Biocompuestos a partir de cáscara de nuez pecanera.

 

Dr. Edgar N. Cabrera Álvarez.

Catedrático CONACYT. CIQA Unidad Monterrey.

La producción de nuez pecanera es una actividad económica muy importante en el norte de México. Los cinco principales estados productores en el país son: Chihuahua, Sonora, Coahuila, Durango y Nuevo León. México es el segundo país productor de nuez pecanera y el primer exportador de este producto en el mundo [1].

Teniendo en cuenta la importancia y la magnitud que esta actividad representa dentro de las regiones ya mencionadas, en la actualidad se han investigado nuevos usos para los subproductos que la cosecha de la nuez pecanera trae consigo, como lo son los aceites, bagazo, madera y cáscara.

El descascarado de la nuez es un proceso que requiere la intervención del capital humano apoyado por la maquinaria o tecnología existente para llevar acabo las actividades correspondientes. Para separar el fruto y la cáscara de nuez, es necesario humedecer la cáscara, para quebrar y descascarar la almendra [2]. La cáscara de nuez en este punto se vuelve un residuo importante, el cual no se aprovecha para obtener subproductos. La cáscara de nuez presenta alto contenido de celulosa (un biopolímero), la cual se puede separar por diversos métodos, e incluso se pueden obtener nanofibras de celulosa que se pueden utilizar para reforzar a un plástico convencional, dotándolo al mismo tiempo de cierta degradabilidad.

Por otro lado, en la actualidad existe la necesidad de encontrar materiales más sustentables que permitan sustituir a los ya existentes, en este sentido los biocompuestos poliméricos presentan un potencial de desarrollo enorme. Éstos materiales están formados por un plástico el cual puede ser biodegradable o no, que a su vez es reforzado con carga orgánica biodegradable, que por lo general son fibras naturales [3]. Los biocompuestos permiten obtener materiales con un balance entre sus propiedades de resistencia y sustentabilidad, ya que éstos se pueden degradar con mayor facilidad que los plásticos convencionales, y que además permite aprovechar residuos de producciones agrícolas como una materia prima importante en su obtención (Figura 1). Debido a lo anterior, nuestro proyecto se enfoca al desarrollo de biocompuestos poliméricos a partir de la cascara de nuez pecanera, la cual se utiliza como biomasa de relleno en polipropileno, y que además se puede formular con retardantes de flama (resistencia al fuego), permitiendo ampliar el uso de este plástico en diversas aplicaciones.

Figura 1. Componentes de un biocompuesto polimérico

Algunas cargas orgánicas como las fibras naturales, al adicionarlas en los plásticos ofrecen beneficios tales como la reducción de peso, costo y mejora sus propiedades mecánicas, así como una menor dependencia de las fuentes de petróleo para su obtención. No obstante, se deben abordar consideraciones técnicas importantes ya que este tipo de compuestos suelen presentar desafíos en lo que a su aplicación se refiere. Los desafíos incluyen la homogenización de las propiedades de la fibra, adhesión entre la fibra y la matriz polimérica (plástico), repelencia a la humedad y propiedades ignífugas entre otras, lo cual se puede resolver con la adición de aditivos específicos para cada demanda del material.

En este sentido, existen los llamados retardantes de flama, el cual es un aditivo que se adiciona a los plásticos con la finalidad de retardar su quemado ante el fuego, volviéndolos más seguros. Los retardantes de flama no halogenasdos son los que más se utilizan en la actualidad, debido a que son más seguros y menos tóxicos cuando el plástico se quema. Desafortunadamente la adición de este tipo de aditivos a los plásticos, disminuye su resistencia mecánica, debido a que se requieren desde un 20 – 50% en peso de estos aditivos. En la búsqueda de tener retardantes de flama no halogenados y volverlos más eficientes, en el CIQA estamos estudiando biocompuestos cargados con cáscara de nuez y retardante de flama no halogenados. En estos materiales se forma una capa de bioresiduo, el cuál mejora las propiedades de resistencia al fuego en el plástico.

En la Figura 2, se muestran fotos de biocompuestos de polipropileno con cáscara de nuez obtenidos mediante extrusión y moldeo por compresión. Los biocompuestos obtenidos se pueden utilizar en la industria de la construcción, en el sector automotriz y juguetería.

Figura 2. Biocompuestos de Polipropileno con cáscara de nuez

Bibliografía

1. D. M. Ignacio Orona Castillo, Sangerman-Jarquín, M. G. C. Vázquez, J. de J. E. Arellano, and J. H. N. Moreno, “La producción y comercialización de nuez pecanera en México,” Rev. Mex. Ciencias Agrícolas, vol. 10, no. 8, 2019, [Online]. Available: https://doi.org/10.29312/remexca.v10i8.1833.
2. N. D. C. R. VAZQUEZ and J. L. M. LANDA, Agronomía sustentable y aprovechamiento alternativo de la nuez. 2019.
3. Q. Zhang et al., “Biocomposites from organic solid wastes derived biochars: A review,” Materials. 2020, doi: 10.3390/MA13183923.