Valorización de residuos queratínicos para la obtención de materiales biocompuestos
Authors:   , Rahhali Ahmed 
Published: September 2023

Materials derired from chicken feathers could be used advantageously in composite building material apptications. Such applications could potentially consume the five billion pounds of feathers produced annually as a by-product of the U.E. poultry industry.
This study deals with the preparation and characterization of thermoplastic composites using polypropylene (PP), h¡gh density polyethylene (HDPE), ethylene-vinyl acetate (EVA and polylactic acid matrices (PLA) and including whole chicken feathers as reinforcement. The behaviour of the composites was determined in terms of physical and mechanical properties, hare been characterized in order to determinate the optimal manufacturing conditions of temperature, mixing time and mixing speed to acquire the best tensile properties, which were related to the fibre-matrix compatibility analysed by Fourier transfom infrared spectroscopy and scanning electron microscopy. The results harve shown tha the addition of micronized chicken feather (20%) to thermoplastic matrices, increases stiffness and provides a more brittle behavior. Ethylene Vinyl Acetate (EVA) matix also shows the ability of interacting with chicken feather, thus providing better tensile properties (tensile strength and toughness) than PP and HDPE. Optimal manufacturing conditions are obtained with a mixing time around 5 minutes, a mixing speed of 50 rpm and with a temperature values of 160ºC HDPE , 12OºC for EVA and 170ºC for PP.
FTIR spectoscopy and SEM micrographs analysis show results that agree with the properties obtained for the tensilee properties of each one of studied composite materials, Furthermore it ¡s observed that the addition of chicken feathers into the thermoplastic matrices results in a slight increase in the stiffness when small amounts of chicken feathers (5-10% vol/vol) were incorporated into the composites. Tensile strength at maximum load, elongation at break and toughness properties decreased when the chicken feather concentation was increased. Results for chicken feaher-polypropylene composites were analogous to chicken feather-high-density polyethylene and chicken feather-polylactic acid composiles. The Fourier transform infrared spectroscopic study and the scanning electron micrographs suggest that the insufficient compatibility of chicken feather and polymer matrices is the main reason for the decrease in tensile properties. We report on the detailed analysis of chemical modifications and strutural changes in the composites, as a result of photodegradation in a Xenon test chamber.

Actualmente, los materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras sintéticas han adquirido una importancia significativa en numerosas áreas por sus excelentes propiedades. Sin embargo, el uso de polímeros sintéticos está siendo considerado de una forma más crítica ya que su disposición después de su uso supone un serio problema medioambiental. Debido a la creciente demanda para la utilización de materiales más respetuosos con el medio ambiente y con el objetivo industrial de reducir el coste de las fibras utilizadas tradicionalmente como refuerzo para materiales compuestos, el uso de fibras naturales ha ido ganando importancia durante estos últimos años. En este sentido una de las líneas importantes de investigación es la fabricación de nuevos materiales compuestos biodegradables como una alternativa frente a los polímeros tradicionales. El objetivo del trabajo de mi tesis consiste en obtener y caracterizar nuevos materiales compuestos de menor impacto ambiental cargados con fibras de queratina procedentes de las plumas de pollo. Se pretende la revalorización de este residuo con el objetito de reducir el impacto ambiental del mismo. Para ello, se propone el estudio de la procesabilidad y de las propiedades de los materiales compuestos de matriz termoplástica reforzados con fibras queratínica (F0). Así se utilizarán las matrices termoplásticas de polietileno de alta densidad (HDPE), polipropileno (PP) y Etilo Acetato de vinilo (EVA) como polímeros no biodegradables ya que son las matrices de mayor consumo en la fabricación de materiales compuestos reforzados con fibras naturales. En relación al estudio de las propiedades del material compuesto se propone la realización de una caracterización estructural y mecánica de los materiales compuestos obtenidos. Así mismo, se prepararán y caracterizarán materiales compuestos biodegradables obtenidos utilizando plumas en combinación con una matriz biodegradable de Poli-ácido láctico (PLA). En este sentido, se utilizaron las plumas procedentes de mataderos de pollos, que se lavaron, trituraron y se clasificaron por tamaños de fibras (fibras largas y fibras cortas). Las fibras cortas se clasificaron por tamizado en diferentes categorías de tamaño de partículas de la fibra. Posteriormente, se procedió al mezclado de las fibras con las matrices seleccionadas para diferentes concentraciones de pluma obteniendo el material compuesto. Una vez obtenido el material compuesto se procedió a la determinación de las propiedades físicas, mecánicas, térmicas, morfológicas, de biodegradabilidad y estructurales. Mediante los ensayos físicos se determinaron la densidad, la estabilidad dimensional, mientras que con los ensayos mecánicos de tracción-deformación, se analizaron el Módulo de Young, la resistencia a la tracción, la elongación a rotura y la tenacidad. Con los ensayos termogravimétricos (TGA) se determinaron las temperaturas de degradación de los componentes y se analizó la estabilidad térmica del material compuesto, su morfología y el grado de compatibilidad entre la matriz y el refuerzo mediante observación de la superficie de fractura de las muestras por microscopía electrónica de barrido (SEM). Además, se realizó una caracterización estructural mediante espectroscopia de infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR) para estudiar las posibles interacciones químicas entre los componentes del compuesto. Finalmente, se realizó un estudio de envejecimiento de los compuestos en el que se evaluaron sus propiedades después de someter los materiales a un proceso de degradación natural a la intemperie y artificial en cámara de UV (Xenotest).