Bioplásticos activos biodegradables en suelo para aplicaciones agronómicas

Abstract

La incorporación de fibras naturales como agentes de refuerzo en matrices poliméricas ofrece una estrategia eficaz para el diseño de materiales con propiedades optimizadas, adecuados para diferentes aplicaciones. Las fibras naturales destacan por su bajo costo, alta resistencia y biodegradabilidad. En este sentido, el cultivo de Helianthus tuberosus (topinambur) es relevante como fuente de inulina y biocombustible, generando subproductos aéreos que, actualmente, son desaprovechados. A su vez, el almidón es una fuente abundante y de bajo costo que, en presencia de plastificantes, se transforma en almidón termoplástico (TPS), un polímero biodegradable compatible con los métodos convencionales de procesamiento industrial.El objetivo de este estudio fue caracterizar las fibras lignocelulósicas obtenidas de la biomasa aérea de topinambur y evaluar su potencial como refuerzo en películas basadas en almidón de mandioca. Se formularon sistemas compuestos de almidón (70%), glicerol (10%), sorbitol (10%), agua destilada (10%) y fibra de topinambur (0-10% en peso de almidón). Las mezclas fueron extruidas en una extrusora monotornillo y los extruidos obtenidos se termocomprimieron para formar películas. Las superficies de criofractura de las películas se observaron bajo el microscopio SEM. Las propiedades ópticas y de barrera UV-visible fueron evaluadas mediante espectrofotometría y colorimetría CIELab. Las propiedades mecánicas de las películas fueron analizadas según la norma ASTM D882 en una Instron 5569. Se evaluó la biodegradabilidad en suelo de los materiales mediante ensayos estandarizados de respirometría en un Oxitop (WTW) durante 120 días.Las fibras de topinambur presentaron una composición química de 88,6% de fibra total (24,1% lignina, 14,3% hemicelulosa y 41,4% celulosa), 8,5% de cenizas y 0,68% de lípidos. La adición de un 10% de fibra aumentó el módulo de Young en un 70%, destacando su capacidad como refuerzo. Las micrografías SEM confirmaron una interacción eficaz entre la fibra y la matriz polimérica, lo que favorece la integridad estructural del material. Las propiedades ópticas y de barrera al UV-visible del TPS, así como su opacidad y los parámetros cromáticos a* y b*, aumentaron con el contenido de fibra. Los ensayos de biodegradación mostraron que las películas de almidón reforzadas con fibra de topinambur alcanzaron una biodegradación superior al 55% tras 110 días. Estos resultados posicionan al residuo de topinambur como un refuerzo lignocelulósico innovador y funcional para la obtención de materiales biodegradables, alineado con los principios de la economía circular. Asimismo, se han formulado mezclas de almidón-PBAT (un polímero sintético biodegradable) evaluando la necesidad de agentes compatibilizantes. Estos sistemas se procesaron mediante técnicas que permiten su escalado y se están caracterizando las propiedades que condicionan su aplicación en el área agrícola.