[en] The present work aims to improve the properties of biopolyesters to be used in food packaging applications through the development of nanobiocomposites using different processing methods and incorporating different nanostructured materials within the biopolymeric matrices. Two incorporation strategies were used. The first one was based on a pre-incorporation of nanostructured additives, also called nanoadditives, into lactic acid oligomers by in situ polymerization technologies (specifically polycondensation) resulting in masterbatches that were subsequently mixed with commercial polylactic acid (PLA) by melt compounding (technology widely used by the industry). Thus, bacterial cellulose nanowhiskers (BCNW) and functionalized graphene nanosheets (FGS) were incorporated by this route into PLA matrices. It was first studied the effect on the final properties of the materials after incorporating oligomers, obtained by polycondensation of lactic acid, within commercial PLA matrix, in absence of nanoadditives. This resulted in an improvement in barrier properties but had no significant effect on mechanical properties. The next step consisted in the introduction of nanoadditives within PLA by the aforementioned route. The purification process of the materials obtained after the pre-incorporation step was of major importance to achieve materials where the used nanoadditive reached proper dispersion and distribution in the subsequent melt mixing step. This route of incorporation led to considerable improvements in the final properties of the synthesized materials such as mechanical and barrier properties. The second processing route consisted in the development of nanocomposites by means of High Energy Ball Milling which is a one-single step and solvent free technology. BCNW and FGS were also used as nanoadditives, although in this case, in addition to incorporation into PLA matrices, their addition into polyhydroxyalkanoates (PHAs) matrices namely a copolymer, poly (hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBV), was also assessed. Again, the dispersion factor played a key role in improving the final properties of the nanocomposites. Probably due to the inherent properties of nanoadditives, better dispersion was achieved for materials with FGS by this mixing technique, which resulted in better final properties of the prepared nano-biocomposites. Finally, degradation studies with some of the developed nanocomposites were carried out, comparing with the matrices without nano-additives. Moreover, post-processing studies for the development of food packaging applications from some of the developed materials based on thermoforming of sheets to obtain trays were also performed.

[es] El presente trabajo tiene como objetivo mejorar las propiedades de matrices biopoliméricas para su uso en aplicaciones de envasado de alimentos mediante el desarrollo de nanobiocompuestos utilizando diferentes metodologías de procesado o estrategias de incorporación de materiales nanoestructurados en el interior de las matrices biopoliméricas. Dos estrategias de incorporación fueron empleadas. La primera de ellas estaba basada en una pre-incorporación de los aditivos nanoestructurados, también llamados nanoaditivos, en oligómeros de ácido láctico mediante tecnologías de polimerización in situ (específicamente policondensación), dando lugar a masterbatches que, posteriormente, se mezclaban con ácido poliláctico (PLA) comercial mediante mezclado en fundido (tecnología ampliamente utilizada industrialmente). Así, nanocristales de celulosa bacteriana (BCNW) y nanoláminas de grafeno funcionalizado (FGS) fueron incorporados mediante esta ruta en matrices de PLA. En primer lugar se estudió el efecto en las propiedades finales de los materiales tras incorporar oligómeros obtenidos por policondensación del ácido láctico, en ausencia de aditivos, en la matriz de PLA comercial. Ello dio como resultado una mejora en las propiedades de barrera aunque no tuvo efectos significativos sobre las propiedades mecánicas. El siguiente paso consistió en la incorporación de los nanoaditivos en el interior de PLA mediante la ruta anteriormente citada. El proceso de purificación de los materiales obtenidos tras la etapa de pre-incorporación fue de destacada importancia a la hora de conseguir materiales donde el nanoaditivo utilizado alcanzase una correcta dispersión en la posterior etapa de mezclado en fundido. Esta ruta de incorporación condujo a una mejora en la dispersión de los nanoaditivos, que se tradujo en considerables mejoras en las propiedades finales de los materiales sintetizados como propiedades de barrera y mecánicas. La segunda ruta de incorporación consistía en el desarrollo de nanocompuestos mediante el uso de un molino de bolas de alta energía (High Energy Ball Milling), tecnología en una sola etapa y libre de disolventes. BCNW y FGS fueron también utilizados como nanoaditivos, aunque en este caso, además de incorporarlos en matrices de PLA, también se evaluó su inclusión en matrices de polihidroxialcanoatos (PHAs) concretamente en un copolímero, poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV). De nuevo, el factor de la dispersión tuvo un papel muy relevante en la mejora de las propiedades finales de los nanocompuestos. Probablemente debido a las propiedades inherentes de los nanoaditivos, mediante esta técnica de mezclado se consiguió una mejor dispersión para los materiales con FGS, lo cual se tradujo en mejores propiedades finales de los nanobiocomposites preparados. Por último, se llevaron a cabo estudios de degradación de algunos de los nanocompuestos desarrollados, comparándolos con las matrices sin nanoaditivos. Además, estudios de procesado para el desarrollo de aplicaciones de envasado alimentario, obteniendo bandejas a partir de algunos de los materiales desarrollados mediante técnicas de termoconformado, fueron también realizados.