ción compa rati va TPS de maíz y yuca (70% almidón)……………………..31 Fi gura 38. DSC AY 60………………………………………………………………………………………………….31 Fi gura 39. DSC AM 60…………………………………………………………………………………………………32 Fi gura 40. DSC AY 65………………………………………………………………………………………………….33 Fi gura 41. DSC AM 65………………………………………………………………………………………………..33 Fi gura 42. DSC AY 70………………………………………………………………………………………………….34 Fi gura 43. DSC AM 70…………………………………………………………………………………………………35.

(9) LISTA DE TABLAS. Tabla 1. Cuadro compa ra ti vo entre diferentes almidones y su porcenta je de amilasa……………………………………………………………………………………………………………………….11 Tabla 2. Composición quími ca proximal de las partes princi pales de los granos de ma íz………………………………………………………………………………………………………………………….. 12 Tabla 3. Perdidas de humedad del almidón de maíz (AM) y mezcla almidón‐ gli cerina ……………………………………………………………………………………………………………………. 20 Tabla 4. Perdidas de humedad del almidón de yuca (AY) y mezcla almidón‐gli cerina .. 20 Tabla 5. Torque promedio de extrusión……………………………………………………………………..21 Tabla 6. Da tos ensa yo tensión AM 60………………………………………………………………………..22 Tabla 7. Da tos ensa yo tensión AY 60…………………………………………………………………………22 Tabla 8. Compara ción propiedades mecáni cas AM 60 – AY 60…………………………………..23 Tabla 9. Da tos ensa yo tensión AM 65…………………………………………………………………………25 Tabla 10. Da tos ensa yo tensión AY 65……………………………………………………………………….26 Tabla 11. Compa ración propiedades mecáni cas AM 65 – AY 65…………………………………26 Tabla 12. Da tos ensa yo tensión AM 70………………………………………………………………………28 Tabla 13. Da tos ensa yo tensión AY 70……………………………………………………………………….29 Tabla 14. Compa ración propiedades mecáni cas AM 70 – AY 70…………………………………29.

(10) 1. INTRODUCCION. El creciente interés , la preocupa ción y la conciencia por el medio ambiente ha generado la necesidad de crea r nuevos ma teriales que no sean noci vos pa ra el medio ambiente, que sean biodegra dables en tiempos ra zonables y de igual manera posean las mismas propiedades y ca ra cterís ti cas de l os polímeros sintéti cos . Debido a es to, los biopol ímeros han adqui rido mucha i mporta ncia y fuerza en la industria . Con los biopol ímeros se bus ca principalmente reduci r los problemas a mbientales asociados a los largos periodos de degra dación de los polímeros sintéticos, empleando polímeros na turales como el almidón, los cuales son biodegradables y se encuentra n en la na turaleza procedente de plantas o animales. Los pol ímeros sintéti cos obtenidos a pa rti r del petróleo, no se degradan fá cilmente y en ocasiones nunca lo hacen, es to debido a su al to peso molecula r y su ca rá cter hidrofóbi co (Utilización de plásticos biodegradables para la agricultura), por es ta razón la elimina ción de plásti cos , elementos que se desechan casi al mismo ri tmo que se producen, se han convertido en un problema para el medio ambiente. Es te hecho ha promovido la ini ciati va de modifi ca r los polímeros y ha cerlos biodegradables. Los ma teriales biodegra dables son a quellos que pueden descomponerse en dióxido de ca rbono, metano, agua y componentes orgáni cos o biomasa, mediante la a cción na tural (enzimá ti ca) de mi croorganismos como ba cterias, hongos y al gas (ASTM D 5488‐944). Los biopol ímeros biodegradables representan una nueva genera ción de ma teriales capa ces de reduci r el i mpa cto a mbiental en términos de consumo de energía y genera ción de residuos después de su desecho. Durante es te tra bajo se produjeron dos biopolímeros : uno a pa rti r de Almidón de Yuca y otro de Al midón de Maíz, en a mbos empleando glicerina como plas tifi cante. La es tructura del almidón, al i gual que sus numerosas ca ra cterís ti cas lo convierte en un candida to ideal pa ra la obtención de un biopol ímero, además de que es uno de los polisacá ridos más abundantes de la na turaleza que se encuentra como gránulos mi cros cópi cos en las raíces de tubérculos y en las semillas de las plantas (Ma íz, Yuca , Papa , etc.). El empleo de es tos dos al midones (polímeros na turales) permi tió compa ra r sus ca ra cterísti cas indi viduales, sus diferencias y cualidades en el producto final (biopolímero obtenido) mediante pruebas mecáni cas que llevó a concl ui r la utilidad y calidad de ca da uno.. 1.

(11) 2. OBJETIVOS 2.1 Objetivo General Encontra r los fa ctores necesa rios pa ra logra r la adecuada extrusión de un biopolímero a base de almidón de maíz y almidón de yuca . 2.2 Objetivos Específicos ¾ Compa rar el efecto de la formulación del almidón sobre la vis cosidad del biopol ímero ¾ Obtener los fa ctores que a fectan la homogeniza ción de la mues tra a escala labora tori o en extrusión y las tempera turas ca ra cterís ticas pa ra procesa r el ma terial obtenido.. 2.

(12) 3. MARCO TEORICO 3.1 POLIMERO Un polímero es una ma cromolécula formada por la unión repeti ti va de moléculas más pequeñas llamadas monómeros. De a cuerdo al tipo de monómero que forma el polímero, es tos se clasifican en: Homopolímeros o Copolímeros. Homopolímero: Es a quel que es tá formado por monómeros idénti cos , es deci r, es una repeti ción de la misma unidad monómera . Copolímero: Es a quel que es tá formada por la unión de dos o más monómeros dis tintos . Los copolímeros generalmente formados por dos monómeros dis tintos pueden unirse de cua tro maneras distintas : (http://mvega .chem.googlepages .com/Polmeros1.pdf) Al azar: si los monómeros se unen sin ningún orden determinado, es deci r, al aza r.. Alternado: si los monómeros se ubican de forma al ternada .. En Bloque: si los monómeros se ubi can en bloque, por ejemplo, dos de un ti po y tres de otro de manera alterna .. Injerto: cua ndo a una cadena lineal de un monómero se agregan rami fi caciones de otro monómero.. http://mvega .chem.googlepa ges .com/Polmeros1.pdf. 3.1.2 Clasificación según su origen Polímeros naturales: Son pol ímeros de ori gen biológico ya sea de procedencia ani mal, vegetal o sinteti zado por ba cterias . Entre es tos se encuentra el almidón, la celulosa, la quitina , resinas entre otras . A pa rti r de pol ímeros na turales como el almidón, la celulosa , entre otros, se pueden obtener los denominados biopolímeros. Siendo su pri ncipal cualidad, su biodegradabilidad. “La biodegrada bilidad se define como la 3.

(13) capa cidad de un ma terial de des componerse en dióxido de ca rbono, metano, a gua y componentes orgáni cos , o biomasa , en el cual el mecanismo predomi nante es la a cción enzimá ti ca de mi croorganismos ” ASTM D‐5488‐944 (Ruiz Avilés, 2006) . En general , se considera que un pol ímero es biodegra dable si su degrada ción resul ta de la a cción na tural de mi croorganismos como ba cterias, hongos y al gas. (Meneses, Corrales, & Valencia, 2007) Polímeros semisintéticos. Es obtenido por tra nsforma ción de pol ímeros na turales. Por ejemplo, la ni trocelulosa , el caucho vul canizado, etc. (Pol ímero‐ Wi kipedia, la enci clopedia libre) Polímeros sintéticos: Son ma cromoléculas creadas en laboratorio principalmente a pa rti r de hidroca rburos . Entre estos los más comunes son: El polietileno, el poliuretano, el poliesti reno, el nylon, el PVC, etc. 3.1.3 Polimerización El proceso por el cual se unen los monómeros se denomina Polimeri za ción, esta se puede realiza r por a dición, condensa ción, etapas y rea cción en cadena . De a cuerdo al mecanismo de polimeri za ción también se pueden clasifica r los polímeros. El proceso de polimeri za ción por adición i mpli ca la unión sucesi va de monómeros que tienen uno o más enlaces dobles y tri ples, mediante tres etapas : ini cia ción, propa gación y termina ción. (http://mvega.chem.googlepa ges.com/Polmeros 1.pdf). “Es ta polimeri za ción se genera cuando un "ca talizador", ini cia la rea cción. Este ca talizador sepa ra la unión doble ca rbono en los monómeros , l uego aquellos monómeros se unen con otros debido a los electrones libres , y así se va n uniendo uno tras uno has ta que la rea cción termina” (Pol ímero‐ Wikipedia, la enci clopedia libre). El proceso por condensación “el pol ímero se forma porque los monómeros que intervienen tienen más de un grupo funcional capa z de reacci ona r con el grupo de otro monómero” (http://mvega .chem.googlepa ges .com/Polmeros1.pdf). En la polimeri zación por etapas “el polímero va creciendo gra dualmente mientras ha ya monómeros disponibles, añadiendo un monómero cada vez” (Pol ímero‐ Wikipedia, la enci clopedia libre). Por úl timo en los polímeros forma dos por reacción en cadena, “ca da cadena indi vidual de polímero se forma a gran veloci dad y l uego queda ina cti va , a pesa r de esta r rodeada de monómero” (Polímero‐ Wi kipedia, la enci clopedia libre).. 4.

(14) 3.1.4 Estructura de los polímeros Los polímeros se clasifi can según su forma en lineales y ra mifi cados. “Un polímero lineal se forma cuando el monómero que l o ori gina tiene dos puntos de a taque, de modo que la polimeri za ción ocurre unidi reccionalmente y en ambos sentidos ” (http://mvega .chem.googlepa ges.com/Pol meros 1.pdf).. “Un polímero rami fica do se forma porque el monómero que lo origina posee tres o más puntos de a taque, de modo que la polimeriza ción ocurre tridimensionalmente, en las tres di recciones del espa cio” (http://mvega .chem.googlepa ges.com/Pol meros 1.pdf).. 3.1.5 Propiedades Mecánicas de los Polímeros Termoplásticos A medida que se le es apli cado une es fuerzo a un ma terial es te va a deforma rse. En el caso de los plás ti cos termoplásti cos este comportamiento generalmente es no newtoniano y vis co elásti co, l o cual quiere deci r que no ha y una rela ción lineal entre el esfuerzo y la deforma ción y cuando ocurre una deforma ción en el ma terial, es ta no es solo elásti ca sino también plásti ca . El comportamiento elásti co se debe a que los enla ces covalentes de las cadenas se es ti ren y se distorsionen permi tiendo que estas se alarguen y cuando el esfuerzo es reti rado es tas vuel ven a su es tado ori ginal (Askeland, 2004). El comporta miento plásti co del ma terial no se debe a un movimiento de disloca ciones como ocurre en los metales sino que se debe a un es ti ramiento y des enreda miento de las cadenas l o cual tiene como efecto una deforma ción permanente del ma terial.. 5.

(15) 3.1.6 Comportamiento de los polímeros al elevar su temperatura Una forma de clasifi ca r a l os pol ímeros de manera empíri ca y sencilla es de a cuerdo a su comportamiento frente al calor y ver su comportamiento, es deci r, si el polímero funde y fl uye o no lo ha ce. Se di ferencian dos tipos de polímeros (Pol ímero‐ Wikipedia, la enci clopedia libre).. 3.1.7 Termoplásticos: Se funden al calenta rse, es deci r, pasan a es tado l íquido y al. enfria rse se vuel ven a endurecer vol viendo a su es tado sólido. (Polímero‐ Wikipedia , la enci clopedia libre). Sus cadenas ya sean lineales o ra mifi cadas , no es tán o presentan pocos entrecruzamientos. Ejempl os: polietileno (PE), polipropileno (PP), cloruro de poli vinilo PVC” (Polímero‐ Wikipedia , la enci clopedia libre) y el almidón como polímero na tural o biopolímero.. Termoestables: Al ser sometidos a al tas tempera turas se des componen quími camente, de tal manera que al enfria rlos no vuel ven a su estado original . 3.2 ALMIDÓN El almidón es un polisa cári do, es deci r, una ma cromolécula formada por la uni ón de monosacá ridos (Ca rbohidra tos más simples . Siendo el más común la glucosa (figura 1) de la cual está n hechos la ma yoría de los polisacá ridos) mediante enla ces glucosídi cos . Es la reserva alimenti cia principal de las plantas . Se encuentra como gránulos mi cros cópi cos en las raíces de tubércul os y en las semillas de las plantas. Dos es tructuras diferentes componen los almidones : la amilosa y la amilopectina. La ma yoría de l os almidones genera n del 10 al 20% de amilosa y entre el 80 y el 90 % de amilopecti na (Solomons , 1999). “Los granos de almi dón es tán formados por ma cromoléculas organi zadas en capas. Las moléculas de a milosa, situadas en las capas interiores , es tán compues tas de aproxi madamente 200 a 20.000 moléculas de glucosa (unidas por enlaces glucosídicos α‐ 1,4 (fi gura 2) en ca denas no rami fica das o enrolladas en forma de héli ce (figura 3)” (Ruiz Avilés , 2006).. Figura 1. Anillo de Glucosa. (www.vi rtual.unal.edu.co) 6.

(16) Figura 2. Amilosa. (www.telecable.es ). Figura 3. Amilosa: polisacárido constituyente del almidón. Conformado por unidades de glucosa en enlace α – 1.4 (www.vi rtual.unal.edu.co). “Las moléculas de la a milopectina contienen enla ces gl ucosídi cos α‐ 1,4 y α‐1,6 (fi gura 4). Los enlaces glucos ídi cos unen las moléculas de glucosa en la cadena principal de amilopecti na. Con frecuencia se encuentran rami fi caciones de la cadena pri ncipal debidos a los enlaces glucos ídi cos α‐1,6, con otras moléculas de glucosa (fi gura 5).” (Rui z Avilés, 2006). “Las moléculas de a milopectina son signifi ca ti vamente más grandes que las moléculas de amilosa ; al gunas contienen entre 10.000 y 20.000.000 unidades de glucosa . El peso molecula r de la amilosa es tá entre 0,1 y un millón de g/mol . Y el de la a milopectina es tá entre 10.000 a 1.000 millones g/mol ” (Rui z Avilés, 2006).. 7.

(17) Figura 4. Amilopectina. (www.telecable.es). Figura 5. Polisacárido ramificado: Amilopectina. (www.vi rtual.unal.edu.co) “Una de las propiedades más i mportantes del almidón na tural es su semi ‐cristalinidad donde la a milopectina es el componente domi nante pa ra la cris taliza ción en la ma yoría de los almidones . La apa rte amorfa es tá formada por regiones ramifi cadas de amilopecti na y a milosa” (Rui z Avilés , 2006). “Las propiedades comercial mente signi fica ti vas del almodón, tales como su resistencia mecáni ca y flexibilidad, dependen de la resistencia y ca rá cter de la región cris talina, la cual , depende de la rela ción a milosa y amilopectina, y por l o tanto del tipo de planta ” (Rui z Avilés, 2006).. 8.

(18) 3.2.1 Propiedades del Almidón 3.2.1.1 Gelatinización Es el fenómeno por el cual al esta r el almidón en exceso de a gua y en presencia de calor los gránulos presentan un hinchamiento i rreversible y su solubiliza ción. “A pa rti r de l os 60°C y has ta los 80 ó 90°C el gránulo se hincha y a ma yor tempera tura rompe y se solubiliza hasta los 145 ó 150°C” (Gelatinización). “La movilidad térmi ca de las moléculas y la disolución debida al hinchamiento generan una disminución de la cris talinidad por el desenrollado de las dobles héli ces , has ta que la estructura granular se fragmenta casi por completo. La vis cosidad de esta mezcla depende de la concentra ción y de la absorci ón de agua por pa rte del almidón. Cuando ocurre la gelatini za ción, los gránulos hinchados del almidón ocupan los espa cios va cíos. La vis cosidad aumenta con la tempera tura hasta la fra gmenta ción de los gránulos , que se desintegran y se disuel ven genera ndo un decrecimiento en la viscosidad” (Meneses, Corrales, & Valencia , 2007). Sin emba rgo, a altas concentra ciones de al midón como cuando se tra ta obtener un biopolímero termoplásti co su comportamiento es di ferente. “Mientras más rigidez ha ya , se da una ma yor resistencia debido al choque entre los gránulos hinchados , lo que genera una al ta vis cosidad (Meneses, Corrales , & Valencia, 2007).” Bajo estas condi ciones , cuanto más calor se aplique, el a gua retenida desintegra la es tructura ordenada de los gránulos, y la a milosa comienza a difundirse formando un gel que fi nalmente soporta l os grá nulos compuestos princi palmente por amilopecti na.. 3.2.1.2 Retrogradación La retrograda ción es la reorganiza ción espontá nea de los puentes de hidrógeno y reorgani za ción de las cadenas molecula res , es deci r, se presenta un incremento del es tado del orden (Meneses, Corrales, & Valencia, 2007). Es te fenómeno ocurre posteri ormente a la gela tiniza ción cuando se ba ja la tempera tura y comienza el enfriamiento. Pa ralelamente disminuye la solubilidad en a gua fría y se incrementa la turbiedad. 3.2.1.3 Transición vítrea La transición vítrea de un ma terial polimérico se refiere al cambi o inducido por un incremento en la tempera tura sobre las ca ra cterís ti cas de un polímero, el cual pasa de sólido frágil y quebra dizo a flexible (As keland, 2004). La tempera tura a la cual ocurre es te fenómeno se conoce como temperatura de tra nsición vítrea , que tiene i nfluencia sobre va rias propiedades del polímero, entre las cuales se encuentra n la rigidez en las cadenas , entrecruzamiento de cadenas, presencia de cris tales, incremento de las secciones amorfas , entre otras (Meneses , Corrales , & Valencia, 2007). 9.

(19) 3.2.1.4 Desestructuración Es ta consiste en la transforma ción de los gránulos de almidón cris talinos en una ma triz homogénea de pol ímero amorfo, junto con un rompimiento de los puentes de hidrógeno entre las moléculas de almidón y la despolimeri zación de las moléculas. (Meneses, Corrales, & Valencia , 2007). Es te proceso puede genera rse por la apli ca ción de energía al almidón. Los factores quími cos y físicos involucra dos son tempera tura , esfuerzo cortante, como el que genera una extrusora e inyectora , tasa de es fuerzo, tiempo de residencia , contenido de agua y cantidad de energía a plicada (Meneses, Corrales, & Valencia, 2007).. 3.2.2 YUCA Y ALMIDON DE YUCA La Yuca (Manihot esculenta Crantz) es un tubérculo origina rio de Améri ca del Sur, “a ctualmente es un cul ti vo muy importante en regiones tropi cales del mundo (la ti tudes menores a los 30°) que van desde el ni vel del ma r hasta los 1800 m.s .n.m.” (http://www.cla yuca .org/PDF/libro_yuca /capi tulo01.pdf). La yuca es considerada como el cua rto producto bási co más i mporta nte en la dieta de más de 1000 millones de personas después del a rroz, tri go y maíz. (http://www.cla yuca .org/PDF/libro_yuca /capi tulo01.pdf). La yuca es un producto que posee va rios usos . No solo se consumen sus ra íces sino que las hojas también pueden emplea rse pa ra consumo humano o animal . Las predi cciones pa ra Colombia en cuanto a la producción de yuca indican un aumento del 0,8% anual. (http://www.cla yuca .org/PDF/libro_yuca /capi tulo01.pdf) Uno de los usos más i mportantes de la yuca es la producción de almidón. El proceso de extra cción del almidón se realiza de la siguiente manera : las ra íces se la van, se pelan y luego son ma ceradas fina mente. Luego mediante sistemas de filtrado se sepa ra el almidón y el agua que lo a rras tra de las fibras y proteína que contienen las ra íces. Pos teriormente mediante sis temas de gra vedad o centri fugado el al midón es sepa rado del a gua . Finalmente, el al midón se seca y muele pa ra ser empa cado y comercializado (http://www.cla yuca .org/PDF/libro_yuca/capi tulo01.pdf). El al midón de yuca tiene propiedades pa rti cula res que l o hacen especialmente apto pa ra ciertos procesos indus triales como el contenido de a milosa entre el 13‐15% (tabla 1) y el tamaño del granul o que puede va ria r de 5 µm a 3.5 µm, de forma entre redonda y a cha tada (fi gura 6). La distribución de los granos del almi dón, el ta maño, la forma y la superfi cie de estos son importantes pa ra su utilizaci ón en un determinado proceso (Enfoques : Propiedades funcionales de los almidones ).. 10.

(20) Tipo de almidón. Nombre Botánico. % Amilosa. Tamaño T gel ºC (micrómetros). Achira. Canna Indica. 31 - 38. 25 - 45. 64 - 72. Papa. Solanum-tuberosum. 16 - 28. 23 - 31. 58 - 67. Y uca. Manihot esculenta. 13 - 15. 11 - 12. 62 - 68. Maíz. Zea mays. 20 - 25. 12 - 15. 62 - 72. Trigo. Triticum aestivum. 17 - 32. 13 - 19. 52 - 68. Tabla 1. Cuadro comparativo entre diferentes almidones y su porcentaje de amilasa. (Al midón). Figura 6. Almidón de Yuca (Acos ta, Villada, Torres , & Rami rez, 2006). 3.2.3 MAIZ Y ALMIDON DE MAIZ La palabra ma íz, de ori gen indio ca ribeño, signi fica “lo que sustenta la vida ” li teralmente. Es uno de los cereales más importantes del mundo no sol o como alimento pa ra humanos y animales sino que es la ma teria prima de numerosos productos como almidón de ma íz (comercialmente conocido como Mai zena), a cei tes, edulcorantes y en la a ctualidad combus tible (El maiz en la nutri ción humana). En Colombia , se ha cul ti vado ma íz en casi todos los ecosistemas con ma yor intensidad en las tierras bajas tropi cales del Ca ribe y en las zonas templadas y frías de la región Andina. La ma yor producción de ma íz del pa ís se concentra en la región Ca ribe a pesa r de las condici ones limi tantes en que se cul ti va por los pequeños productores que al final al uni r las cosechas logran ser el ma yor volumen de la producción de la región. La región Andina ta mbién es de gra n i mporta ncia para la producción de ma íz, debido a su di versidad de pisos térmi cos que fa vorecen la adapta ción de distintas va riedades y su culti vo ampliamente. Dentro del contexto de la agri cultura tradi cional el ma íz es cul ti vado en las regiones del Pa cífi co, Ama zonía y en los llanos Orientales (Biotecnologia>Cul ti vos y alimentos transgéni cos Colombia‐ grupo semillas). 11.

(21) El principal componente del grano de ma íz es el almidón (fi gura 7) que corresponde has ta el 72‐73% del peso del grano (tabla 2). En el maíz común el 25‐30% del al midón es tá cons ti tuida por amilosa y 70‐75% de a milopectina . La cantidad de almidón está determinada genética mente (Biotecnologia >Culti vos y alimentos tra nsgéni cos Col ombia‐ grupo semillas).. Componente químico Pericarpio(parte Endospermo(parte Germen(Parte exterior) media) interna) Proteínas. 3,7. 8;0. 18,4. Extracto etéreo. 1,0. 0,8. 33,2. Fibra cruda. 86,7. 2,7. 8,8. Cenizas. 0,8. 0,3. 10,5. Almidón. 7,3. 87,6. 8,3. Azúcar. 0,34. 0,62. 10,8. Tabla 2. Composición química proximal de las partes principales de los granos de maíz(%) (Biotecnologia>Cul ti vos y alimentos transgéni cos Colombia‐ grupo semillas). Figura 7. Almidón de maíz. (www.biologia.edu.ar/.../image7‐9/maiz2300.gif). 3.2.4 DSC (Differential Scanning Calorimetry). La calorimetría di ferencial de ba rrido es una técni ca termo analíti ca , mediante la cual se mide la di ferencia de energía necesa ria pa ra calenta r una mues tra en función del tiempo y la temperatura , respecto a un ma terial de referencia al cual se le conoce su capa cidad calorífica . Durante la prueba, el material analizado y el de referencia se ma ntienen a las mismas condi ciones de tempera tura.. 12.

(22) Figura 8. Termograma de transiciones térmicas. (Pietro, 2007). La pri ncipal a plica ción del DSC es es tudiar las fases de tra nsición, como la fusión, transi ción vítrea , tempera tura de cris taliza ción y degrada ción, los cuales se ven representados en pi cos exotérmi cos y endotérmicos dependiendo de la transi ción. También se puede obtener el grado de cris talinidad del ma terial, al compa ra r la entalpía de fusión de la mues tra con la de un ma terial 100% cris talino.. 13.

(23) 4. METODOLOGÍA 4.1 MATERIALES Almidón na ti vo de Ma íz, Almi dón na ti vo de Yuca y Glicerina gra do USP. 4.2 EQUIPOS 4.2.1 Horno de Secado El horno utilizado pa ra el secado del almidón y el secado de la mezcla almidón – gli cerina fue el horno Thermol yne Type F600 Furna ce del labora torio de pol ímeros de ingeniería mecáni ca.. Figura 9. Horno de secado Thermolyne Type F600 Furnace. 4.2.2 Batidora Pa ra la mezcla del almidón ya secado con la glicerina se utilizo la Ba tidora Hoba rt N‐50.. Figura 10. Batidora Hobart N‐50. 14.

(24) 4.2.3 Extrusora Pa ra la elabora ción del polímero termoplásti co se utilizo la extrusora Brabender Plasti corder 331 con un tornillo sin fin sencillo.. Figura 11. Extrusora Brabender Plasticorder 331. Figura 12. Tornillo sinfín.. 4.2.4 Prensa de Moldeo por Com presión Pa ra las pruebas mecánicas de tensión de las diferentes mues tras de cada almidón se utilizó la Prensa Dake modelo 44‐251.. Figura 13. Prensa Dake modelo 44‐251.. 15.

(25) 4.2.5 Moledora Pa ra reduci r de tamaño el ma terial extruido y poder ha cer el moldeo de las probetas de tensión, se utilizo la Moledora . 4.2.6 Maquina de Ensayos de Tensión Las probetas de tensión fueron probadas en la Ma quina Uni versal de Ensa yos Ins trom 5586 del labora torio de tempera tura y humedad controlada ba jo la norma ASTM D638.. Figura 14. Maquina Universal de Ensayos Instrom 5586.. 4.2.7 Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC) Las mues tras de al midón termoplásti co fueron analizadas por medio del DSC Q100 T.A. Ins truments del labora torio de pol ímeros para encontra r las tempera turas ca ra cterísti cas del almidón y su porcentaje de cris talinidad.. Figura 15. DSC Q100 T.A. Instruments. 16.

(26) 5. PROCEDIMIENTO 5.1 Secado y Mezclado Pri mero se procedió al secado del almidón pa ra reti ra r la ma yor cantidad de humedad de este, dejándolo en el horno a una tempera tura de 120ºC dura nte 90 minutos para reduci r la humedad del almidón de 15% a 1% (Va rgas , 2007).. Figura 16. Curva de secado almidón de maíz (Vargas). Con el almidón seco se prepa ran las mues tras va riando la proporción en peso de almidón de 60%, 65% y 70% y el porcentaje res tante de gli cerina . Pos teriormente se mezcla en la ba tidora Hoba rt has ta obtener una mezcla uniforme. Una vez obtenida la mezcla se procede a secar en el horno a la misma tempera tura del primer secado durante 90 minutos , a fin de reduci r la ma yor cantidad de a gua aportada por la gli cerina debido a su ca rá cter hidrofíli co, es to es posible ya que el punto de ebulli ción de la gli cerina es de 290ºC aproximada mente evi tando la eva pora ción de esta . Aunque la tempera tura no podía ser ma yor a 230ºC pa ra preveni r la des composición del almidón. (Hocki ng, 1992). Figura 17. Mezcla almidón –glicerina en bolsas herméticas. 17.

(27) Pa ra evi ta r la absorción de agua por la mezcla , esta se coloca en bolsas herméti cas y se efectúa la extrusión de es te ma terial el mismo día .. 5.2 Obtención por medio de Extrusión Pa ra promover la forma ción del biopolimero es necesari o un esfuerzo mecáni co y térmi co pa ra logra r una gela tiniza ción completa de todos los ingredientes (Scott & Gilead, 1995). Es te esfuerzo se obtiene mediante la extrusión del ma terial utili zando una velocidad del tornillo de 30 rpm, un perfil de tempera tura fijo (120/125/130/135) °C y el mismo dado de extrusión pa ra todas las mues tras pa ra tener un procedi miento es tánda r. Si n embargo se pudo observa r que a medida que se aumentaba la cantidad de gli cerina el torque requerido era mucho menor y se podría traba ja r a velocidades ma yores . Pa ra todos los casos se regis tra el torque durante el proceso. Es te torque se promedia ya que, al no haber una alimenta ción automá ti ca , la cantidad de ma terial cambiaba ha ciendo que el torque va ria ra, por lo que se tomo el valor promedio de este pa ra el torque requerido por cada mues tra.. Figura 18. Panel de extrusora para perfil de temperatura y registro de torque.. 5.3 Molienda del TPS y moldeo de probetas Una vez obtenido el TPS por medio de la extrusión el material es coloca do nueva mente en bolsas herméticas y en desecadores para evi ta r que la muestra sea al tere por la humeda d del a mbiente. Posteriormente, es te material es molido y mol deado pa ra la elabora ción de probetas de tensión. Es tas fueron elaboradas bajo una presión de 70000 l bs . de presión, una tempera tura de fundido de 140ºC durante 8 min, 1 mi n de presión y 5 min de enfria miento. 18.

(28) Figura 19. Probetas para prueba de tensión (TPS AM 65).. 5.4 Pruebas de Tensión Las pruebas de tensión fueron llevadas a ca bo en el labora torio de tempera tura controlada ba jo la norma ASTM D638 a una velocidad de 50mm/min, una tempera tura de 24°C, y una humedad del 50%. 5.5 Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC) Pa ra las pruebas del DSC se toma ron pedazos de ma terial de un peso promedi o de 9.5mg teniendo como referencia una cápsula va cía en un medio de nitrógeno y una ‐1 veloci dad de calentamiento de 10°C mi n . Se efectua ron va rias pruebas pa ra un mis mo ma terial . Ini cialmente se realizó un ba rri do de ‐50°C a 200°C (Hernandez & Oros tegui , 2008) sin emba rgo no se encontraban tempera turas representa ti vas por debajo de la tempera tura a mbiental, por lo cual se procedió a realiza r l os ba rridos de 20°C a 200°C.. 19.

(29) 6. ANALISIS DE RESULTADOS 6.1 Secado Como se puede observa r en la ta bla 3 correspondiente al almidón de maíz, este valor concuerda con la curva del pri mer secado correspondiente al almidón (Secado de Va rgas , Figura 16). El segundo secado reduce la humedad aportada por la glicerina pri ncipalmente, ya que su ca rá cter hidrofílico ha ce que absorba mucha humedad del ambiente. % perdido % perdido 1 2 11.44 3.40 11.45 3.93 11.45 3.93 11.55 2.53 11.40 2.29. Tabla 3. Perdidas de humedad del almidón de maíz (AM) y mezcla almidón –glicerina. % perdido % perdido 1 2 13.29 3.05 12.61 3.11 14.93 3.41. Tabla 4. Perdidas de humedad del almidón de yuca (AY) y mezcla almidón –glicerina. *Las mues tras se hi cieron con una canti dad base de 500gr de almidón Los valores proporci onados al porcenta je perdido 1, corresponde al primer seca do del almidón en el horno y el porcentaje perdido 2, corresponde al segundo secado de la mezcla almidón‐gli cerina . En el caso de 80% almidón y 20% plastifi cante no se logro ha cer una extrusión ba jo ningún perfil de tempera tura , ya que el torque requerido era demasiado al to pa ra la extrusora . Como se puede observa r en las tablas 3 y 4, el almidón de yuca tiende a absorber mas humeda d que el almidón de maíz, es to se debe pri ncipalmente a la al ta solubilidad de las moléculas del almidón de yuca en plasti fi cantes como glicerina o agua . (Acosta , Villada, Torres , & Rami rez, 2006). 20.

(30) 6.2 Extrusión Muestra. Torque Promedio (Nm). AM 80 AM 70 AM 65 AM 60 AY 70 AY 65 AY 60. >90 37 40 10 83 40 25. Amplitud promedio del torque (Nm) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 26‐44 (18) 25‐52 (27) 3‐15 (12) 72‐92 (20) 16‐61 (45) 9‐38 (29). Perfil Temperatura (°C) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ 120/125/130/138 120/125/130/137.7 120/125/130/ 140‐149 120/125/130/135 120/125/130/135 120/125/130/135. Tabla 5. Torque promedio de extrusión. Los torques obtenidos (tabla 5), al extrui r las diferentes mues tras , presentan una gran va ria ción a lo la rgo de la extrusión, lo cual ocasiona que el pol ímero termoplásti co no tenga propiedades homogéneas debido a que el es fuerzo efectuado a este cambia, al igual que la velocidad a la cual este fluye. Es to se debe, a que la alimenta ción a la extrusora se realiza manualmente y no posee un flujo cons tante del ma terial.. 6.3 Ensayo de Tensión. AM 60 6. Esfuerzo (MPa). 5 1 4. 2. 3. 3. 2. 4. 1. 5 6. 0 0. 0,5. 1. Deformacion (mm/mm). Figura 20. Esfuerzo vs Deformación (AM60). 21. 1,5. 7.

(31) Probeta. Limite Elástico (MPa) 1.746 2.407 1.538 1.635 1.686 1.554 2.204 1.632 0.088. 1 2 3 4 5 6 7 Media Desviación. Modulo (MPa). Esfuerzo Máximo (MPa) 4.683 4.908 4.371 4.692 4.301 4.402 4.873 4.4898 0.1842. 101.75 173.59 102.25 110.07 107.75 108.54 144.72 106.07 3.81. Esfuerzo de Ruptura (MPa) 4.380 4.560 3.998 4.405 4.039 4.051 4.648 4.175 0.2. Elongación % 12.22 6.6 11.39 10.53 8.59 11.31 8.21 10.81 1.38. Tabla 6. Datos Ensayo Tensión AM60 Las probetas 2 y 7 fueron des ca rtadas ya que su comportamiento di fiere bastante a la ma yoría de las probetas.. AY 60 6. Esfuerzo (MPa). 5 1 4. 2. 3. 3. 2. 4 5. 1. 6 0 0. 0,2. 0,4. 0,6. 0,8. 1. 1,2. 1,4. 7. Deformacion (mm/mm). Figura 21. Esfuerzo vs Deformación (AY60) Probeta. 1 2 3 4 5 6 7 Media Desviación. Limite Elástico (MPa) 0.329 0.342 0.288 0.304 0.278 0.274 0.296 0.301 0.025. Modulo (MPa). Esfuerzo Máximo (MPa) 1.686 1.858 1.853 1.933 1.525 1.748 1.887 1.784 0.142. 20.03 29.23 28.04 23.24 22.87 20.36 22.65 23.774 3.559. Esfuerzo de Ruptura (MPa) 1.462 1.422 1.498 1.438 1.136 1.497 1.646 1.443 0.154. Tabla 7. Datos ensayos Tensión AY60 22. Elongación % 35.66 34.32 37.02 35.68 29.03 35.65 34.95 34.62 2.6.

(32) Como se puede observa r en las figuras 20 y 21 correspondientes a 60% almidón de ma íz (AM60) y yuca (AY60) respecti vamente y 40% gli cerina, se puede observa r que los dos almidones termoplásti cos tienen un comporta miento dúctil . Sin emba rgo, el almidón de yuca tiene un comporta miento mucho más dúctil al llega r a una elonga ción de casi 3 veces más que el almidón de maíz y tanto s u modulo, limi te elásti co y esfuerzo má ximo es menor que el del ma íz.. Almidón Limite Elástico (MPa) Modulo (MPa) Esfuerzo Máximo (MPa) Esfuerzo de Ruptura (MPa) Elongación (%). Maíz 1.632 106.07 4.49 4.17 10.81. Yuca 0.301 23.774 1.784 1.443 34.62. Tabla 8. Comparación propiedades mecánicas AM 60 – AY60.. Límite elástico (MPa) 2 1,5 1 0,5 0 AM60. AY60. Figura 22. Limite Elástico comparativo TPS de maíz y de yuca (60% almidón).. 23.

(33) Módulo elástico (MPa) 120 100 80 60 40 20 0 AM60. AY60. Figura 23. Módulo elástico comparativ o TPS de maíz y de yuca (60% almidón).. Esfuerzo Máximo(MPa) 5 4 3 2 1 0 AM60. AY60. Figura 24. Esfuerzo máximo comparativo TPS de maíz y de yuca (60% almidón).. Elongación(%) 40 30 20 10 0 AM60. AY60. Figura 25. Elongación comparativa TPS de maíz y de yuca(60% almidón).. 24.

(34) Esfuerzo (MPa). AM 65 12 10 8 6 4 2 0. Series1 Series2 Series3 Series4 0. 0,1. 0,2. 0,3. 0,4. Series5 Series6. Deformacion (mm/mm). Figura 26. Esfuerzo vs Deformación (AM65) Probeta. Limite Elástico (MPa) 6.916 7.625 10.59 6.64 4.899 4.726 6.161 1.284. 1 2 3 4 5 6 Media Desviación. Modulo (MPa). Esfuerzo Máximo (MPa) 6.916 7.625 10.59 6.64 4.899 4.726 6.161 1.284. 3066.5 3403 2443.75 3066 4302 4144 3596.3 591. Esfuerzo de Ruptura (MPa) 6.916 7.625 8.25 6.64 4.899 2.686 5.673 2.142. Elongación % 0.1 0.09 0.14 0.09 0.07 0.07 0.084 0.013. Tabla 9. Datos ensayos Tensión AM65. AY 65 Esfuerzo (MPa). 12 10. 1. 8 6. 2 3. 4 2. 4. 0. 5 0. 0,1. 0,2. 0,3. 0,4. Deformacion (mm/mm). Figura 27. Esfuerzo vs Deformación (AY60). 25. 6.

(35) Probeta. 1 2 3 4 5 6 Media Desviación. Limite Elástico (MPa) 0.833 0.861 0.827 0.918 0.856 0.953 0.875 0.05. Modulo (MPa). Esfuerzo Máximo (MPa) 3.75 3.397 3.79 3.674 3.419 3.685 3.619 0.17. 56.09 51.94 54.62 63.18 53.64 60.35 56.64 4.29. Esfuerzo de Ruptura (MPa) 3.75 2.499 3.79 3.674 3.419 2.158 3.215 0.7. Elongación % 11.99 10.64 12.01 12.01 11.98 11.48 11.68 0.55. Tabla 10. Datos ensayos Tensión AY65. Almidón Limite Elástico (MPa) Modulo (MPa) Esfuerzo Máximo (MPa) Esfuerzo de Ruptura (MPa) Elongación (%). Maíz 6.161 3596.3 6.161 5.673 0.08. Yuca 0.875 56.64 3.619 3.215 11.68. Tabla 11. Comparación propiedades mecánicas AM 65 – AY65.. Límite elástico (MPa) 7 6 5 4 3 2 1 0 AM65. AY65. Figura 28. Limite Elástico comparativo TPS de maíz y de yuca (65% almidón).. 26.

(36) Módulo elástico (MPa) 4000 3000 2000 1000 0 AM65. AY65. Figura 29. Módulo Elástico comparativo TPS de maíz y de yuca(65% almidón).. Esfuerzo Máximo(MPa) 7 6 5 4 3 2 1 0 AM65. AY65. Figura 30. Esfuerzo Máximo comparativo TPS de maíz y de yuca (65% almidón).. Elongación(%) 14 12 10 8 6 4 2 0 AM65. AY65. Figura 31. Elongación comparativa TPS de maíz y de yuca (65% almidón).. 27.

(37) En el caso del AM 65 se puede observa r que el comporta miento es completamente di ferente al AY 65. Su comportamiento no es congruente. Si se observa la figura 32 (AM70) en donde es menor la cantidad de plastifi cante y la cantidad de almidón es del 70%, se ve que el ma terial es más dúctil que cuando se tiene ma yor ca ntidad de gli cerina como en el caso de 65% de almidón (AM65) donde el ma terial es muy frágil (fi gura 26). Es te comportamiento también se ve reflejado en los resultados del torque (ta bla 5) el cual es ma yor que el requerido pa ra el AM 70, el cual fluye menos por lo cual necesita ría ma yor torque y no vi ceversa. Por es ta ra zón, no se pueden compa ra r es tas concentra ciones pa ra l os dos almidones. No obs tante, el comporta miento del AY 65 s í es el esperado al tener un modulo ma yor que el obtenido en AY 60 y una elonga ción menor, debido a la cris talinidad a portada por el almidón.. Esfuerzo (MPa). AM 70 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0. 1 2 3 4 0. 0,01. 0,02. 0,03. 0,04. 0,05. Deformacion (mm/mm). Figura 32. Esfuerzo vs Deformación (AM70). Probeta. 1 2 3 4 Media Desviación. Limite Elástico (MPa) 13.381 13.095 13.543 12.644 13.166 0.394. Modulo (MPa). Esfuerzo Máximo (MPa) 16.364 14.64 16.659 12.644 15.08 1.85. 1040.33 1035.4 1024.9 1039.2 1035 7.03. Esfuerzo de Ruptura (MPa) 15.74 13.767 16.659 12.644 14.7 1.83. Tabla 12. Datos ensayos Tensión AM70. 28. Elongación % 1.19 0.78 0.98 0.39 0.83 0.34.

(38) Esfuerzo (MPa). AY 70 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0. 1 2 3 4 5 0. 0,01. 0,02. 0,03. 0,04. Deformacion (mm/mm). Figura 33. Esfuerzo vs Deformación (AY70). Probeta. 1 2 3 4 5 Media Desviación. Limite Elástico (MPa) 9.110 9.836 9.845 9.291 8.775 9.371 0.466. Modulo (MPa) 778.3 778 768.5 669.67 711 741.09 48.74. Esfuerzo Máximo (MPa) 10.685 10.637 10.439 11.17 10.441 10.67 0.29. Esfuerzo de Ruptura (MPa). Elongación %. 10.685 10.637 10.439 11.17 10.441 10.67 0.29. 0.99 0.62 0.95 1.11 1.17 0.97 0.21. Tabla 13. Datos ensayos Tensión AY70. Almidón Limite Elástico (MPa) Modulo (MPa) Esfuerzo Máximo (MPa) Esfuerzo de Ruptura (MPa) Elongación (%). Maíz 13.166 1035 15.08 14.7 0.83. Yuca 9.371 741.09 10.67 10.67 0.97. Tabla 14. Comparación propiedades mecánicas AM 70 – AY70.. 29.

(39) Límite elástico (MPa) 14 12 10 8 6 4 2 0 AM70. AY70. Figura 34. Limite Elástico comparativo TPS de maíz y de yuca (70% almidón).. Módulo elástico (MPa) 1200 1000 800 600 400 200 0 AM70. AY70. Figura 35. Módulo Elástico comparativo TPS de maíz y de yuca (70% almidón).. Esfuerzo Máximo(MPa) 20 15 10 5 0 AM70. AY70. Figura 36. Esfuerzo máximo comparativo TPS de maíz y de yuca (70% almidón).. 30.

(40) Elongación(%) 1 0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 AM70. AY70. Figura 37. Elongación comparativa TPS de maíz y de yuca (70% almidón).. En el caso de la probeta 2 del AY 70, se puede observa r que falló, debido a un poro en la probeta, por lo que no logro elonga rse i gual que las otras probetas . Sin emba rgo, se puede observa r que el comporta miento de la curva esfuerzo deforma ción (fi gura 32 y 33) es muy similar y concuerda con el comportamiento que tuvieron es tos almidones termoplás ticos en la concentra ci ón de 60% almidón.. a. Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC) Tamaño de la muestra: 9.6 mg. Figura 38. DSC AY 60. 31.

(41) Tamaño de la muestra: 9.9 mg. Figura 39. DSC AM 60. En las figuras 38 y 39, correspondientes a un porcentaje de 60% al midón y 40% de gli cerina , se puede observa r que tanto en el almidón de yuca como en el al midón de ma íz no se al canza a identi fica r un Tg, l o cual indi ca que s u tempera tura de transi ción vítrea es menor a la tempera tura a mbiente, y debido a es to, el ma terial se encuentra en una temperatura donde se comporta de forma vis coelásti ca ; lo cual se pudo observa r en las pruebas de tensión donde el material a tempera tura ambiente era un ma terial muy elásti co (figuras 20 y 21). En el caso del almidón de yuca ha y un pequeño pi co exotérmi co a 140.96°C correspondiente al Tc, lo cual indi ca que alrededor de los 140°C las moléculas se organi zan pa rcialmente formando regiones cris talinas. Sin emba rgo, al tener ambos una tempera tura de fusión muy similar, nos da a entender, que los dos almidones termoplásti cos tienen un peso molecular simila r. Esta tempera tura también nos indi ca que una buena tempera tura pa ra procesa r el ma terial es por encima de 145 °C donde las moléculas del ma terial fluyen fá cilmente y debido a la ba ja resis tencia del ma terial a es ta tempera tura es tá listo pa ra ser moldeado entre otros procesos . Otro aspecto importante es la entalpia de fusión, la cual es ma yor en la muestra de AM 60, lo cual indica que es ta mues tra tiene un ma yor porcenta je de cris talinidad que la mues tra AY 60 y por ende su comportamiento más duro.. 32.

(42) Tamaño de la muestra: 9.6 mg. Figura 40. DSC AY 65.. Tamaño de la muestra: 7.5 mg. Figura 41. DSC AM 65. 33.

(43) Pa ra una mezcla de 65% almidón y 35% gliceri na se puede observa r que el comportamiento térmico del ma terial va ría bastante. En el caso de la figura 40 (AY65) se pueden observa r tres tempera turas importantes : la pri mera ocurre a 106°C que podría corresponder a una Tg. Sin emba rgo, el comporta miento del ma terial no es frágil , lo cual sucedería si el Tg fuera ma yor a la tempera tura de la prueba de tensión (25°C) por lo que es recomendable ha cer un TGA al ma terial para poder observa r si es te cambi o se debe a una pérdida de humedad en el TPS. La segunda tempera tura importante es 119°C donde se ve un pico y el tercero a 166°C. Es te ra ngo de tempera tura puede corresponder al rango en el cual el ma terial se funde. Sin emba rgo, al haber dos pi cos tan ma rcados, sería indi ca ti vo de que el ma terial que se obtuvo para es te caso no era homogéneo, lo cual ha ce que se presenten va rios pi cos de fusión donde la proporción de almidón‐plastifi cante va ría . Pa ra el caso del AM65 se puede observa r que ha y un pico a los 114°C sin emba rgo, sigue ocurriendo un flujo endotérmi co mas allá de los 200°C, por l o cual, correspondería a un Tg y no a un Tc y es to explica ría el comportamiento frá gil que se pudo observa r en la prueba de tensión, ya que a tempera turas por debajo de Tg el ma terial es muy frá gil. No obs tante, el comporta miento debería ser similar al del AY 65 por lo que es probable que en es te caso la cantidad de plas tifi cante fuera menor. Tamaño de la muestra: 9.2 mg. Figura 42. DSC AY 70. 34.

(44) Tamaño de la muestra: 8.6 mg. Figura 43. DSC AM 70 En las figuras 42 y 43 se puede observa r un pequeño pi co al rededor de 105°C en ambos casos , mos trando una tempera tura de cris taliza ción y una zona endotérmica que va entre 105°C has ta 145°C aproxi madamente. Es to correspondería a una tempera tura de fusión. En el caso del AM 70 el pi co en 130°C nos indi ca que ha y presencia de más de una forma cris talina lo cual nos revela que la mues tra no es homogénea . Si n emba rgo, la entalpia total de fusión sigue siendo ma yor que la de la mues tra de AY70, lo cual confi rma su ma yor cris talinidad y resistencia .. 35.

(45) 7. CONCLUSIONES. En el secado, el almidón de yuca abs orbe más humedad que el al midón de maíz, lo cual puede expli ca r el gran comportamiento dúctil en la mezcla de 60% de almidón, ya que los gra nos de yuca pueden absorber más fácilmente la glicerina , mejorando la plas tifi ca ción del al midón. Con pequeñas va riaci ones en la cantidad de plastifi cante, el ma terial presenta cambios mecáni cos ra zonables , vol viéndose alta mente dúctil con un porcenta je de 40% de plas tifi cante (gli cerina) a un material muy frágil y duro cuando tiene una concentra ción de 30% de plastifi cante. Los termogra mas señalan que una buena tempera tura pa ra la obtención de biopol ímeros de al midones de yuca y ma íz son los 150°C, ya que a es ta tempera tura todas las muestras han alcanzado su tempera tura de fusión. Mediante la entalpia de fusión encontrada en los termogramas y la resis tencia en los ensa yos de tensión, se puede observa r una ma yor cris talinidad en el TPS del AM expli cando por qué es te es más resistente y a su vez más frágil . Al no encontra r una temperatura de tra nsición vítrea Tg, es indi cati vo que esta tempera tura se encuentra por deba jo de la tempera tura ambiente, por lo que el comportamiento del pol ímero termoplásti co corresponde a un ma terial al tamente amorfo y dúctil .. Se a conseja desarrollar un método pa ra obtener una mues tra homogénea, ya que cuando se ha ce la extrusión no ha y un sistema de alimentaci ón que se enca rgue de agrega r cons tantemente ma terial y así mantener un torque y flujo cons tante durante la extrusión.. 36.