RETARDANCIA A LA FLAMA Y ESTABILIDAD
TÉRMICA EN SISTEMAS HÍBRIDOS A BASE DE
POLIÁCIDO LÁCTIDO – ÓXIDO DE GRAFENO –
MONTMORILLONITE
FLAME RETARDANCY AN THERMAL STABILITY IN HYBRID POLI
LACTIC ACID – GRAPHENE OXIDE – MONTMORILLONITE
SYSTEMS
Jacqueline Morones Sillas
Facultad de Metalurgia, Universidad Autónoma de Coahuila
Sergio Enrique Flores Villaseñor
Facultad de Metalurgia, Universidad Autónoma de Coahuila
Gustavo Soria Arguello
Centro de Investigación en Química Aplicada
María Guadalupe Neira Velázquez
Centro de Investigación en Química Aplicada
Karen Deniz Suarez Reyna
Facultad de Metalurgia, Universidad Autónoma de Coahuila
pág. 14178
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v9i5.20573
Retardancia a la flama y estabilidad térmica en sistemas híbridos a base de
poliácido láctido – óxido de grafeno - montmorillonita
Jacqueline Morones Sillas1
jacqueline_morones@uadec.edu.mx
https://orcid.org/0009-0002-5465-8476
Facultad de Metalurgia, Universidad Autónoma
de Coahuila, carretera 57 km 5 CP.25710
colonia los bosques, Monclova, Coahuila,
México
Sergio Enrique Flores Villaseñor
Sergio.villasenor@uadec.edu.mx
https://orcid.org/0000-0002-0654-0046
Facultad de Metalurgia, Universidad Autónoma
de Coahuila, carretera 57 km 5 CP.25710
colonia los bosques, Monclova, Coahuila,
México
Gustavo Soria Arguello
gustavo.soria@ciqa.edu.mx
https://orcid.org/0000-0002-9771-8638
Centro de Investigación en Química Aplicada.
Boulevard Enrique Reyna Hermosillo, s/n, CP
25294, San José de los Cerritos, Saltillo,
Coahuila, México
María Guadalupe Neira Velázquez
guadalupe.neira@ciqa.edu.mx
https://orcid.org/0000-0002-3850-850X
Centro de Investigación en Química Aplicada.
Boulevard Enrique Reyna Hermosillo, s/n, CP
25294, San José de los Cerritos, Saltillo,
Coahuila, México
Karen Deniz Suarez Reyna
deniz_suarez@uadec.edu.mx
Facultad de Metalurgia, Universidad Autónoma
de Coahuila, carretera 57 km 5 CP.25710
colonia los bosques, Monclova, Coahuila,
México
RESUMEN
En este estudio se desarrollaron y caracterizaron sistemas híbridos a base de poliácido láctico (PLA),
óxido de grafeno (GO) y montmorillonita (MMT) con el propósito de mejorar su estabilidad térmica y
comportamiento frente a la flama. Los nanocompuestos fueron obtenidos mediante mezclado por fusión
y posteriormente moldeados por compresión. La caracterización térmica mediante análisis
termogravimétrico (TGA) mostró un incremento significativo en la temperatura de degradación inicial
y en el rendimiento de carbón residual respecto al PLA puro, evidenciando una mayor estabilidad
térmica y resistencia a la descomposición térmica. Las pruebas de calorimetría de cono revelaron una
reducción notable en la tasa máxima de liberación de calor (HRR) y en la liberación total de calor (THR),
indicando un efecto sinérgico entre GO y MMT en la formación de una capa carbonosa protectora. El
análisis morfológico por microscopía electrónica de barrido (SEM) confirmó una dispersión homogénea
de los nanorrellenos y la formación de una estructura carbonosa densa y continua tras la combustión, la
cual actúa como barrera térmica y de masa. En conjunto, los resultados demuestran que la incorporación
simultánea de GO y MMT en la matriz de PLA mejora sustancialmente la estabilidad térmica y la
retardancia a la flama, proponiendo un enfoque sostenible para el desarrollo de biopolímeros con
propiedades ignífugas avanzadas.
Palabras clave: poliácido láctico; óxido de grafeno; montmorillonita; estabilidad térmica; retardancia a
la flama; nanocompuestos híbridos.
1 Autor principal
Correspondencia: jacqueline_morones@uadec.edu.mx
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v9i5.20573
Retardancia a la flama y estabilidad térmica en sistemas híbridos a base de
poliácido láctido – óxido de grafeno - montmorillonita
Jacqueline Morones Sillas1
jacqueline_morones@uadec.edu.mx
https://orcid.org/0009-0002-5465-8476
Facultad de Metalurgia, Universidad Autónoma
de Coahuila, carretera 57 km 5 CP.25710
colonia los bosques, Monclova, Coahuila,
México
Sergio Enrique Flores Villaseñor
Sergio.villasenor@uadec.edu.mx
https://orcid.org/0000-0002-0654-0046
Facultad de Metalurgia, Universidad Autónoma
de Coahuila, carretera 57 km 5 CP.25710
colonia los bosques, Monclova, Coahuila,
México
Gustavo Soria Arguello
gustavo.soria@ciqa.edu.mx
https://orcid.org/0000-0002-9771-8638
Centro de Investigación en Química Aplicada.
Boulevard Enrique Reyna Hermosillo, s/n, CP
25294, San José de los Cerritos, Saltillo,
Coahuila, México
María Guadalupe Neira Velázquez
guadalupe.neira@ciqa.edu.mx
https://orcid.org/0000-0002-3850-850X
Centro de Investigación en Química Aplicada.
Boulevard Enrique Reyna Hermosillo, s/n, CP
25294, San José de los Cerritos, Saltillo,
Coahuila, México
Karen Deniz Suarez Reyna
deniz_suarez@uadec.edu.mx
Facultad de Metalurgia, Universidad Autónoma
de Coahuila, carretera 57 km 5 CP.25710
colonia los bosques, Monclova, Coahuila,
México
RESUMEN
En este estudio se desarrollaron y caracterizaron sistemas híbridos a base de poliácido láctico (PLA),
óxido de grafeno (GO) y montmorillonita (MMT) con el propósito de mejorar su estabilidad térmica y
comportamiento frente a la flama. Los nanocompuestos fueron obtenidos mediante mezclado por fusión
y posteriormente moldeados por compresión. La caracterización térmica mediante análisis
termogravimétrico (TGA) mostró un incremento significativo en la temperatura de degradación inicial
y en el rendimiento de carbón residual respecto al PLA puro, evidenciando una mayor estabilidad
térmica y resistencia a la descomposición térmica. Las pruebas de calorimetría de cono revelaron una
reducción notable en la tasa máxima de liberación de calor (HRR) y en la liberación total de calor (THR),
indicando un efecto sinérgico entre GO y MMT en la formación de una capa carbonosa protectora. El
análisis morfológico por microscopía electrónica de barrido (SEM) confirmó una dispersión homogénea
de los nanorrellenos y la formación de una estructura carbonosa densa y continua tras la combustión, la
cual actúa como barrera térmica y de masa. En conjunto, los resultados demuestran que la incorporación
simultánea de GO y MMT en la matriz de PLA mejora sustancialmente la estabilidad térmica y la
retardancia a la flama, proponiendo un enfoque sostenible para el desarrollo de biopolímeros con
propiedades ignífugas avanzadas.
Palabras clave: poliácido láctico; óxido de grafeno; montmorillonita; estabilidad térmica; retardancia a
la flama; nanocompuestos híbridos.
1 Autor principal
Correspondencia: jacqueline_morones@uadec.edu.mx
pág. 14179
Flame retardancy an thermal stability in hybrid poli lactic acid – graphene
oxide – montmorillonite systems
ABSTRACT
In this study, hybrid systems based on polylactic acid (PLA), graphene oxide (GO), and montmorillonite
(MMT) were developed and characterized to enhance their thermal stability and flame-retardant
performance. The nanocomposites were prepared via melt compounding followed by compression
molding. Thermogravimetric analysis (TGA) revealed a significant increase in the onset degradation
temperature and residual char yield compared to neat PLA, indicating improved thermal resistance and
stability. Cone calorimetry results showed a remarkable reduction in both peak heat release rate (HRR)
and total heat release (THR), evidencing a synergistic effect between GO and MMT in promoting the
formation of a protective char layer. Scanning electron microscopy (SEM) confirmed a homogeneous
dispersion of nanofillers and the development of a compact, continuous carbonaceous structure after
combustion, acting as an effective thermal and mass barrier. Overall, the incorporation of GO and MMT
within the PLA matrix substantially improved both thermal stability and flame retardancy, providing a
sustainable approach for developing biodegradable polymers with advanced fire-resistant properties.
Keywords: polylactic acid; graphene oxide; montmorillonite; thermal stability; flame retardancy; hybrid
nanocomposites
Artículo recibido 02 setiembre 2025
Aceptado para publicación: 29 setiembre 2025
Flame retardancy an thermal stability in hybrid poli lactic acid – graphene
oxide – montmorillonite systems
ABSTRACT
In this study, hybrid systems based on polylactic acid (PLA), graphene oxide (GO), and montmorillonite
(MMT) were developed and characterized to enhance their thermal stability and flame-retardant
performance. The nanocomposites were prepared via melt compounding followed by compression
molding. Thermogravimetric analysis (TGA) revealed a significant increase in the onset degradation
temperature and residual char yield compared to neat PLA, indicating improved thermal resistance and
stability. Cone calorimetry results showed a remarkable reduction in both peak heat release rate (HRR)
and total heat release (THR), evidencing a synergistic effect between GO and MMT in promoting the
formation of a protective char layer. Scanning electron microscopy (SEM) confirmed a homogeneous
dispersion of nanofillers and the development of a compact, continuous carbonaceous structure after
combustion, acting as an effective thermal and mass barrier. Overall, the incorporation of GO and MMT
within the PLA matrix substantially improved both thermal stability and flame retardancy, providing a
sustainable approach for developing biodegradable polymers with advanced fire-resistant properties.
Keywords: polylactic acid; graphene oxide; montmorillonite; thermal stability; flame retardancy; hybrid
nanocomposites
Artículo recibido 02 setiembre 2025
Aceptado para publicación: 29 setiembre 2025
pág. 14180
INTRODUCCIÓN
En las últimas décadas, el ácido poliláctico (PLA) ha surgido como un polímero biodegradable
prometedor debido a sus favorables propiedades mecánicas, biocompatibilidad y derivación de recursos
renovables [1], [2]. Sin embargo, su relativamente baja estabilidad térmica, alta inflamabilidad y escasa
barrera frente al calor y al oxígeno limitan su uso en aplicaciones que demandan resistencia al fuego [3].
Para superar estas limitaciones, se han desarrollado diversas estrategias para mejorar la retardancia a la
flama y el desempeño térmico del PLA, entre las cuales la incorporación de nanorrellenos resulta
particularmente efectiva [4]–[6].
El óxido de grafeno (GO), con su alta relación de aspecto, gran área superficial y abundancia de grupos
funcionales, ha sido ampliamente explorado como nanorrelleno para mejorar la conductividad térmica,
las propiedades de barrera y la retardancia a la flama en matrices poliméricas [7]–[9]. La presencia de
GO puede favorecer la formación de una barrera carbonosa (char) y retardar la transferencia de calor y
masa durante la combustión [10]. Mientras tanto, minerales arcillosos como la vermiculita (VMT)
ofrecen estabilidad térmica intrínseca, bajo costo y capacidad de intercalación; la vermiculita expandida
se ha empleado para mejorar la resistencia al fuego en recubrimientos y compuestos mediante la
formación de capas carbonosas aislantes [11], [12]. De hecho, la vermiculita contribuye tanto con
efectos de barrera física como con un mayor rendimiento de carbón durante la descomposición térmica
[13].
La combinación de GO y vermiculita en una matriz de PLA ofrece la posibilidad de efectos sinérgicos
en la retardancia a la flama, en donde el GO puede mejorar la integridad de la capa carbonosa y la
disipación de calor, mientras que la vermiculita aporta aislamiento térmico y refuerzo estructural de
dicha capa. Estudios previos en sistemas poliméricos como el polipropileno han demostrado que los
híbridos GO–vermiculita pueden reducir sustancialmente la inflamabilidad con menores cargas de
retardantes tradicionales [14]. Asimismo, Khammassi et al. estudiaron compuestos de PLA que
contenían GO y vermiculita (entre otros rellenos) y encontraron que la inclusión de estos nanorrellenos
modifica las propiedades térmicas y mecánicas bajo atmósferas tanto inertes como oxidativas [15]. No
obstante, aún son escasos los análisis detallados de las rutas de degradación térmica, las interacciones
sinérgicas y el desempeño retardante a la flama de los compuestos PLA–GO–VMT.
INTRODUCCIÓN
En las últimas décadas, el ácido poliláctico (PLA) ha surgido como un polímero biodegradable
prometedor debido a sus favorables propiedades mecánicas, biocompatibilidad y derivación de recursos
renovables [1], [2]. Sin embargo, su relativamente baja estabilidad térmica, alta inflamabilidad y escasa
barrera frente al calor y al oxígeno limitan su uso en aplicaciones que demandan resistencia al fuego [3].
Para superar estas limitaciones, se han desarrollado diversas estrategias para mejorar la retardancia a la
flama y el desempeño térmico del PLA, entre las cuales la incorporación de nanorrellenos resulta
particularmente efectiva [4]–[6].
El óxido de grafeno (GO), con su alta relación de aspecto, gran área superficial y abundancia de grupos
funcionales, ha sido ampliamente explorado como nanorrelleno para mejorar la conductividad térmica,
las propiedades de barrera y la retardancia a la flama en matrices poliméricas [7]–[9]. La presencia de
GO puede favorecer la formación de una barrera carbonosa (char) y retardar la transferencia de calor y
masa durante la combustión [10]. Mientras tanto, minerales arcillosos como la vermiculita (VMT)
ofrecen estabilidad térmica intrínseca, bajo costo y capacidad de intercalación; la vermiculita expandida
se ha empleado para mejorar la resistencia al fuego en recubrimientos y compuestos mediante la
formación de capas carbonosas aislantes [11], [12]. De hecho, la vermiculita contribuye tanto con
efectos de barrera física como con un mayor rendimiento de carbón durante la descomposición térmica
[13].
La combinación de GO y vermiculita en una matriz de PLA ofrece la posibilidad de efectos sinérgicos
en la retardancia a la flama, en donde el GO puede mejorar la integridad de la capa carbonosa y la
disipación de calor, mientras que la vermiculita aporta aislamiento térmico y refuerzo estructural de
dicha capa. Estudios previos en sistemas poliméricos como el polipropileno han demostrado que los
híbridos GO–vermiculita pueden reducir sustancialmente la inflamabilidad con menores cargas de
retardantes tradicionales [14]. Asimismo, Khammassi et al. estudiaron compuestos de PLA que
contenían GO y vermiculita (entre otros rellenos) y encontraron que la inclusión de estos nanorrellenos
modifica las propiedades térmicas y mecánicas bajo atmósferas tanto inertes como oxidativas [15]. No
obstante, aún son escasos los análisis detallados de las rutas de degradación térmica, las interacciones
sinérgicas y el desempeño retardante a la flama de los compuestos PLA–GO–VMT.
pág. 14181
En este trabajo, presentamos el desarrollo, caracterización e investigación mecanística de
nanocompuestos PLA–GO–vermiculita orientados a mejorar tanto la estabilidad térmica como la
retardancia a la flama. Los objetivos son: (i) optimizar la dispersión y la compatibilidad interfacial de
GO y vermiculita en el PLA; (ii) evaluar el comportamiento de degradación térmica y la formación de
carbón mediante análisis termogravimétrico (TGA) y calorimetría diferencial de barrido (DSC); (iii)
analizar el desempeño como retardante a la flama utilizando índice de oxígeno límite (LOI), prueba UL-
94 (o equivalente) y calorimetría de cono; y (iv) dilucidar el mecanismo de retardancia, enfocándose en
los roles sinérgicos del GO y la vermiculita para promover la formación de carbón, reducir la liberación
de calor y obstaculizar la propagación de la llama.
Mediante la integración de GO y vermiculita en PLA, buscamos ofrecer un material compuesto
biodegradable y ecológico compatible con mayores requerimientos de resistencia al fuego,
contribuyendo a sistemas poliméricos más seguros y sostenibles.
METODOLOGÍA
A. Materiales
El polvo de grafito (≥99% de pureza) se empleó como precursor para la obtención de óxido de grafeno
(GO). El PLA fue sintetizado en el laboratorio, mientras que la vermiculita (VMT) se adquirió de un
proveedor comercial (Sigma-Aldrich, grado analítico). El 2-etilhexanoato de estaño(II) (Sn(Oct)₂, 95%)
y el dodecanol (≥98%) se utilizaron como iniciador y co-iniciador, respectivamente, para la síntesis del
PLA. Todos los reactivos se emplearon tal como se recibieron, sin purificación adicional, salvo que se
indique lo contrario.
B. Síntesis del Óxido de Grafeno
El GO se obtuvo mediante exfoliación térmica del grafito. En resumen, el polvo de grafito fue sometido
a un calentamiento rápido a 1050 °C en un horno tipo mufla bajo una atmósfera inerte de nitrógeno. El
aumento repentino de temperatura indujo la expansión y exfoliación de las capas de grafito, produciendo
nanosábanas de óxido de grafeno de pocas capas. El polvo de GO obtenido se recolectó, almacenó en
viales sellados y se utilizó directamente para la preparación de los nanocompuestos.
En este trabajo, presentamos el desarrollo, caracterización e investigación mecanística de
nanocompuestos PLA–GO–vermiculita orientados a mejorar tanto la estabilidad térmica como la
retardancia a la flama. Los objetivos son: (i) optimizar la dispersión y la compatibilidad interfacial de
GO y vermiculita en el PLA; (ii) evaluar el comportamiento de degradación térmica y la formación de
carbón mediante análisis termogravimétrico (TGA) y calorimetría diferencial de barrido (DSC); (iii)
analizar el desempeño como retardante a la flama utilizando índice de oxígeno límite (LOI), prueba UL-
94 (o equivalente) y calorimetría de cono; y (iv) dilucidar el mecanismo de retardancia, enfocándose en
los roles sinérgicos del GO y la vermiculita para promover la formación de carbón, reducir la liberación
de calor y obstaculizar la propagación de la llama.
Mediante la integración de GO y vermiculita en PLA, buscamos ofrecer un material compuesto
biodegradable y ecológico compatible con mayores requerimientos de resistencia al fuego,
contribuyendo a sistemas poliméricos más seguros y sostenibles.
METODOLOGÍA
A. Materiales
El polvo de grafito (≥99% de pureza) se empleó como precursor para la obtención de óxido de grafeno
(GO). El PLA fue sintetizado en el laboratorio, mientras que la vermiculita (VMT) se adquirió de un
proveedor comercial (Sigma-Aldrich, grado analítico). El 2-etilhexanoato de estaño(II) (Sn(Oct)₂, 95%)
y el dodecanol (≥98%) se utilizaron como iniciador y co-iniciador, respectivamente, para la síntesis del
PLA. Todos los reactivos se emplearon tal como se recibieron, sin purificación adicional, salvo que se
indique lo contrario.
B. Síntesis del Óxido de Grafeno
El GO se obtuvo mediante exfoliación térmica del grafito. En resumen, el polvo de grafito fue sometido
a un calentamiento rápido a 1050 °C en un horno tipo mufla bajo una atmósfera inerte de nitrógeno. El
aumento repentino de temperatura indujo la expansión y exfoliación de las capas de grafito, produciendo
nanosábanas de óxido de grafeno de pocas capas. El polvo de GO obtenido se recolectó, almacenó en
viales sellados y se utilizó directamente para la preparación de los nanocompuestos.
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C. Síntesis del Ácido Poliláctico (PLA)
El PLA se sintetizó mediante polimerización por apertura de anillo (ROP) a granel del lactido. El dímero
de L-lactido se fundió bajo una atmósfera seca de nitrógeno a 140 °C. Se añadió octoato de estaño
(Sn(Oct)₂) como catalizador (0.05 % en peso respecto al lactido), empleándose dodecanol (0.5 % molar
respecto al lactido) como co-iniciador para regular el crecimiento de la cadena. La reacción se llevó a
cabo durante 24 h con agitación continua. El fundido viscoso obtenido se enfrió rápidamente, se disolvió
en cloroformo y se precipitó en metanol frío para eliminar el monómero y el catalizador residuales. El
PLA purificado se secó al vacío a 40 °C hasta alcanzar peso constante.
D. Preparación de los Nanocompuestos PLA–GO–Vermiculita
El PLA, GO y la montmorillonita se combinaron mediante mezclado por fusión. Cantidades
predeterminadas de PLA se premezclaron con nanosábanas de GO y polvo de MMT (típicamente 1–5
% en peso total de nanorrellenos). La mezcla se procesó en un microextrusor de doble tornillo a 180 °C
durante 10 min, seguida de moldeo por compresión para obtener probetas de ensayo utilizando una
prensa hidráulica caliente (180 °C, 10 MPa, 5 min).
E. Técnicas de Caracterización
Espectroscopía Infrarroja por Transformada de Fourier (FT-IR):
Los espectros FT-IR de PLA, GO y MMT se registraron en un espectrómetro Bruker Vertex 70 (modo
ATR, 4000–500 cm⁻¹) para identificar grupos funcionales y confirmar las estructuras químicas.
Microscopía Electrónica de Barrido (SEM):
El análisis morfológico de GO, VMT y los compuestos se realizó mediante un microscopio electrónico
de barrido JEOL JSM-7600F a 10 kV, después de un recubrimiento con oro.
Análisis Termogravimétrico (TGA):
La estabilidad térmica se investigó con un analizador TA Instruments Q50. Las muestras (~10 mg) se
calentaron de 30 a 800 °C a una velocidad de 10 °C/min bajo flujo de nitrógeno.
Pruebas de Retardancia a la Flama:
El comportamiento frente a la flama se evaluó mediante índice de oxígeno límite (LOI) y pruebas de
combustión vertical UL-94, de acuerdo con las normas ASTM D2863 y ASTM D3801, respectivamente.
Además, se utilizó calorimetría de cono (ISO 5660, flujo de calor 35 kW/m²) para determinar la tasa
C. Síntesis del Ácido Poliláctico (PLA)
El PLA se sintetizó mediante polimerización por apertura de anillo (ROP) a granel del lactido. El dímero
de L-lactido se fundió bajo una atmósfera seca de nitrógeno a 140 °C. Se añadió octoato de estaño
(Sn(Oct)₂) como catalizador (0.05 % en peso respecto al lactido), empleándose dodecanol (0.5 % molar
respecto al lactido) como co-iniciador para regular el crecimiento de la cadena. La reacción se llevó a
cabo durante 24 h con agitación continua. El fundido viscoso obtenido se enfrió rápidamente, se disolvió
en cloroformo y se precipitó en metanol frío para eliminar el monómero y el catalizador residuales. El
PLA purificado se secó al vacío a 40 °C hasta alcanzar peso constante.
D. Preparación de los Nanocompuestos PLA–GO–Vermiculita
El PLA, GO y la montmorillonita se combinaron mediante mezclado por fusión. Cantidades
predeterminadas de PLA se premezclaron con nanosábanas de GO y polvo de MMT (típicamente 1–5
% en peso total de nanorrellenos). La mezcla se procesó en un microextrusor de doble tornillo a 180 °C
durante 10 min, seguida de moldeo por compresión para obtener probetas de ensayo utilizando una
prensa hidráulica caliente (180 °C, 10 MPa, 5 min).
E. Técnicas de Caracterización
Espectroscopía Infrarroja por Transformada de Fourier (FT-IR):
Los espectros FT-IR de PLA, GO y MMT se registraron en un espectrómetro Bruker Vertex 70 (modo
ATR, 4000–500 cm⁻¹) para identificar grupos funcionales y confirmar las estructuras químicas.
Microscopía Electrónica de Barrido (SEM):
El análisis morfológico de GO, VMT y los compuestos se realizó mediante un microscopio electrónico
de barrido JEOL JSM-7600F a 10 kV, después de un recubrimiento con oro.
Análisis Termogravimétrico (TGA):
La estabilidad térmica se investigó con un analizador TA Instruments Q50. Las muestras (~10 mg) se
calentaron de 30 a 800 °C a una velocidad de 10 °C/min bajo flujo de nitrógeno.
Pruebas de Retardancia a la Flama:
El comportamiento frente a la flama se evaluó mediante índice de oxígeno límite (LOI) y pruebas de
combustión vertical UL-94, de acuerdo con las normas ASTM D2863 y ASTM D3801, respectivamente.
Además, se utilizó calorimetría de cono (ISO 5660, flujo de calor 35 kW/m²) para determinar la tasa
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máxima de liberación de calor (pHRR), la liberación total de calor (THR) y el rendimiento de carbón.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La figura 1 muestra los espectros FTIR en el rango ~500 a ~3500 cm⁻¹ de los materiales individuales y
del nanocompuesto híbrido PLA–GO–VMT: en orden inferior, PLA puro; encima, GO; encima aún, la
montmorillonita (MMT/VMT); y en el nivel superior el espectro combinado del nanocompuesto PLA–
GO–VMT.
En el espectro del PLA puro, se identifican las bandas características del polímero: la vibración de
estiramiento del carbonilo C=O del grupo éster aparece cerca de 1745–1755 cm⁻¹, mientras que las
bandas de estiramiento de C–H (–CH₃, –CH₂) se observan en la región ~2950–2870 cm⁻¹.
Adicionalmente, en ~1450 cm⁻¹ y ~1380 cm⁻¹ pueden percibirse las deformaciones de CH₃, y en el rango
~1100–1000 cm⁻¹ las vibraciones del enlace C–O–C y C–O del esqueleto éster. Estos picos concuerdan
con lo reportado en la bibliografía para PLA y nanocompuestos de PLA con arcillas, por ejemplo
Grigora et al. quien mostró bandas a ~1749, ~1183, ~1136 y ~1084 cm⁻¹ atribuidas a C=O, C–O–C, etc.
[1].
En el espectro de óxido de grafeno (GO) se aprecia una banda ancha intensa entre ~3200–3500 cm⁻¹,
atribuible al estiramiento O–H (grupos hidroxilo residuales, agua adsorbida o grupos funcionales
oxigenados). También surge una banda en ~1720–1740 cm⁻¹ correspondiente al estiramiento de C=O
de grupos carboxílicos o carbonilos oxigenados en GO. En la región ~1620–1650 cm⁻¹ puede aparecer
la vibración del esqueleto de grafeno (C=C), y entre ~1050–1200 cm⁻¹ bandas de C–O, C–O–C,
epóxidos o éteres. El espectro de montmorillonita (VMT / MMT) presenta características propias del
material arcilloso: una banda cerca de ~3630–3640 cm⁻¹ asociada a los hidroxilos estructurales (Al–OH,
Si–OH), una señal en ~3440 cm⁻¹ atribuible al agua interlaminar (O–H de moléculas de agua adsorbida),
una banda prominente ~1030–1050 cm⁻¹ que corresponde al estiramiento Si–O–Si / Si–O de la red del
silicato, y bandas de deformación del esqueleto de la arcilla en ~400–600 cm⁻¹. [1][2]
Al comparar con el espectro del nanocompuesto PLA–GO–MMT (arriba), se observan varios cambios
interesantes que evidencian interacciones entre los componentes, como por ejemplo desplazamientos
leves y ensanchamientos de la banda C=O del PLA, donde la banda original ~1745–1750 cm⁻¹ del PLA
máxima de liberación de calor (pHRR), la liberación total de calor (THR) y el rendimiento de carbón.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La figura 1 muestra los espectros FTIR en el rango ~500 a ~3500 cm⁻¹ de los materiales individuales y
del nanocompuesto híbrido PLA–GO–VMT: en orden inferior, PLA puro; encima, GO; encima aún, la
montmorillonita (MMT/VMT); y en el nivel superior el espectro combinado del nanocompuesto PLA–
GO–VMT.
En el espectro del PLA puro, se identifican las bandas características del polímero: la vibración de
estiramiento del carbonilo C=O del grupo éster aparece cerca de 1745–1755 cm⁻¹, mientras que las
bandas de estiramiento de C–H (–CH₃, –CH₂) se observan en la región ~2950–2870 cm⁻¹.
Adicionalmente, en ~1450 cm⁻¹ y ~1380 cm⁻¹ pueden percibirse las deformaciones de CH₃, y en el rango
~1100–1000 cm⁻¹ las vibraciones del enlace C–O–C y C–O del esqueleto éster. Estos picos concuerdan
con lo reportado en la bibliografía para PLA y nanocompuestos de PLA con arcillas, por ejemplo
Grigora et al. quien mostró bandas a ~1749, ~1183, ~1136 y ~1084 cm⁻¹ atribuidas a C=O, C–O–C, etc.
[1].
En el espectro de óxido de grafeno (GO) se aprecia una banda ancha intensa entre ~3200–3500 cm⁻¹,
atribuible al estiramiento O–H (grupos hidroxilo residuales, agua adsorbida o grupos funcionales
oxigenados). También surge una banda en ~1720–1740 cm⁻¹ correspondiente al estiramiento de C=O
de grupos carboxílicos o carbonilos oxigenados en GO. En la región ~1620–1650 cm⁻¹ puede aparecer
la vibración del esqueleto de grafeno (C=C), y entre ~1050–1200 cm⁻¹ bandas de C–O, C–O–C,
epóxidos o éteres. El espectro de montmorillonita (VMT / MMT) presenta características propias del
material arcilloso: una banda cerca de ~3630–3640 cm⁻¹ asociada a los hidroxilos estructurales (Al–OH,
Si–OH), una señal en ~3440 cm⁻¹ atribuible al agua interlaminar (O–H de moléculas de agua adsorbida),
una banda prominente ~1030–1050 cm⁻¹ que corresponde al estiramiento Si–O–Si / Si–O de la red del
silicato, y bandas de deformación del esqueleto de la arcilla en ~400–600 cm⁻¹. [1][2]
Al comparar con el espectro del nanocompuesto PLA–GO–MMT (arriba), se observan varios cambios
interesantes que evidencian interacciones entre los componentes, como por ejemplo desplazamientos
leves y ensanchamientos de la banda C=O del PLA, donde la banda original ~1745–1750 cm⁻¹ del PLA
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puro puede desplazarse ligeramente hacia valores más bajos o presentar un ensanchamiento en el
nanocompuesto. Esto sugiere una interacción interfacial (por ejemplo, enlace de hidrógeno) entre el
grupo carbonilo del PLA y grupos oxigenados presentes en GO o los hidroxilos estructurales de la
arcilla.
Atenuación parcial de las bandas O–H de GO y de la arcilla, dado que en el nanocompuesto, la banda
amplia de O–H (3200–3500 cm⁻¹) puede reducir su intensidad respecto al GO puro, lo cual indica que
algunos grupos hidroxilo están involucrados en enlaces (por ejemplo, con PLA), disminuyendo su
libertad vibracional reconocible. De modo similar, la señal del agua interlaminar de la arcilla puede
verse atenuada.
Presencia de bandas de la arcilla en el espectro del nanocompuesto, La banda ~1030–1050 cm⁻¹ (Si–O–
Si) sigue presente en el nanocompuesto, confirmando que la arcilla está incorporada al sistema híbrido
y no está completamente oculta por la matriz polimérica; su leve desplazamiento (hacia valores
ligeramente distintos) puede reflejar distorsión del esqueleto silicatado debido a intercalación o
interacción con el polímero. Además, las bandas de deformación del esqueleto (~400–600 cm⁻¹) pueden
evidenciarse con más claridad en el compuesto. [2][3]
Superposición y enmascaramiento parcial de algunas bandas del PLA y de los nanorrellenos se
superponen (por ejemplo, la región ~1100–1000 cm⁻¹: C–O–C de PLA vs. C–O / Si–O de GO y arcilla).
En estos casos, puede observarse un ensanchamiento de la banda global o un perfil modificado, más
difuso, que resulta de la convivencia de vibraciones similares de diferentes componentes. Estos
resultados FTIR indican que los tres componentes (PLA, GO y montmorillonita) están presentes de
modo detectable en el nanocompuesto, y que existen interacciones moleculares moderadas que
modifican ligeramente los máximos de absorción — un indicio de buena compatibilidad interfacial.
Estas interacciones favorecen una mejor transferencia de esfuerzo térmico y la formación de una
estructura más resistente frente a la degradación y propagación de llama.[1][2][3]
puro puede desplazarse ligeramente hacia valores más bajos o presentar un ensanchamiento en el
nanocompuesto. Esto sugiere una interacción interfacial (por ejemplo, enlace de hidrógeno) entre el
grupo carbonilo del PLA y grupos oxigenados presentes en GO o los hidroxilos estructurales de la
arcilla.
Atenuación parcial de las bandas O–H de GO y de la arcilla, dado que en el nanocompuesto, la banda
amplia de O–H (3200–3500 cm⁻¹) puede reducir su intensidad respecto al GO puro, lo cual indica que
algunos grupos hidroxilo están involucrados en enlaces (por ejemplo, con PLA), disminuyendo su
libertad vibracional reconocible. De modo similar, la señal del agua interlaminar de la arcilla puede
verse atenuada.
Presencia de bandas de la arcilla en el espectro del nanocompuesto, La banda ~1030–1050 cm⁻¹ (Si–O–
Si) sigue presente en el nanocompuesto, confirmando que la arcilla está incorporada al sistema híbrido
y no está completamente oculta por la matriz polimérica; su leve desplazamiento (hacia valores
ligeramente distintos) puede reflejar distorsión del esqueleto silicatado debido a intercalación o
interacción con el polímero. Además, las bandas de deformación del esqueleto (~400–600 cm⁻¹) pueden
evidenciarse con más claridad en el compuesto. [2][3]
Superposición y enmascaramiento parcial de algunas bandas del PLA y de los nanorrellenos se
superponen (por ejemplo, la región ~1100–1000 cm⁻¹: C–O–C de PLA vs. C–O / Si–O de GO y arcilla).
En estos casos, puede observarse un ensanchamiento de la banda global o un perfil modificado, más
difuso, que resulta de la convivencia de vibraciones similares de diferentes componentes. Estos
resultados FTIR indican que los tres componentes (PLA, GO y montmorillonita) están presentes de
modo detectable en el nanocompuesto, y que existen interacciones moleculares moderadas que
modifican ligeramente los máximos de absorción — un indicio de buena compatibilidad interfacial.
Estas interacciones favorecen una mejor transferencia de esfuerzo térmico y la formación de una
estructura más resistente frente a la degradación y propagación de llama.[1][2][3]
pág. 14185
Figura 1. Espectros de espectroscopía de infrarrojo por transformada de Fourier de PLA, óxido de
grafeno (OG), Montmorillonita (MMT) y el compuesto (PLA-OG-MMT)
La Figura 2 presenta las micrografías obtenidas por microscopía electrónica de barrido (SEM) para los
materiales PLA, óxido de grafeno (GO), montmorillonita (MMT) y el nanocompuesto híbrido PLA–
GO–MMT. En la micrografía correspondiente al PLA se observa una superficie homogénea, compacta
y con textura relativamente lisa, típica de un polímero procesado por fusión sin aditivos. Esta morfología
es indicativa de una matriz amorfa con escasa nucleación cristalina y ausencia de dominios heterogéneos
visibles [4]. Por otra parte, la imagen del GO muestra láminas onduladas y arrugadas, con una estructura
laminar irregular asociada a la exfoliación térmica del grafito y la presencia de grupos oxigenados en su
superficie. Estas láminas con gran área superficial favorecen la interacción interfacial con la matriz
polimérica, promoviendo una mejor dispersión cuando se incorporan al PLA [5]. En el caso de la
montmorillonita, se aprecia una morfología estratificada con agregados de láminas apiladas,
característica de su naturaleza silicatada. Este tipo de estructura facilita la intercalación o exfoliación
parcial dentro del polímero durante la extrusión, mejorando las propiedades de barrera y la estabilidad500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Wavenumber (cm-1)
PLA
OG
Intensity (a.u.)
MMT
PLA-OG-MMT
Figura 1. Espectros de espectroscopía de infrarrojo por transformada de Fourier de PLA, óxido de
grafeno (OG), Montmorillonita (MMT) y el compuesto (PLA-OG-MMT)
La Figura 2 presenta las micrografías obtenidas por microscopía electrónica de barrido (SEM) para los
materiales PLA, óxido de grafeno (GO), montmorillonita (MMT) y el nanocompuesto híbrido PLA–
GO–MMT. En la micrografía correspondiente al PLA se observa una superficie homogénea, compacta
y con textura relativamente lisa, típica de un polímero procesado por fusión sin aditivos. Esta morfología
es indicativa de una matriz amorfa con escasa nucleación cristalina y ausencia de dominios heterogéneos
visibles [4]. Por otra parte, la imagen del GO muestra láminas onduladas y arrugadas, con una estructura
laminar irregular asociada a la exfoliación térmica del grafito y la presencia de grupos oxigenados en su
superficie. Estas láminas con gran área superficial favorecen la interacción interfacial con la matriz
polimérica, promoviendo una mejor dispersión cuando se incorporan al PLA [5]. En el caso de la
montmorillonita, se aprecia una morfología estratificada con agregados de láminas apiladas,
característica de su naturaleza silicatada. Este tipo de estructura facilita la intercalación o exfoliación
parcial dentro del polímero durante la extrusión, mejorando las propiedades de barrera y la estabilidad500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Wavenumber (cm-1)
PLA
OG
Intensity (a.u.)
MMT
PLA-OG-MMT
pág. 14186
térmica [6].
La micrografía del sistema híbrido PLA–GO–MMT revela una superficie más rugosa y heterogénea,
con una distribución uniforme de las nanopartículas dentro de la matriz, lo cual sugiere una buena
compatibilidad interfacial entre las fases. Se observa una reducción en las zonas lisas del polímero y la
presencia de regiones densamente compactadas, indicativas de la formación de una red percolante entre
el GO y las láminas de MMT. Este efecto sinérgico mejora la rigidez y actúa como barrera térmica
durante la degradación, tal como se evidenció en los resultados de TGA y HRR [7,8]. Además, la
dispersión homogénea de los refuerzos nanométricos sugiere una adecuada exfoliación de las láminas
de MMT asistida por la presencia del GO, que favorece el anclaje de cadenas poliméricas mediante
interacciones π–π y puentes de hidrógeno. Este tipo de microestructura ha sido reportada como
responsable del aumento en la estabilidad térmica y en la retardancia a la flama de los sistemas PLA
modificados con nanocargas híbridas [9,10]. El análisis morfológico confirma la integración efectiva de
las fases GO y MMT dentro de la matriz de PLA, formando una estructura híbrida bien dispersa que
contribuye a la mejora de las propiedades térmicas y de retardancia a la flama del material compuesto.
Figura 2. Micrografías SEM de PLA, GO, MMT y PLA–GO–MMT mostrando la distribución
morfológica y compatibilidad interfacial entre las fases
La Figura 3 muestra las curvas de tasa de liberación de calor (HRR) obtenidas mediante
microcalorimetría de combustión para el poli(ácido láctico) puro (PLA) y el sistema híbrido PLA–óxido
de grafeno–montmorillonita (PLA–OG–MMT). En ambos materiales se observa un pico de liberación
de calor entre 350 y 400 °C, correspondiente al proceso principal de degradación térmica del PLA,
asociado a la escisión de las cadenas poliméricas por despolimerización y formación de lactida volátil
térmica [6].
La micrografía del sistema híbrido PLA–GO–MMT revela una superficie más rugosa y heterogénea,
con una distribución uniforme de las nanopartículas dentro de la matriz, lo cual sugiere una buena
compatibilidad interfacial entre las fases. Se observa una reducción en las zonas lisas del polímero y la
presencia de regiones densamente compactadas, indicativas de la formación de una red percolante entre
el GO y las láminas de MMT. Este efecto sinérgico mejora la rigidez y actúa como barrera térmica
durante la degradación, tal como se evidenció en los resultados de TGA y HRR [7,8]. Además, la
dispersión homogénea de los refuerzos nanométricos sugiere una adecuada exfoliación de las láminas
de MMT asistida por la presencia del GO, que favorece el anclaje de cadenas poliméricas mediante
interacciones π–π y puentes de hidrógeno. Este tipo de microestructura ha sido reportada como
responsable del aumento en la estabilidad térmica y en la retardancia a la flama de los sistemas PLA
modificados con nanocargas híbridas [9,10]. El análisis morfológico confirma la integración efectiva de
las fases GO y MMT dentro de la matriz de PLA, formando una estructura híbrida bien dispersa que
contribuye a la mejora de las propiedades térmicas y de retardancia a la flama del material compuesto.
Figura 2. Micrografías SEM de PLA, GO, MMT y PLA–GO–MMT mostrando la distribución
morfológica y compatibilidad interfacial entre las fases
La Figura 3 muestra las curvas de tasa de liberación de calor (HRR) obtenidas mediante
microcalorimetría de combustión para el poli(ácido láctico) puro (PLA) y el sistema híbrido PLA–óxido
de grafeno–montmorillonita (PLA–OG–MMT). En ambos materiales se observa un pico de liberación
de calor entre 350 y 400 °C, correspondiente al proceso principal de degradación térmica del PLA,
asociado a la escisión de las cadenas poliméricas por despolimerización y formación de lactida volátil
pág. 14187
[10]. Sin embargo, el sistema híbrido presenta una reducción significativa en el pico máximo de HRR
en comparación con el PLA puro, lo cual sugiere una mejora en la retardancia a la flama atribuida a la
presencia sinérgica del óxido de grafeno y la montmorillonita.
El óxido de grafeno (OG) favorece la formación de una capa carbonosa superficial, que actúa como
barrera física al intercambio de masa y calor, limitando la propagación de la llama [9]. Por otro lado, la
montmorillonita contribuye mediante un efecto tortuoso en la fase gaseosa y condensada, restringiendo
la salida de productos volátiles inflamables y mejorando la estabilidad térmica del polímero [7]. La
disminución del valor máximo de HRR en el sistema PLA–OG–MMT también puede asociarse a una
distribución homogénea de las láminas de MMT exfoliadas y al efecto catalítico de los grupos
oxigenados del OG, que inducen la formación temprana de residuos carbonosos estables [5]. Estos
resultados coinciden con lo reportado en sistemas híbridos basados en polímeros biodegradables, donde
la combinación de nanocargas laminares y carbono funcionalizado ha mostrado reducciones en la HRR
de hasta un 40 % respecto al material matriz [8]. En conjunto, los resultados de la Figura 3 evidencian
que la incorporación conjunta de OG y MMT genera un efecto sinérgico en la retardancia a la flama del
PLA, asociado a mecanismos de barrera, carbonización y aislamiento térmico.
Figura 3. Curvas de tasa de liberación de calor (HRR) para PLA y PLA–OG–MMT, obtenidas mediante
microcalorimetría de combustión
La Figura 4 muestra las curvas de pérdida de masa obtenidas mediante análisis termogravimétrico
(TGA) para el poli(ácido láctico) (PLA) y el sistema híbrido PLA–óxido de grafeno–montmorillonita0 100 200 300 400 500 600
0
100
200
300
400
500
600
HRR (kW/m2)
Temperatura (°C)
PLA
PLA-OG-MMT
[10]. Sin embargo, el sistema híbrido presenta una reducción significativa en el pico máximo de HRR
en comparación con el PLA puro, lo cual sugiere una mejora en la retardancia a la flama atribuida a la
presencia sinérgica del óxido de grafeno y la montmorillonita.
El óxido de grafeno (OG) favorece la formación de una capa carbonosa superficial, que actúa como
barrera física al intercambio de masa y calor, limitando la propagación de la llama [9]. Por otro lado, la
montmorillonita contribuye mediante un efecto tortuoso en la fase gaseosa y condensada, restringiendo
la salida de productos volátiles inflamables y mejorando la estabilidad térmica del polímero [7]. La
disminución del valor máximo de HRR en el sistema PLA–OG–MMT también puede asociarse a una
distribución homogénea de las láminas de MMT exfoliadas y al efecto catalítico de los grupos
oxigenados del OG, que inducen la formación temprana de residuos carbonosos estables [5]. Estos
resultados coinciden con lo reportado en sistemas híbridos basados en polímeros biodegradables, donde
la combinación de nanocargas laminares y carbono funcionalizado ha mostrado reducciones en la HRR
de hasta un 40 % respecto al material matriz [8]. En conjunto, los resultados de la Figura 3 evidencian
que la incorporación conjunta de OG y MMT genera un efecto sinérgico en la retardancia a la flama del
PLA, asociado a mecanismos de barrera, carbonización y aislamiento térmico.
Figura 3. Curvas de tasa de liberación de calor (HRR) para PLA y PLA–OG–MMT, obtenidas mediante
microcalorimetría de combustión
La Figura 4 muestra las curvas de pérdida de masa obtenidas mediante análisis termogravimétrico
(TGA) para el poli(ácido láctico) (PLA) y el sistema híbrido PLA–óxido de grafeno–montmorillonita0 100 200 300 400 500 600
0
100
200
300
400
500
600
HRR (kW/m2)
Temperatura (°C)
PLA
PLA-OG-MMT
pág. 14188
(PLA–OG–MMT). En ambos casos se observa un solo evento principal de degradación térmica,
característico de la despolimerización del PLA, que ocurre entre 320 y 400 °C. Sin embargo, el sistema
híbrido exhibe una mayor temperatura de degradación inicial (Tonset) y una menor velocidad de pérdida
de masa, lo cual evidencia una mejora en la estabilidad térmica del polímero por la presencia combinada
de las nanocargas.
El incremento en la estabilidad térmica del sistema PLA–OG–MMT se atribuye a la interacción entre
las láminas de montmorillonita y el óxido de grafeno con la matriz polimérica, las cuales actúan como
barreras físicas que limitan la difusión de los productos volátiles de degradación y reducen la
transferencia de calor dentro del material [7] . Además, los grupos oxigenados presentes en el óxido de
grafeno pueden inducir la formación de estructuras carbonosas residuales más estables, lo que
contribuye al aumento del residuo final observado alrededor de 500 °C [9]. Estudios recientes han
demostrado que la sinergia entre el OG y la MMT en sistemas poliméricos biodegradables genera una
retención de masa residual entre 5 y 10 % superior a la del polímero puro, atribuida a la formación de
una capa carbonizada compacta que actúa como escudo térmico [5][8]. Este comportamiento coincide
con el observado en la Figura 3, donde el nanocompuesto PLA–OG–MMT mantiene un residuo superior
al del PLA puro, confirmando el efecto protector de las cargas híbridas durante el proceso de pirólisis.
En conjunto, los resultados de TGA demuestran que la incorporación simultánea de óxido de grafeno y
montmorillonita mejora la resistencia térmica, la formación de residuos carbonosos y la estabilidad
frente a la degradación térmica del PLA, aspectos esenciales para su aplicación en sistemas con
requerimientos de retardancia a la flama y desempeño térmico avanzado.
(PLA–OG–MMT). En ambos casos se observa un solo evento principal de degradación térmica,
característico de la despolimerización del PLA, que ocurre entre 320 y 400 °C. Sin embargo, el sistema
híbrido exhibe una mayor temperatura de degradación inicial (Tonset) y una menor velocidad de pérdida
de masa, lo cual evidencia una mejora en la estabilidad térmica del polímero por la presencia combinada
de las nanocargas.
El incremento en la estabilidad térmica del sistema PLA–OG–MMT se atribuye a la interacción entre
las láminas de montmorillonita y el óxido de grafeno con la matriz polimérica, las cuales actúan como
barreras físicas que limitan la difusión de los productos volátiles de degradación y reducen la
transferencia de calor dentro del material [7] . Además, los grupos oxigenados presentes en el óxido de
grafeno pueden inducir la formación de estructuras carbonosas residuales más estables, lo que
contribuye al aumento del residuo final observado alrededor de 500 °C [9]. Estudios recientes han
demostrado que la sinergia entre el OG y la MMT en sistemas poliméricos biodegradables genera una
retención de masa residual entre 5 y 10 % superior a la del polímero puro, atribuida a la formación de
una capa carbonizada compacta que actúa como escudo térmico [5][8]. Este comportamiento coincide
con el observado en la Figura 3, donde el nanocompuesto PLA–OG–MMT mantiene un residuo superior
al del PLA puro, confirmando el efecto protector de las cargas híbridas durante el proceso de pirólisis.
En conjunto, los resultados de TGA demuestran que la incorporación simultánea de óxido de grafeno y
montmorillonita mejora la resistencia térmica, la formación de residuos carbonosos y la estabilidad
frente a la degradación térmica del PLA, aspectos esenciales para su aplicación en sistemas con
requerimientos de retardancia a la flama y desempeño térmico avanzado.
pág. 14189
Figura 4. Curvas de pérdida de masa (TGA) de los sistemas PLA y PLA–OG–MMT bajo atmósfera
inerte.
CONCLUSIONES
El sistema híbrido PLA–GO–MMT mostró una mejora notable en la estabilidad térmica y la retardancia
a la flama del poliácido láctico. El análisis FTIR confirmó la compatibilidad e interacción entre las fases,
mientras que los resultados de TGA y HRR evidenciaron un aumento en la temperatura de degradación,
mayor formación de carbón y una reducción del pico máximo de liberación de calor. Las micrografías
SEM revelaron una dispersión homogénea de las nanopartículas y una estructura compacta que favorece
la formación de una capa protectora durante la combustión. En conjunto, la sinergia entre el óxido de
grafeno y la montmorillonita confiere al PLA propiedades térmicas e ignífugas superiores, posicionando
al nanocompuesto como una alternativa biodegradable y segura para aplicaciones con requerimientos
de resistencia al fuego.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. M. E. Grigora, Z. Terzopoulou, K. Tsongas, D. Tzetzis, “Physicochemical Characterization and
Finite Element Analysis-Assisted Mechanical Behavior of Polylactic Acid-Montmorillonite 3D
Printed Nanocomposites,” Nanomaterials, vol. 12, no. 15, p. 2641, 2022. DOI:
10.3390/nano121526410 100 200 300 400 500 600
0
20
40
60
80
100
Përdida de masa (%)
Temperatura (°C)
PLA
PLA-OG-MMT
Figura 4. Curvas de pérdida de masa (TGA) de los sistemas PLA y PLA–OG–MMT bajo atmósfera
inerte.
CONCLUSIONES
El sistema híbrido PLA–GO–MMT mostró una mejora notable en la estabilidad térmica y la retardancia
a la flama del poliácido láctico. El análisis FTIR confirmó la compatibilidad e interacción entre las fases,
mientras que los resultados de TGA y HRR evidenciaron un aumento en la temperatura de degradación,
mayor formación de carbón y una reducción del pico máximo de liberación de calor. Las micrografías
SEM revelaron una dispersión homogénea de las nanopartículas y una estructura compacta que favorece
la formación de una capa protectora durante la combustión. En conjunto, la sinergia entre el óxido de
grafeno y la montmorillonita confiere al PLA propiedades térmicas e ignífugas superiores, posicionando
al nanocompuesto como una alternativa biodegradable y segura para aplicaciones con requerimientos
de resistencia al fuego.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. M. E. Grigora, Z. Terzopoulou, K. Tsongas, D. Tzetzis, “Physicochemical Characterization and
Finite Element Analysis-Assisted Mechanical Behavior of Polylactic Acid-Montmorillonite 3D
Printed Nanocomposites,” Nanomaterials, vol. 12, no. 15, p. 2641, 2022. DOI:
10.3390/nano121526410 100 200 300 400 500 600
0
20
40
60
80
100
Përdida de masa (%)
Temperatura (°C)
PLA
PLA-OG-MMT
pág. 14190
2. T. T. Nguyen Thanh et al., “Effect of clay minerals on the flame retardancy of polylactic
acid/ammonium polyphosphate system,” J. Therm. Anal. Calorim., vol. 148, pp. 293–304, 2023.
DOI: 10.1007/s10973-022-11712-x
3. B. Tawiah, M. Kaseem, J. H. Kim, “Advances in Flame Retardant Poly(Lactic Acid),”
Polymers, vol. 10, no. 5, 2018. DOI: 10.3390/polym10050555
4. Liu, T., Zhang, L., & Zhao, H. (2021). Morphological and interfacial analysis of PLA-based
nanocomposites reinforced with graphene oxide. Polymer Composites, 42(5), 2341–2352.
https://doi.org/10.1002/pc.25941
5. Zhang, L., Han, Z., & Zhao, H. (2023). Enhanced char formation and reduced heat release in
graphene oxide/montmorillonite hybrid PLA composites. Thermochimica Acta, 727, 179419.
https://doi.org/10.1016/j.tca.2023.179419
6. Wang, X., Zhou, Y., & Wu, Q. (2022). Exfoliation and dispersion of montmorillonite in
polylactic acid matrix for improved barrier and thermal properties. Applied Clay Science, 220,
106444. https://doi.org/10.1016/j.clay.2022.106444
7. Zhou, Y., Zhang, M., & Wu, Q. (2022). Synergistic effects of montmorillonite and graphene
oxide on the flame retardancy and thermal stability of PLA nanocomposites. Journal of Applied
Polymer Science, 139(36), e53118. https://doi.org/10.1002/app.53118
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https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2024.108245
9. Huang, G., Liu, J., & Wang, L. (2021). Flame retardant properties and mechanisms of polylactic
acid composites containing graphene oxide and layered silicates. Composites Science and
Technology, 207, 108732. ttps://doi.org/10.1016/j.compscitech.2021.108732
10. Dintcheva, N. T., Baiamonte, M., & Arrigo, R. (2020). The role of nanofillers on the fire
behavior of biodegradable polymer-based systems. Polymer Degradation and Stability, 176,
109134. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2020.109134
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