Material compuesto a base de colofonia con biosílice de la cáscara de arroz: obtención y caracterización

Abstract

Plastics of natural origin can reduce the high use of hydrocarbons and environmental pollution. Rosin is abundant and inexpensive; it is obtained from the distillation of oleoresin from pine trees; however, given its fragility, its application for packaging is limited. Furthermore, biosilica, which represents 20% by weight of rice husks, is a natural reinforcement in composite materials. Therefore, this research reports the development of a composite material prepared from rosin and biosilica through mixing and casting. The physical and mechanical properties of the biosilica were investigated: water absorption, contact angle, flame resistance, and hardness. The biosilica mixture was evaluated using SEM, FTIR, and TGA, with the biosilica concentration ranging from 5 to 20% by weight. Water absorption was less than 1%, and the contact angle decreased from 58° to 54.3° for CB0 and CB20. The combustion rate was reduced from 56 mm/s to 32 mm/s for CB0 and CB20, respectively. A 1.5% increase in hardness was observed in CB20 compared to CB0. SEM results show a high dispersion of SiO2 in the rosin matrix, even at high biosilica concentrations. FTIR identified the interaction between the carboxyl group (COOH) and the -O-Si fraction, forming silanol (Si-OH) at 3440 cm⁻¹. TGA recorded a difference in the weight loss rate of 9%/min at the maximum weight loss temperature between CB0 and CB20. The above allows us to propose a green and feasible route to prepare bio-based composite materials that can be used as packaging plastics, reducing dependence on synthetic materials and environmental impact.

Los plásticos de origen natural pueden reducir el alto empleo de los hidrocarburos y la contaminación ambiental. La colofonia es abundante y de bajo costo; se obtiene de la destilación de la oleorresina obtenida de árboles de pino; sin embargo, dada su fragilidad, su aplicación para el embalaje es limitada. Además, un refuerzo natural en materiales compuestos es la biosílice, la cual representa un 20 % en peso de la cáscara de arroz. Por lo anterior, esta investigación reporta el desarrollo de un material compuesto, preparado a partir de colofonia y biosílice, mediante mezcla y vaciado. Se investigaron sus propiedades físico-mecánicas: absorción de agua, ángulo de contacto, resistencia a la flama y dureza. La asociación se evaluó mediante MEB, FTIR y TGA, variando la concentración de biosílice en el rango de 5 a 20 % en peso. La absorción de agua es menor al 1 %, y el ángulo de contacto disminuyó de 58 a 54.3° para CB0 y CB20. La velocidad de combustión se redujo de 56 a 32 mm/s en CB0 y CB20, respectivamente. Se observa un aumento del 1.5 % en la dureza de CB20 respecto a CB0. Los resultados de MEB muestran una alta dispersión de SiO2 en la matriz de colofonia, incluso a altas concentraciones de biosílice. Por FTIR, se identificó la interacción entre el grupo carboxilo (COOH) y la fracción -O-Si, formando silanol (Si-OH) a 3440 cm⁻¹. El TGA registra una diferencia en la tasa de pérdida de peso de 9 %/min en la temperatura de pérdida máxima de peso entre CB0 y CB20. Lo anterior nos permite proponer una ruta verde y factible para preparar materiales compuestos de base biológica, que puedan emplearse como plásticos de embalaje, reduciendo la dependencia de los materiales sintéticos y el impacto ambiental.