Waste expanded polystyrene/zinc ferrite nanoparticles films: degradation by visible light photocatalysis and use in composites with rice husk reinforcement

Resumen

Se desarrolló una película de poliestireno expandido residual (PSw) incorporando nanopartículas fotocatalíticas de ferrita de zinc, sintetizadas mediante un método verde simple. Las nanopartículas se caracterizaron utilizando difracción de rayos X (XRD) y microscopía electrónica de transmisión (TEM), mientras que las películas fueron analizadas mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR).

Se prepararon tres conjuntos de muestras de película de poliestireno (PS): poliestireno puro (PSw), PS con nanopartículas de hierro y zinc (PSw-ZnO+FeO) y PS con ferrita de zinc (PSw/ZnFe₂O₄). Después de 40 días de exposición a la luz solar, la pérdida de masa varió significativamente entre ellas. Las películas PSw/ZnFe₂O₄ se degradaron 3.7 veces más rápido que el PS puro, con una reducción máxima de 14.08%, lo que indica la fuerte influencia de las nanopartículas de ferrita de zinc en la degradación.

La resistencia a la tracción de las muestras se midió según la norma ISO-527–4:2023. Las pruebas de tracción revelaron que la muestra B3, con refuerzo de cascarilla de arroz, resistió tres veces más tensión antes de romperse en comparación con el poliestireno expandido virgen con una densidad de 120 g/L. Estos resultados demuestran el potencial de los compuestos PSw/ZnFe₂O₄ reforzados con cascarilla de arroz como materiales con mayor resistencia mecánica y menor persistencia ambiental frente al poliestireno expandido convencional.

Relevancia para el diseño vehicular y la electrificación del transporte

1. Sustitución de materiales plásticos convencionales en vehículos eléctricos
   El poliestireno expandido se usa ampliamente en interiores, paneles aislantes y componentes de absorción de impactos. Sustituirlo por un material más resistente mecánicamente y con degradación acelerada reduce el impacto ambiental del ciclo de vida del vehículo.

2. Alineación con la movilidad sostenible
   La incorporación de nanopartículas fotocatalíticas permite que las piezas plásticas del vehículo se degraden más rápido bajo exposición solar, reduciendo la acumulación de residuos plásticos al final de la vida útil del vehículo, algo clave para la descarbonización y economía circular en el transporte.

3. Optimización del peso y seguridad
   El aumento en resistencia a la tracción, especialmente con el refuerzo de cascarilla de arroz, permite fabricar piezas más ligeras y delgadas sin comprometer su integridad estructural, lo que se traduce en menor consumo energético y mayor autonomía en vehículos eléctricos.

4. Integración de materiales renovables
   El uso de cascarilla de arroz como refuerzo introduce un componente de origen agrícola renovable, disminuyendo la dependencia de polímeros 100% fósiles y mejorando el balance de emisiones en la cadena de producción.