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”Durable water repellents (DWR) är textilimpregneringar som bidrar med vattenavvisande egenskaper som håller länge på funktionella tyg. Tyvärr är dessa hydrofobiska ytbehandlingar vanligtvis en källa till skadliga och persistenta kemikalier och de även är producerade från fossilbaserade resurser. Eftersom medvetenheten kring de här problemen har ökat, har innovativa, miljövänliga och biologiskt nedbrytbara alternativ tagits fram. Hittills finns dock inga produkter gjorda av 100% förnybara råvaror. I ett försök att utveckla en biobaserad, icke-giftig DWR som aktiveras under milda förhållanden, lades fokus på utveckling av en lagringsstabil sprayimpregneringsprodukt för hemmabruk. Vid formulering av emulsionerna/dispersionerna utvärderades en stor mängd biobaserade och kommersiellt tillgängliga hydrofobiska och amfifila molekyler med avseende den vattenavvisande effekt som de bidrog med på den behandlade textilen. Samtidigt bedömdes de producerade formuleringarna noggrant för att skapa förståelse om effekterna från ingredienserna och deras relation till produktens stabilitet. De kandidatprodukter som valdes ut och undersöktes vidare hade lovande vattenavvisande egenskaper och visade rimlig hållbarhetstid på åtminstone en månad i 40 °C. Standardiserade sprayscores på 3 (där 1 är sämst och 5 är bäst) nåddes efter 24 timmars hängtorkning i rumstemperatur. Dessutom uppnåddes sprayscore på 5 efter en kort, icke-industriell torktumling på låg temperatur och den behölls efter minst tio tvättar på syntetiska textiler. Utvalda produkter påverkade inte märkbart tygets andningsförmåga och majoriteten hade ingen influens på textilens mjukhet och färg. Förutom uppskalningsexperiment och partikelstorleksmätningar, granskades resultat med en tillämpningsstudie av formuleringarna på femton olika tygtyper. Produkternas effekter på utseende och känsla dokumenterades för de olika textilierna. Egenskaper som kontaktvinklar, sprayscores och tvättbeständighet bestämdes och jämfördes med en kommersiellt tillgänglig produkt. / Durable water repellents (DWR) are textile finishes that provide long-lasting water repelling properties to functional garments. However, these hydrophobic finishes are commonly a source of polluting and persistent chemicals and are produced from fossil resources. As a result of increasing awareness, innovation towards environmentally friendly and biodegradable alternatives has progressed, yet no 100% renewable sourced products are available. In an attempt to create a bio-based, non-toxic DWR, that is curable under mild conditions, focus was put on the development of a shelf stable spray impregnation product intended for consumer use. By formulating dispersion/emulsion systems, a wide variety of commercially available, renewable sourced amphiphilic and hydrophobic molecules were evaluated on their effect on the water repelling performance of treated textile fabrics. Simultaneously, the produced systems were assessed carefully to create understanding on the effect of substances and their corresponding ratios on the stability. Promising candidate products that were selected for further investigation showed reasonable stability for 1 month at 40 °C. Industrial standard spray ratings of 3 (where 1 is worst and 5 is best) after hang drying at room temperature could be reached within 24 hours. On top of that, spray ratings of 5 could be reached after short time, non-industrial tumble drying at low temperatures, which could even be retained for at least ten laundering cycles on synthetic textiles. The selected finishes did not have a measurable effect on the breathability of the treated fabrics, while the majority did not considerably affect the hands-feeling or colour of the textiles. Besides several scaling up experiments and particle size measurements, extrapolation of the findings was carried out by testing the developed formulations on fifteen different types of textiles. Effects on appearance and feel were documented, additionally, contact angle, spray score, and wash durability were determined and compared with a commercially available product.

Water reuse has become a promising alternative to alleviate stress on conventional freshwater resources in the face of population growth, sea level rise, source water depletion, eutrophication of water bodies, and climate change. Potable water reuse intentionally looks to purify wastewater effluent to drinking water quality or better through the development and implementation of advanced treatment trains. While membrane-based treatment has become a widely-adopted treatment step to meet this purpose, there is growing interest in implementing treatment trains that harness microorganisms as a more sustainable and less energy-intensive means of removing contaminants of emerging concern (CECs), through biological degradation or transformation. In this dissertation, various aspects of the operation of a microbially-active carbon-based advanced treatment train producing water intended for potable reuse are examined, including fate of dissolved organic carbon, underlying microbial populations, and functional genes are explored. Further, dynamics associated with antibiotic resistance genes (ARGs), identified as a microbially-relevant CECs, are also assessed. Overall, this dissertation advances understanding associated with the interplay between and within treatment processes as they relate to removal of various organic carbon fractions, microbially community dynamics, functional genes, and ARGs. Further, when relevant, these insights are contextualized to operational conditions, process upsets, water quality parameters, and other intended water uses within the water industry with the goal of broadening the application of advanced molecular tools beyond the scope of academic research. Specifically, this dissertation illuminates relationships among organic carbon fractions and molecular markers within an advanced treatment train employing flocculation, coagulation, and sedimentation (FlocSed), ozonation, biologically active carbon (BAC) filtration, granular active carbon (GAC) contacting, and UV disinfection. Biodegradable dissolved organic carbon (BDOC) analysis was adapted specifically as an assay relevant to assessing dissolved organic carbon biodegradability by BAC/GAC-biofilms and applied to profile biodegradable/non-biodegradable organic carbon as wastewater effluent passed through each of these treatment stages. Of particular interest was the role of ozonation in producing bioavailable organic carbon that can be effectively removed by BAC filtration. In addition to understanding the removal of fractionalized organic carbon, next generation DNA sequencing technologies (NGS) were utilized to better understand the microbial dynamics characteristic of complex microbial communities during disinfection and biological treatment. Specifically, this analysis was focused on succession and colonization of taxa, genes related to a wide range of functional interests (e.g. metabolic processes, horizontal gene transfer, DNA repair, and nitrogen cycling), and microbial CECs. Finally, NGS technologies were employed to assess the differences between a wide range of water use categories, including conventional drinking water, potable reuse, and non-potable reuse effluent's microbiomes to identify core and discriminatory taxa associated with intended water usage. The outcomes of this dissertation provide valuable information for optimizing carbon-based treatment trains as an alternative to membrane-based treatment for sustainable water reuse and also advance the application of NGS as a diagnostic tool for assessing the efficacy of various water treatment technologies for achieving treatment goals. / Doctor of Philosophy / Several factors have led to increased stress on conventional drinking water sources and widespread global water scarcity. Projections indicate that continued population growth, increased water demand, and degradation of current freshwater resources will negatively contribute to water needs and underscore the need to secure new potable (i.e. fit for human consumption) sources. Water reuse is a promising alternative to offset the growing demands on traditional potable sources and ameliorate negative consequences associated with water scarcity. Discharge of treated wastewater to marine environments is especially a lost opportunity, as the water will no longer be of value to freshwater habitats or as a drinking water source. Water reuse challenges the conventional wastewater treatment paradigm by providing advanced treatment of wastewater effluent to produce a valuable resource that can be safely used directly for either non-potable (e.g., irrigation, firefighting) or potable (i.e., drinking water) applications. The means of achieving advanced treatment of wastewater effluents can take many forms, commonly relying on the utilization of membrane filtration. However, membrane filtration is an intensive process and suffers from high initial costs, high operational costs, membrane fouling with time, and the production of a salty and difficult to dispose of waste stream. These drawbacks have motivated the water reuse industry to explore more sustainable approaches to achieving high quality effluents. One such alternative relies on the utilization of microorganisms to provide biological degradation and transformation of contaminants through a process known as biologically active filtration (BAF). Comparatively to membrane systems, BAF is more cost effective and produces significantly fewer byproducts while still producing high quality treated water for reuse. However, the range in quality of the resulting treated water has not yet been fully established, in part due to the lack of understanding of the complex microbial communities responsible for biological treatment. As water and wastewater treatment technologies have evolved over the past century, many biological treatments have remained largely 'black box' due to the lack of effective tools to identify the tens of thousands of species of microbes that inhabit a typical system and to track their dynamics with time. Instead, analysis has largely focused on basic water quality indicators. This dissertation takes important steps in advancing the implementation of the study of DNA and biodegradable organic carbon (BDOC) analysis to improve understanding of the mechanisms that drive different water reuse treatment technologies and to identify potential vulnerabilities. Insights gained through application of these tools are contextualized to observed operational conditions, process upsets, and water quality measurements. This helped to advance the use of DNA-based tools to better inform water treatment engineering practice. Specifically, this dissertation dives into the relationships between organic carbon and DNA-based markers within an advanced treatment train employing flocculation, coagulation, and sedimentation (FlocSed), ozonation, biologically active carbon (BAC) filtration, granular active carbon (GAC) contacting, and UV disinfection. Development and application of the BDOC test revealed that the bulk of organic carbon entering the treatment train is dissolved. Further, BDOC analysis served to characterize the impact of specific treatment processes and changes in operational conditions on both biodegradable and non-biodegradable organic carbon fractions. Such information can help to inform continued process optimization. Utilization of DNA-based technologies shed light on the functional capacity of microbial communities present within each stage of treatment and the fate of antibiotic resistance genes (ARGs). ARGs are of concern because, when present in human pathogens, they can result in the failure of antibiotics to cure deadly infections. Other functional genes of interest were also examined using the DNA-based analysis, including genes driving metabolic processes and nitrogen cycling that are critical to water purification during BAF treatment. Also, the DNA-based analyses made it possible to better understand the effects of disinfectants on microbes. Interestingly, some ARG types increased in relative abundance (a measure analogous to percent composition) response to treatments, such as disinfection, and others decreased. Characterization of the microbial communities and their dynamic response to changing operation conditions were also observed. For example, it was possible to characterize how the profiles of microbes changed with time, an ecological process called succession, during BAC filtration and GAC contacting. Generally, this analysis, coupled with the functional analysis, shed light on the important, divergent roles of bacterial communities on organic degradation during both BAC and GAC treatment. Finally, a study was conducted that compared the microbiome (i.e. entire microbial community) between a wide range of conventional drinking water, potable reuse water, and non-potable reuse waters. Here it was found that significant differences existed between the microbial communities of water intended for potable or non-potable usage. This work also looked to expand the application of NGS technologies beyond strictly academic research by developing the application of more advanced DNA-based tools for treatment train assessment and monitoring.

El principal motor en el desarrollo e investigación de nuevos materiales biodegradables o ecológicos son las políticas medioambientales actuales junto con la concienciación por parte de los consumidores respecto a la utilización y consumo de materiales de bajo impacto ambiental o respetuosos con el medioambiente. Uno de los principales campos de generación de residuos es el del envasado de productos, y sobre todo, de alimentación. Las nuevas tendencias de consumismo de la sociedad actual generan gran cantidad de residuos que deben ser gestionados correctamente para generar el menor impacto ambiental posible. Es evidente que los plásticos forman una importante parte de este tipo de residuos, y que debido a su naturaleza petroquímica, son difíciles y caros de reciclar, sobre todo por la problemática de separación en origen. Por este motivo, los materiales poliméricos están ocupando importantes líneas de investigación debido al interés en sustituir materiales de origen petroquímico por materiales poliméricos de origen natural o biopolímeros. Por una parte, se afronta la problemática de la disminución de recursos procedentes de fuerzas fósiles; y por otra, la facilidad de eliminación de los residuos o biodegradabilidad. Uno de estos tipos de polímeros de gran demanda es el ácido poliláctico (PLA) con cada vez mayor número de aplicaciones en el sector industrial. Este tipo de aplicaciones requiere, en muchos casos, condiciones de adhesión o pegado según el diseño del producto. Debido a la intrínsecamente baja humectabilidad de este tipo de biopolímero, las uniones adhesivas presentan muy baja resistencia. Este problema justifica la búsqueda de tratamientos de modificación superficial que mejoren esta baja humectabilidad. Existen distintos tipos de tratamientos de modificación superficial, tanto físicos como químicos. Los tratamientos químicos, en general, al utilizar productos químicos que ataquen la superficie polimérica suelen originar residuos, que por su naturaleza son perjudiciales para el medioambiente. Por este motivo, los tratamientos que no generen residuos son más interesantes. Dentro de este ámbito, son óptimos los tratamientos basados en tecnología de plasma, ya que además de ser medioambientalmente correctos, sólo modifican la superficie a tratar sin cambiar las propiedades generales de comportamiento del propio material. El presente trabajo pretende mejorar la resistencia en adhesión de polímeros biodegradables de ácido poliláctico (PLA) con adhesivos de carácter natural, mediante la utilización del tratamiento de plasma atmosférico. La evaluación de los efectos de este tratamiento superficial sobre el PLA se realiza de forma experimental mediante la cuantificación de la variación de humectabilidad, después de tratar el sustrato de PLA a distintas velocidades y distancias toberasustrato. Las técnicas de estudio de los mecanismos de modificación superficial del plasma se han realizado para comprobar la efectividad del tratamiento de plasma atmosférico efectuando un análisis de espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS) y otro de espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier con Reflectancia Total Atenuada (FTIR-ATR) observando la activación química de la superficie. Seguidamente se ha cuantificado la modificación física de la superficie del material mediante la técnica microscopía de fuerza atómica (AFM) y la microscopía electrónica de barrido (SEM). Los resultados experimentales permiten analizar una interesante mejora de la resistencia de las uniones adhesivas PLA/PLA. Además se determinan los rangos de trabajo óptimos para la utilización del plasma atmosférico, y así como la evaluación de la durabilidad de los efectos del plasma atmosférico sobre la superficie del PLA tratado. Los resultados obtenidos en el presente estudio demuestran que los mejores resultados alcanzados en el tratamiento superficial con plasma atmosférico han sido para condiciones de tratamiento de velocidades de pasada de la superficie de PLA bajo la tobera generadora del plasma lentas [100-300 mm/s]; y/o distancias toberasustrato bajas, alrededor de 10 mm. Como se ha podido comprobar en los resultados de XPS, la activación superficial es el mecanismo principal en la activación de la superficie del PLA, debido a la inserción de especies polares. Estas especies van variando a lo largo del tiempo de envejecimiento influyendo de forma negativa en la humectabilidad del sustrato. A parte de los cambios químicos, surgen cambios físicos por arranque de material que favorece en la mejora de las propiedades de adhesión del sustrato de PLA. El tratamiento de plasma atmosférico es un método apropiado para la mejora de las propiedades adhesivas de las superficies del PLA, así como muy interesante desde el punto de vista industrial, debido a la fácil implantación y flexibilidad en un proceso de producción en continuo y por tratase de una tecnología muy respetuosa con el medio ambiente. / Jordá Vilaplana, A. (2013). Optimización de las propiedades de uniones adhesivas de polímeros biodegradables de ácido poliláctico (PLA) con adhesivos de carácter natural mediante el empleo de tecnologías de plasma atmosférico [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/30061

Tesis por compendio / [EN] Different strategies were used to improve physical properties of corn starch based films, with glycerol (30%) as plasticizer, based on increasing their hydrophobic character in order to reduce the materials' water sensitivity. Starch was blended with different components (surfactants and more hydrophobic polymers), with and without compatibilizers, to obtain blend films through different processing techniques (casting, melt blending, compression molding and extrusion). Bilayer film formation by compression molding with starch and poly(e-caprolactone) (PCL) was also studied. The addition of surfactants to starch films obtained by casting gave rise to a decrease in water vapor permeability (WVP), but an increase in the film fragility was observed. Surfactants with lower hydrophilic-lipophilic balance (HLB), solid at room temperature, promoted a fine microstructure in the matrix with smaller lipid particle, which enhanced water vapor barrier properties. Thermo-processing was used to obtain the other films due to its broader industrial application. Starch blends with hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) showed an HPMC dispersed phase in the starch matrix and better water barrier properties, but they were more permeable to oxygen, especially when they contained citric acid (CA) as compatibilizer. CA induced cross-linking in the polymeric matrix, thus slightly increasing film hardness, but decreasing its extensibility. The incorporation of PCL in different ratios to starch films obtained by compression molding gave rise to polymer phase separation, although a small PCL miscibility in the starch rich phase was detected, which reduced the glass transition temperature of the starch phase. The structural heterogeneity and lack of interfacial adhesion between polymers gave rise to fragile films. Nevertheless, small amounts of PCL (10%) reinforced the matrix (increase in the elastic modulus). When the PCL ratio increased, WVP was reduced but oxygen permeability increased. The incorporation of CA as compatibilizer of these blends provoked an increase in the water solubility of the films, by hydrolysis, and improved the mechanical properties of the films when PCL ratio was low (10%), but it did not affect the film barrier properties. The incorporation of polyethylene glycol (PEG 4000) to the blends with a low proportion of PCL did not imply an improvement in the film properties, since it promoted phase separation. Starch-PCL blends with 1:0.05 mass ratio, without compatibilizer, were quite homogenous and exhibited good mechanical properties and stability. In order to incorporate greater amounts of PCL, thus improving film hydrophobicity and stability, PCL was chemically modified by grafting glycidyl methacrylate or glycidyl methacrylate and maleic anhydride (PCL-g), to be used as compatibilizers. Films with 20 % PCL and 2.5 or 5 % of PCL-g showed very good mechanical and barrier properties and stability, inhibiting starch retrogradation. Their barrier properties met the food packaging requirements for a wide number of food products. Bilayer films obtained by compression molding of starch (or starch with 5% PCL) and PCL layers showed very low WVP and oxygen permeability and adequate mechanical properties. The adhesion of bilayers was greatly improved by the application of ascorbic acid and, especially, potassium sorbate, as aqueous solutions, at the interface before compression molding. These compounds, in turn, imparted antioxidant and antimicrobial properties, respectively, to the films, thus improving their potential use as active packaging material for food uses. / [ES] Se han utilizado diversas estrategias para mejorar las propiedades físicas de films a base de almidón de maíz, con glicerol (30 %) como plastificante, basadas en el incremento de su carácter hidrofóbico, para reducir su sensibilidad al agua. El almidón se mezcló con diferentes compuestos (surfactantes y polímeros más hidrofóbicos), con y sin compatilizadores, para la obtención de films mixtos por diferentes técnicas de procesado (casting, mezclado en fundido, moldeo por compresión y extrusión). Se estudió también la formación de films bicapa almidón-poli-e-caprolactona (PCL) mediante moldeo por compresión. La adición de surfactantes a los films de almidón elaborados por casting dio lugar a una disminución de su permeabilidad al vapor de agua (WVP), pero aumentó su fragilidad. Los surfactantes con menor balance hidrófilo-lipófilo (HLB), y sólidos a temperatura ambiente, proporcionaron una microestructura de los films con menor tamaño de partícula, que potenció las propiedades barrera al vapor de agua. Por su mayor aplicabilidad industrial, se emplearon técnicas de termo-procesado para la obtención del resto de films estudiados. Los obtenidos por mezcla con hidroxipropil metilcelulosa (HPMC) presentaron una fase dispersa de HPMC en la matriz de almidón y mejores propiedades barrera al vapor de agua, pero fueron algo más permeables al oxígeno, sobre todo cuando se incorporó ácido cítrico (CA) como compatibilizador. Este provocó entrecruzamiento en la matriz polimérica, incrementado ligeramente su dureza y reduciendo su extensibilidad. La incorporación de PCL en diferentes proporciones a los films de almidón obtenidos por termo-compresión, dio lugar a la separación de fases polímericas, detectándose una pequeña miscibilidad de la PCL en la fase rica en almidón que redujo la temperatura de transición vítrea de la fase amilácea. La heterogeneidad de su estructura y la falta de adhesión entre fases dio lugar a films demasiado frágiles, aunque en pequeña proporción (10%), la PCL reforzó la matriz (aumentó el módulo de elasticidad). Al aumentar la proporción de PCL, disminuyó la WVP de los films, pero aumentó la permeabilidad al oxígeno. La incorporación de CA como compatibilizador de estas mezclas aumentó la solubilidad en agua de los films por efecto de hidrólisis y supuso una mejora en las propiedades mecánicas de los films con baja proporción de PCL (10 %), pero no afectó a sus propiedades barrera. La incorporación de polietilenglicol (PEG 4000) a las mezclas con baja proporción de PCL no mejoró las propiedades de los films, potenciando la separación de fases. Las mezclas almidón:PCL con proporción másica 1:0.05, sin compatibilizador, fueron bastante homogéneas y exhibieron buen comportamiento mecánico y estabilidad. Para incorporar una mayor proporción de PCL, y mejorar la hidrofobicidad y estabilidad de los films, se modificó la PCL por reacción con glicidil metacrilato o anhídrido maleico y glicidil metacrilato (PCL-g), para su uso como compatibilizadores. Los films con 20% de PCL y 2.5 y 5 % de los PCL-g presentaron muy buenas propiedades mecánicas y de barrera al vapor de agua y a los gases y buena estabilidad al inhibir la retrogradación del almidón. Sus propiedades de barrera cumplieron con los requisitos de envasado de un número importante de productos alimentarios. La obtención de films bicapa por termo-compresión a partir de almidón (o almidón con 5% PCL) y PCL proporcionó un material con muy baja permeabilidad al vapor de agua y al oxígeno y buenas propiedades mecánicas. La adhesión entre las capas mejoró en gran medida con la incorporación de ácido ascórbico, y sobre todo de sorbato potásico, en la interfase en forma de disolución acuosa antes de la termo-compresión. Estos compuestos impartieron, a su vez, propiedades antioxidantes y antimicrobianas, respectivamente, a los films, mejorando su uso potencial para el envasad / [CA] S'han utilitzat diverses estratègies per a millorar les propietats físiques de films a base de midó de dacsa, amb glicerol (30 %) com plastificant, basades en l'increment del seu caràcter hidrofòbic, per a reduir la seua sensibilitat a l'aigüa. El midó es va mesclar amb diferents compostos (surfactants i polímers més hidrofòbics), amb i sense compatibilitzadors, per l'obtenció de films mixtos mitjançant diferents tècniques de processat (càsting, mesclat en fos, modelatge per compressió i extrusió). Es va estudiar també la formació de films bicapa midó-poli-e-caprolactona (PCL) mitjançant modelatge per compressió. L'addició de surfactants als films de midó elaborats per càsting va donar lloc a una disminució de la seua permeabilitat al vapor d'aigüa (WVP), però va augmentar la seua fragilitat. Els surfactants amb menor balanç hidròfil-lipòfil (HLB), i sòlids a temperatura ambient, varen proporcionar una microestructura dels films amb menor grandària de partícula, que varen potenciar les propietats barrera al vapor d'aigüa. Per la seua major aplicabilitat industrial, es van emprar tècniques de termo-processat per l'obtenció de la resta de films estudiats. Aquells obtinguts per mescla amb hidroxipropil-metilcellulosa (HPMC) varen presentar una fase dispersa de HPMC en la matriu de midó i millors propietats barrera al vapor d'aigüa, però varen ser un poc més permeables a l'oxigen, sobretot quan es va incorporar àcid cítric (CA) com compatibilitzador. Aquest va provocar entrecreuament en la matriu polimérica, incrementant lleugerament la seua duresa i reduïnt la seua extensibilitat. La incorporació de PCL en diferents proporcions als films de midó obtinguts per termo-compressió, va donar lloc a la separació de fases polimèriques, detectant-se una xicoteta miscibilitat de la PCL en la fase rica en midó que va reduir la temperatura de transició vítria de la fase amilàcea. L'heterogeneïtat de la seua estructura i la falta d'adhesió entre fases va donar lloc a films massa fràgils, encara que en xicoteta proporció (10%), la PCL va reforçar la matriu (augmentant el mòdul d'elasticitat). Al augmentar la proporció de PCL, va disminuir la WVP dels films, però va augmentar la permeabilitat a l'oxigen. La incorporació de CA com compatibilitzador d'aquestes mescles va augmentar la solubilitat en aigüa dels films per efecte d'hidròlisi i va suposar una millora en les propietats mecàniques dels films amb baixa proporció de PCL (10 %), però no va afectar les propietats barrera. La incorporació de polietilenglicol (PEG 4000) a les mescles amb baixa proporció de PCL no va millorar les propietats dels films, potenciant la separació de fases. Les mescles midó:PCL amb proporció màssica 1:0.05, sense compatibilitzador, varen ser prou homogènies i varen exhibir un bon comportament mecànic i una bona estabilitat. Per a incorporar una major proporció de PCL i millorar l'hidrofobicitat i estabilitat dels films, es va modificar la PCL per reacció amb glicidil metacrilat o anhídrid maleic i glicidil metacrilat (PCL-g), per al seu ús com compatibilitzadors. Els films amb 20% de PCL i 2.5 i 5 % dels PCL-g varen presentar molt bones propietats mecàniques i de barrera al vapor d'aigüa i als gasos i bona estabilitat al inhibir la retrogradació del midó. Les seues propietats de barrera varen complir amb els requisits d'envasament d'un nombre important de productes alimentaris. L'obtenció de films bicapa per termo-compressió a partir de midó (o midó amb 5% PCL) i PCL va proporcionar un material amb molt baixa permeabilitat al vapor d'aigüa i al oxigen i bones propietats mecàniques. L'adhesió entre les capes va millorar en gran mesura amb l'incorporació d'àcid ascòrbic, i sobretot de sorbat de potassi, en la interfase en forma de dissolució aquosa abans de la termocompressió. Aquestos compostos varen impartir, a la vegada, propietats antioxidants i antimicrobianes, respec / Ortega Toro, R. (2015). DESARROLLO Y CARACTERIZACION DE PELÍCULAS DE ALMIDÓN DE MAÍZ POR MEZCLADO CON COMPUESTOS MÁS HIDROFÓBICOS [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/52521 / Compendio

[ES] La Tesis Doctoral investigó el uso de la resina de pino (colofonia o gum rosin, GR) y sus derivados modificados químicamente, como aditivos sostenibles de biopolímeros basados en almidón termoplástico. El trabajo se dividió en seis secciones de investigación. Dos trabajos previos y cuatro trabajos medulares, cada uno de los cuales constituyeron los objetivos específicos de la investigación. Los trabajos previos permitieron determinar que la resina de pino y derivados pueden ser utilizados tanto en matrices poliméricas sintéticas (policloruro de vinilo, PVC), como en matrices poliméricas biodegradables (una mezcla de poliácido láctico y poli(butilén adipato co-tereftalato - PLA/PBAT). En el caso del PVC, se estudió el efecto de un derivado de colofonia, el trietilén glicol de colofonia (TEGR), como aditivo natural para incrementar la viscosidad en plastisoles basados en PVC. En el caso de estudio con una matriz biodegradable, se usó colofonia sin modificar (GR), como agente de control de tamaño de dominios de PBAT para aumentar la tenacidad de formulaciones basadas en una mezcla de PLA/PBAT. Luego, se estudió el uso de la resina de pino y derivados como aditivos de biopolímeros basados en almidón termoplástico (TPS) y el efecto de las resinas en las diferentes formulaciones de estos materiales. En primera instancia se estudiaron y establecieron las condiciones de procesamiento para obtener un almidón totalmente plastificado (almidón termoplástico - TPS) utilizando mezclas de almidón de maíz plastificado con glicerol y agua; procesadas a diferentes perfiles de temperatura de extrusión. En una siguiente instancia, se estudiaron mezclas de TPS con cinco derivados de resina de colofonia: colofonia sin modificar (GR), colofonia deshidrogenada (RD), colofonia modificada con anhidrido maleico (CM) y dos ésteres de colofonia, un pentaeritritol éster (LF) y un éster de glicerol grado alimenticio (UG). A continuación, se estudió el comportamiento de un material de interés comercial al ser aditivado con derivados de la resina de pino. Para ello, se usó colofonia sin modificar (GR) y dos ésteres de pentaeritritol de colofonia (LF, y UT). La matriz de estudio fue un biopolímero del tipo Mater-Bi (Mater-Bi® NF 866 (Mater-Bi), una mezcla comercial basada en almidón termoplástico (TPS), un poliéster alifático-aromático (polibutilén adipato co-tereftalato) (PBAT) y poly-(ε)-caprolactona (PCL)). Finalmente, se estudiaron los materiales formulados con el material de interés comercial (Mater-Bi) y las resinas y derivados seleccionados (GR, LF y UT) desde un punto de vista microscópico, para determinar a profundidad las interacciones de los componentes del Mater-Bi con cada una de las resinas. Los resultados obtenidos se muestran favorables y prometedores pues demuestran que las resinas de pino y sus derivados son una alternativa viable para ser usados como aditivos naturales en una diversidad de materiales, tanto sintéticos como biobasados y biodegradables. Además, las resinas de pino y colofonia son materiales sostenibles que proviene de fuentes 100% naturales y renovables, por lo que su uso supone una disminución del impacto en el medio ambiente. / [CA] La Tesi Doctoral va investigar l'ús de la resina de pi (colofònia o gum rosin, GR) i els seus derivats modificats químicament, com a additius sostenibles de biopolímers basats en midó termoplàstic. El treball es va dividir en sis seccions d'investigació. Dos treballs previs i quatre treballs medul·lars, cadascun dels quals van constituir els objectius específics de la investigació. Els treballs previs van permetre determinar que la resina de pi i derivats poden ser utilitzats tant en matrius polimèriques sintètiques (policlorur de vinil, PVC), com en matrius polimèriques biodegradables (una mescla de poliácido làctic i poli(butilén adipat co-tereftalato - PLA/PBAT). En el cas del PVC, es va estudiar l'efecte d'un derivat de colofònia, el trietilén glicol de colofònia (TEGR), com a additiu natural per a incrementar la viscositat en plastisoles basats en PVC. En el cas d'estudi amb una matriu biodegradable, es va usar colofònia sense modificar (GR), com a agent de control de grandària de dominis de PBAT per a augmentar la tenacitat de formulacions basades en una mescla de PLA/PBAT. Després, es va estudiar l'ús de la resina de pi i derivats com a additius de biopolímers basats en midó termoplàstic (TPS) i l'efecte de les resines en les diferents formulacions d'aquests materials. En primera instància es van estudiar i van establir les condicions de processament per a obtindre un midó totalment plastificat (midó termoplàstic - TPS) utilitzant mescles de midó de dacsa plastificada amb glicerol i aigua; processades a diferents perfils de temperatura d'extrusió. En una següent instància, es van estudiar mescles de TPS amb cinc derivats de resina de colofònia: colofònia sense modificar (GR), colofònia deshidrogenada (RD), colofònia modificada amb anhidrido maleic (CM) i dos èsters de colofònia, un pentaeritritol èster (LF) i un èster de glicerol grau alimentós (UG). A continuació, es va estudiar el comportament d'un materials d'interés comercial en ser aditivado amb derivats de la resina de pi. Per a això, es va usar colofònia sense modificar (GR) i dos èsters de pentaeritritol de colofònia (LF, i UT). La matriu d'estudi va ser un biopolímer del tipus Mater-Bi (Mater-Bi® NF 866 (Mater-Bi), una mescla comercial basada en midó termoplàstic (TPS), un polièster alifàtic-aromàtic (polibutilén adipat co-tereftalato) (PBAT) i poly-(ε)-caprolactona (PCL)). Finalment, es van estudiar els materials formulats d'interés comercial (Mater-Bi) i les resines i derivats seleccionats (GR, LF i UT) des d'un punt de vista microscòpic, per a determinar a profunditat les interaccions dels components del Mater-Bi amb cadascuna de les resines. Els resultats obtinguts es mostren favorables i prometedors perquè demostren que les resines de pi i els seus derivats són una alternativa viable per a ser usats com a additius naturals en una diversitat de materials, tant sintètics com biobasados i biodegradables. A més, les resines de pi i colofònia són materials sostenibles que prové de fonts 100% naturals i renovables, per la qual cosa el seu ús suposa una disminució de l'impacte en el medi ambient. / [EN] The Doctoral Thesis investigated the use of pine resin (colophony or gum rosin, GR) and its chemically modified derivatives, as sustainable additives for biopolymers based on thermoplastic starch (TPS). The work was divided into six research sections. Two previous studies and four core studies, each of which constituted the specific objectives of the research. Previous studies made it possible to determine that gum rosin and derivatives can be used both in synthetic polymeric matrices (polyvinyl chloride, PVC) and in biodegradable polymeric matrices (a blend of polyacid lactic acid and poly (butylene adipate co-terephthalate - PLA/PBAT). In the case of PVC, the effect of a rosin derivative, triethylene glycol ester of gum rosin (TEGR), was studied as a natural additive to increase the viscosity in PVC-based plastisols. In the case of a study with a biodegradable matrix, unmodified rosin (GR) was used as a PBAT domain size control agent to increase the toughness of formulations based on a PLA/PBAT blend. Then, the use of gum rosin and derivatives as additives of biopolymers based on thermoplastic starch (TPS) and the effect of the resins in the different formulations of these materials were studied. In the first instance, the processing conditions were studied to obtain a fully plasticized starch (thermoplastic starch - TPS) using mixtures of plasticized corn starch with glycerol and water; processed at different extrusion temperature profiles. In the next instance, blends of TPS with five rosin derivatives were studied: unmodified rosin (GR), dehydrogenated rosin (RD), maleic anhydride-modified rosin (CM) and two rosin esters, a pentaerythritol ester (LF), and a food-grade glycerol ester of gum rosin (UG). Next, the behavior of a commercial interest material when added with derivatives of gum rosin was studied. Unmodified gum rosin (GR) and two pentaerythritol esters of gum rosin (LF and UT) were used. The studied matrix was a Mater-Bi type biopolymer (Mater-Bi® NF 866 (Mater-Bi), a commercial blend based on thermoplastic starch (TPS), an aliphatic-aromatic polyester (polybutylene adipate co-terephthalate) (PBAT ) and poly-(ε)-caprolactone (PCL)). Finally, the formulated materials were studied from a microscopic point of view, to determine in-depth the interactions of the components of Mater-Bi with each of the gum rosin and derivatives resins. The results obtained are favorable and promising as they show that gum rosin and its derivatives are a viable alternative to be used as natural additives in a variety of materials, both synthetic and biobased and biodegradable. In addition, gum rosin and derivatives resins are sustainable materials that come from 100% natural and renewable sources, so their use reduces their impact on the environment. / Agradezco a la Secretaría de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación (SENESCYT) por el apoyo económico en parte de mis estudios doctorales. / Aldas Carrasco, MF. (2021). Uso de derivados de colofonia como aditivos sostenibles en biopolímeros de almidón termoplástico (TPS) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/171770