INTRODUCCIÓN El presente trabajo se desarrolla el tema de los polímeros biodegradables, abarcando procesos de obtención y materiales involucrados, mecanismos de degradación, propiedades generales, normas internacionales que los regulan y usos comerciales. La información obtenida en el siguiente trabajo proviene de artículos de investigación de revistas científicas y conferencias publicadas por European Bioplastics. 1 OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Conocer los procesos y materiales implicados en el desarrollo de polímeros biodegradables. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Establecer una definición clara entre los conceptos de polímeros biodegradables, biopolímeros, plásticos biodegradables y polímeros compostables. Conocer los estándares establecidos por las normas internacionales para los polímeros biodegradables con el fin de identificar cuáles de los actuales productos en el mercado son realmente biodegradables. Reconocer el origen y las propiedades de los materiales poliméricos para establecer el tipo de procesamiento y los usos que debe tener. Enfatizar en procesamiento del almidón de yuca en Colombia como materia prima para generar polímeros biodegradables. 2 1. ANTECEDENTES HISTORICOS Los plásticos sintéticos se han venido desarrollando por parte de la industria química desde las primeras décadas del siglo XX, teniendo un máximo impulso durante la II Guerra Mundial. EE.UU y Alemania fueron los primeros en desarrollar y comercializar productos como el PVC1 (1920-1940). Hasta 1945 el proceso de industrialización del plástico se caracterizó por una precaria producción a escala comercial y por la utilización de materias primas de origen natural, a partir de la cual se obtenía celuloide. Debido a la utilidad de estos materiales, el crecimiento de la industria del plástico ha sido muy elevado, generando avances, innovaciones y satisfacción de infinidad de necesidades, razones que convierten a los plásticos en un material de consumo masivo que está presente en gran cantidad de artículos de la actualidad. Durante los últimos años, la industria de los materiales poliméricos ha experimentado un gran crecimiento hasta convertirse en la actualidad en los materiales más utilizados superando incluso el uso del acero y reemplazando en algunas aplicaciones materiales usados comúnmente como metales, vidrio y madera. Esta industria tiene una producción mayor que la del acero y el aluminio juntos (Bower, 2002) y el uso extendido de estos materiales se debe principalmente a su bajo costo, buenas propiedades y fácil de moldear, por lo que son utilizados en casi todas las industrias: alimentos, construcción, transporte, agricultura y medicina. En Colombia las primeras industrias de transformación del plástico aparecieron a finales de los años treinta, poco antes de la Segunda Guerra Mundial. Durante este período, el proceso de industrialización fue lento, debido a la dificultad de adquirir materias primas en el exterior. Con el tiempo, los productos plásticos pasaron de ser algo exótico a formar parte integral de la vida humana al sustituir materiales tradicionales, renovables y no renovables, por su gran versatilidad, su higiene, sus cualidades de resistencia, su duración y su economía. La problemática generada por su uso intensivo radica en su baja biodegradabilidad (alta recalcitrancia) y, por consiguiente, en su elevada generación de residuos. Debido a que son macromoléculas de gran estabilidad estructural, los plásticos son muy resistentes a las agresiones del medio, son livianos en comparación con otros materiales utilizados para los mismos fines y son de bajo costo debido a su 3 alta producción en escala industrial, características que los hacen productos muy demandados por las empresas y los consumidores finales. En los años sesenta cuando salieron al mercado los primeros polímeros sintéticos, una de sus características más llamativas era su durabilidad y estabilidad en casi todos los ambientes; pero con el pasar de los años, lo que en un comienzo fue tratado como una ventaja, se convirtió en un problema, porque los polímeros que eran desechados podían pasar años sin ser afectados por el entorno, aun sin importar las condiciones en las que se encontraran; sumado a esto, por su baja densidad se requieren grandes espacios para su almacenamiento y como la cantidad de polímeros producidos sigue aumentando, se incrementa la cantidad de desechos generados así como el espacio necesario para su disposición final. A la misma velocidad con que los plásticos se demandan, también se desechan. Son productos cuya utilización como material de empaque para todo tipo de elementos ha sido muy exitosa, lo cual les representa un ciclo de vida muy corto y, por lo tanto, un alto volumen de eliminación. Alrededor de 100 millones de toneladas de plástico se producen cada año, de los cuales 40 millones son producidos únicamente por los Estados Unidos. Del total de esta gran cantidad de plásticos, alrededor del 30 % se usa en material de empaque, es decir, en material de rápido desecho que tiene una corta vida útil y va a parar a los rellenos sanitarios a permanecer allí por más de 100 años. Pero, a pesar de ser innegable que son un material de gran utilidad y han generado innumerables soluciones a necesidades del hombre, presentan problemas en todo su ciclo de vida y no sólo a la hora de su eliminación. Los plásticos son derivados del petróleo y dependen en su totalidad de este recurso fósil no renovable. Del total del petróleo extraído en el mundo, alrededor de un 5 % se destina a la industria del plástico. Dicho mineral fósil experimenta en la actualidad un crecimiento continuo en su precio y las proyecciones afirman que se agotará en menos de 50 años si el ritmo de consumo sigue como el actual. Por lo anterior es importante la investigación y desarrollo de plásticos fabricados a partir de recursos naturales renovables y que cuando se deseche no genera impactos sobre el medio ambiente. Los altos niveles de contaminación por plástico exigen a las industrias del ramo el desarrollo de productos biodegradables como es el caso de polímeros derivados del almidón de yuca que presentan cualidades industriales similares, además de ser materia prima de bajo costo y buena calidad. Países como Japón y Alemania, entre otros, son pioneros en la producción de materiales biodegradables. 4 la yuca y la papa. distribución del peso molecular. también se usa el Solanyl BP. Algunas de estas investigaciones han dado como resultados materiales que ya se utilizan comercialmente. hongos y algas. que lo utilizan 5 . grado de ramificación y proceso de conformación (Lorcks. para de esta forma poder competir con los polímeros sintéticos. La biodegradación es aquella ocasionada por la acción de microorganismos (bio) tales como bacterias. un carbohidrato sintetizado en las plantas como reserva de alimento que. Esta degradación puede ser de tipo química. este es el caso del Mater-Bi.Desde los años ochenta en varios países de Europa y Asia. Al tratar este tema. Algunos de estos materiales se producen a base de almidón. foto-oxidativa o biodegradativa. dependen de la resistencia y carácter de la región cristalina. 1994). debido a su constitución. 1998. pero en el caso colombiano. 2008). 2. el almidón de yuca es un recurso renovable que abunda en nuestro país. Chaléat. un polímero biodegradable al 100% que utiliza el almidón de papa como materia prima y cuyas propiedades mecánicas son similares a las del polietileno o poliestireno (Rodenburg Biopolymers. es importante definir antes algunos términos: 1. puede provenir de diferentes fuentes como son el maíz. Las propiedades del almidón. una mezcla biodegradable de almidón y PVA (acetato de polivinilo) que se emplea como película para empaque de alimentos y agricultura (Fritz. puede ser transformado en un material termoplástico a través de la ruptura de su estructura granular utilizando un plastificante. térmica. PLASTICOS BIODEGRADABLES La ASTM1 y la ISO2 definen al plástico degradable como ―aquel que sufre un cambio significativo en la estructura química bajo condiciones ambientales específicas resultando en la pérdida de propiedades que pueden variar acorde con su medición por métodos de ensayo estándar apropiados para el plástico y las aplicaciones en un periodo de tiempo que determina su clasificación‖. plásticos biodegradables: son materiales plásticos completamente asimilables por los microorganismos presentes en un medio biológico activo. se han hecho investigaciones con el objetivo de obtener materiales biodegradables que ofrezcan buenas propiedades y bajos costos de producción. 2008). Halley y Truss. Actualmente el almidón más utilizado en el mundo para la fabricación de estos materiales es el de maíz. como su resistencia mecánica y flexibilidad. del tipo de planta. StarchTech y Vegemat. también se pueden encontrar en el mercado marcas comerciales como Sorona. un polímero es biodegradable si su degradación resulta de la acción natural de microorganismos como bacterias. en el cual el mecanismo predominante es la acción enzimática de microorganismos. El carbono de la estructura de los plásticos debe convertirse completamente en CO2 durante la actividad microbiana. En general. temperatura adecuada dependiendo del tipo de microorganismo (entre 20 °C y 60 °C) y un valor de pH adecuado (entre 5 y 8) 6 . presencia de microorganismos. 3. agua y componentes orgánicos o biomasa. en un espacio de tiempo determinado. materiales plásticos completamente biodegradables y compostables.como alimento y fuente de energía. humedad. metano.1 Biodegradación La norma ASTM D 5488-944 define la biodegradabilidad como la capacidad de un material de descomponerse en dióxido de carbono. hongos y algas. Figura 2. Existen varios factores requeridos para que pueda darse un proceso de biodegradación: presencia de microorganismos. plásticos compostables: materiales plásticos que son biodegradables bajo condiciones de compostaje. de acuerdo a la Norma europea EN 13432. aquellos que tienen como base fuentes naturales y b. tales como: temperatura. presencia de aire (en caso de que se requiera). bioplásticos: término utilizado para definir a dos tipos de materiales plásticos (según European Bioplastics): a. humedad y minerales necesarios. 2.1 Ciclo ideal de los materiales plásticos biodegradables 2. El plástico biodegradable es un material que. expuesto a condiciones óptimas de humedad. agua. 2. por procesos fermentativos mediados por microorganismos especiales. En el caso de material compostable. pueden ser metabolizados por otros microbios. Tiempo requerido para la completa utilización por parte de los microorganismos. ya que se obtienen a partir de fuentes naturales.La biodegradación es el consumo de sustancias por microorganismos. Existen dos tipos de procesos de biodegradación: parte de 1) Biodegradación aeróbica (en presencia de oxígeno): en la que los productos resultantes de este proceso de degradación son biomasa. Estos materiales biodegradables son metabolizados y convertidos por los microbios presentes en los suelos. medido como evolución de CO2 (aeróbico) o CH4 y CO2 (anaeróbico) sin dejar residuos. dióxido de carbono. digestor anaeróbico. Utilización completa del sustrato carbonoso por los microorganismos. Al provenir de fuentes naturales. Para que el concepto de biodegradación esté totalmente definido debe contener los siguientes elementos: Un sistema de disposición de residuos sólidos: compostaje. biogás (principalmente metano). puede. como por ejemplo. agua. ser convertido por los microorganismos presentes básicamente en los suelos.2 Elementos que debe contemplar la biodegradación para ser efectiva según Greenpeace. dióxido de carbono y biomasa. en agua. en sustancias sencillas y fácilmente asimilables por el medio ambiente. algunos años. agua y minerales. después de varios meses o incluso. suelo. el rango de tiempo está limitado a menos de 180 días. ya que entonces los plásticos son reconocidos biológicamente como susceptibles de ser degradados por las enzimas que los microorganismos secretan. 2) Biodegradación anaeróbica (ausencia de oxígeno): en la que los productos usualmente resultantes son biomasa. del material en cuestión en el sistema de disposición seleccionado. flora microbiana y oxígeno. metabolitos intermedios y minerales. 7 . el compost. al menos el 90% de la parte orgánica del material debe convertirse en CO2. excrementos y purinas. ambientes marinos. animales. Figura 2.2 Símbolo internacional de los materiales plásticos biodegradables. Como nota explicativa.3 Normas internacionales sobre biodegrabilidad De acuerdo a las normas internacionales. a través de laboratorios independientes. La declaración de biodegradabilidad debe ser revisada y comparada con datos que verifiquen y validen la misma. debe contarse con datos que prueben el tiempo requerido para biodegradación completa empleando las normas internacionales bien establecidas. Si se emplean otros ambientes para deposición de residuos. digestores anaeróbicos. la fermentación la continúan otras especies de bacterias. como las ISO 18451. 18452 (degradabilidad aeróbica en agua). suelo. se obtiene de forma natural por descomposición aeróbica (con oxígeno) de residuos orgánicos como restos vegetales. como rellenos sanitarios. EN 13432. La biodegradabilidad debe ser medida cuantitativamente por normas internacionales y especificaciones estándares como: ASTM D6400. debe cumplirse lo siguiente: 1. ASTM D6868. y empleando ensayos y especificaciones basados en normas y principios fundamentales avalados por la comunidad científica internacional. ASTM D7081. en menos de 6 meses de contacto con un medio biológicamente activo y 2. 8 . hongos y actinomicetos). 18455 (compostaje aeróbico). ISO 17088. por medio de la reproducción masiva de bacterias aerobias termófilas que están presentes en forma natural en cualquier lugar (posteriormente. el material resultante debe pasar exámenes agrónomicos (comportamiento sobre las plantas) y de ecotoxicidad. 18453 (degradabilidad anaeróbica en agua). 2. la NE 13432 y las ASTM D6400 y D6868. En los últimos años. los residuos poliméricos sintéticos han aumentado su porcentaje dentro de los residuos sólidos totales.En los últimos 20 años se ha observado un verdadero interés científico e industrial en la investigación para la producción de plásticos biodegradables. conocidos también como EDP (environmentally degradable polymers and plastics). 9 . Por este motivo las investigaciones en este campo siempre han ido encaminadas a aumentar la vida de ciertos polímeros. orientándose hacia la síntesis de polímeros degradables. Como resultado. La fabricación de plásticos biodegradables a partir de materiales naturales. donde su degradación se realice en cortos períodos de tiempo. las investigaciones que involucran a los plásticos obtenidos de otras fuentes han tomado un nuevo impulso y materiales como los polihidroxialcanoatos. debido al contacto con el agua (degradación hidrolítica). La principal propiedad que permite que los polímeros puedan competir con otros materiales como el vidrio y los metales es su resistencia química. es uno de los grandes retos para diferentes sectores. POLIMEROS BIODEGRADABLES Un polímero que tiene la funcionalidad de ser biodegradable es aquel cuyo residuo se puede valorizar por digestión anaeróbica o plantas de compostaje industrial. agrícolas y de materiales para servicios varios. ya sea por efecto de la temperatura (degradación térmica). Los desechos de plásticos biodegradables pueden ser tratados como desechos orgánicos y luego eliminados en los depósitos sanitarios. los científicos han cambiado de dirección. aparecen como una alternativa altamente prometedora. la longevidad puede derivar en problemas. se entenderá por degradación de un polímero los cambios significativos que experimenta en su estructura química (pérdida de uno o más átomos de carbono en una cadena abierta o en un ciclo) bajo la acción de determinadas condiciones medioambientales. La definición de degradabilidad no siempre es clara y está abierta a una gran variedad de Interpretaciones. se vería disminuido en el medio ambiente. Ante esta perspectiva. o por efectos medioambientales como la luz solar (fotodegradación) o los microorganismos (biodegradación). industriales. La sustitución de los plásticos actuales por plásticos biodegradables es una vía por la cual el efecto contaminante de aquellos. No obstante. 3. física y mecánica. resultando en una pérdida de propiedades del material. En el contexto del presente trabajo. aparición de reacciones de entrecruzamiento. Las reacciones que tienen lugar pueden ser de oxidación o de hidrólisis y generalmente comportan una disminución del grado de polimerización del material [Peinado et al. erosión superficial y pérdida de propiedades como la resistencia a la tracción y el alargamiento. Los cambios químicos consisten en la rotura de cadenas. mediante la modificación del polímero y copolimerización con monómeros portadores del grupo carbonilo (G. Introduciendo aditivos fotosensibles.. Lo que se pretende conseguir es el mantenimiento de las propiedades durante el periodo de utilización del polímero y posterior cambio de estructura química para descomponerse en componentes compatibles con el medio ambiente.Scott. tales como cetonas vinílicas. pérdida del brillo superficial. la combinación de grupos funcionales fotosensibles e hidrolizables hace más efectiva la degradación medioambiental. 3. en un polímero pueden ocurrir cambios físicos o químicos. cambios en los sustituyentes laterales. Los cambios físicos pueden consistir en la decoloración. es importante recalcar que cuanto más bajo sea el peso molecular de un polímero la degradación será más rápida y para los polímeros con mayor peso molecular. superficie pegajosa. Por otra parte. 190).1 Mecanismos de degradación de un polímero 3. catalizadores y peroxidantes que aceleren el proceso de degradación. 10 .Por lo tanto. 1996]. un requisito indispensable para que los materiales poliméricos sean considerados degradables es que contengan grupos en la cadena principal que se puedan romper fácilmente por la acción de agentes externos de naturaleza física o química. como los grupos carbonilo. Introduciendo en el polímero grupos funcionales sensibles a la radiación ultravioleta. Como consecuencia de la degradación.1 Fotodegradación Existen dos maneras de obtener polímeros fotodegradables: 1. 2. entre otros.1. formación de grietas. Una de las líneas de investigación más importante de la ciencia de los polímeros se encuentra dirigida al desarrollo de los polímeros termoestables. que extrae un átomo de hidrógeno de la cadena principal del polímero para producir un grupo hidroperóxido (POOH). Este grupo está fuertemente adherido de manera que se producen los radicales altamente reactivos que permiten continuar el ciclo de degradación de la cadena en el polímero. Este radical reacciona rápidamente con el oxígeno para dar el radical peróxido (POO‘). en los cuales el calor no produce pérdida de propiedades. Para conseguir este objetivo podemos actuar de dos formas: aumentando la rigidez del polímero o aumentando la cristalinidad.1. Es el caso de los filmes de polietileno utilizados en la agricultura que con el tiempo pierden elasticidad. La fotodegradación empieza con la producción del macro-radical (P‘) en las regiones amorfas del substrato polimérico. Estos grupos son los que desencadenan las reacciones degradativas del plástico. Este envejecimiento se atribuye a una reacción de foto oxidación térmica en cadena producida por la radiación luminosa de mayor energía correspondiente a una longitud de onda comprendida entre 290 y 350 nanómetros. Dependiendo de la reactividad de cada radical se producirán unas reacciones u otras. Tanto si hablamos de fotodegradación como de degradación térmica. en la que se generan grupos carbonilo. los mecanismos fundamentales de degradación de los polímeros están basados en los mismos principios. y por este motivo la degradación térmica es de gran importancia. La única excepción es que la fotodegradación tiene lugar a una velocidad más rápida que la degradación térmica y que los hidroperóxidos están térmicamente adheridos a los radicales reactivos en la degradación térmica. quebradizos.2 Degradación térmica En el procesado de polímeros interviene de forma muy directa el calor. 11 .La mayoría de los materiales plásticos sufren un envejecimiento que lleva asociado una merma en sus propiedades cuando son sometidos durante largos periodos de tiempo a la radiación luminosa. llegando a rasgar fácilmente. haciéndose frágiles. El proceso está acompañado por la ruptura hemolítica de los enlaces covalentes de la cadena o de los grupos laterales como consecuencia del aumento de la temperatura. El ciclo termina cuando se combinan dos radicales. 3. Y esto se consigue con la inclusión de grupos rígidos (anillos) en la cadena polimérica y también con polímeros estereoregulares. en la biodegradación total el material es degradado totalmente por la acción de microorganismos con la producción de CO2 (bajo condiciones aeróbicas) y metano (bajo condiciones anaeróbicas).3 Degradación hidrolítica La degradación hidrolítica de un polímero se produce como consecuencia del contacto del material con un medio acuoso..2. hidratación de las moléculas y finalmente la hidrólisis de los enlaces inestables. 3. como: Polisacáridos: Unidades básicas de azúcar unidas mediante enlaces glucosídicos. la degradación implica la hidrólisis de los grupos funcionales que estén situados en la cadena principal.1. 3. Hidrolizables abióticamente y por enzimas. ruptura de puentes de hidrógeno intermoleculares. sales minerales y biomasa.4 Biodegradación El término biodegradación hace referencia a la transformación y deterioro que se produce en el polímero debido a la acción de enzimas y/o microorganismos como bacterias. El concepto de degradación de un polímero se asocia con el decrecimiento del peso molecular. Por tanto.1. Por contra. agua.1 Polímeros naturales: Polímeros extraídos o removidos directamente de la biomasa. puede suceder tanto en los grupos situados en la cadena principal como en los sustituyentes laterales. Ejemplos: almidón.2.2 Clasificación de los polímeros biodegradables 3. por este motivo. con lo que la resistencia térmica se acentúa. La penetración del agua dentro de la matriz provoca el inflamiento. celulosa. La biodegradación puede ser parcial o total.Estos dos hechos hacen aumentar la temperatura de reblandecimiento. La rotura de los grupos funcionales por hidrólisis. hongos y algas. La biodegradación parcial consiste en la alteración en la estructura química del material y la pérdida de propiedades específicas. 3. es necesario que la cadena principal se rompa en diferentes puntos.1. 1998]: 3. 12 .1 Según su origen: En una consideración amplia atendiendo a su origen los polímeros biodegradables pueden clasificarse en cuatro categorías [Calmon-Decriaud et al. 2 Según su biodegrabilidad: Hay tres clases principales de materiales poliméricos de acuerdo a su biodegradabilidad: 3. seda.2. el almidón) con polímeros sintéticos biodegradables (por ejemplo. Esto hace que sean impenetrables para los microorganismos.2. que son los encargados de la biodegradación. 13 . 3. se degrada la parte de fibra natural pero persiste la parte sintética.2. el copolímero de almidón y alcohol vinílico).2. 3.3 Polímeros producidos por microorganismos: Bacterias productoras nativas o modificadas genéticamente Ej.2. níquel. Cuando se disponen estos materiales.2.1. hongos y algas. 3. 3. colágeno.2 Polímeros naturales modificados: Preparados mediante la modificación biológica y/o química utilizando monómeros biológicos de fuentes renovables Ej.1 Resistentes a la biodegradación: Este tipo de materiales tienen una matriz de compuestos derivados de petróleo.: el PLA. Generalmente son una mezcla de fibras naturales con polímeros sintéticos. obtenido por procesos fermentativos. a partir de los azúcares. 3. el acetato de celulosa o los polialcanoatos. la cual está reforzada generalmente con carbono y fibra de vidrio.2 Parcialmente biodegradables: Estos materiales son diseñados con el objetivo de lograr una degradación más rápida que la que presentan los plásticos convencionales. que presentan sales metálicas (hierro. magnesio.1. caseína. cobalto) que provocan la fragmentación del polímero. queratina. Proteínas: Poliamidas naturales formadas por la unión de aminoácidos. Polímeros oxo-biodegradables: Los materiales plásticos Oxo Biodegradable (OBD) se caracterizan por contener aditivos.4 Materiales compuestos: Combinan partículas biodegradables (por ejemplo. Ejemplos: lana. ácido poliláctico.2. de los cuales destaca el copolímero polihidroxibutirato/valerato (PHBHV).1.2.: polietileno obtenido de etanol proveniente de la caña de azúcar. de bajo coste y de alta disponibilidad. Según su constitución química. La celulosa es el polímero más abundante en la naturaleza. termoplástico natural de carácter fuertemente hidrófilo. puede utilizarse con mezclas de polietileno (Ecostar). al mismo tiempo que se han identificado varios microorganismos y enzimas capaces de degradarlos.2. los materiales biodegradables de mayor uso comercial pueden clasificarse en tres categorías.2. de forma que tanto ella como sus derivados han sido ampliamente estudiados para usos biomédicos. g.3 POLÍMEROS BIODEGRADABLES DE USO COMERCIAL Figura 3.3. y engloba a los polímeros de mayor aplicación. que se caracteriza por 14 . con policaprolactona (Greenpol) y con un polímero soluble en agua y plastificante (Biofil).3 Completamente biodegradables: La matriz del polímero es derivada de fuentes naturales renovables (e. Recientemente se han sintetizado un número considerable de polímeros biodegradables. almidón). 3.1 Esquema de los polímeros biodegradables Los polímeros biodegradables son un nuevo campo emergente. El almidón. Se pueden citar como ejemplo el acetato de celulosa (AC). La primera corresponde a los polímeros naturales derivados de azúcares. Los microorganismos tienen la capacidad de consumir estos polímeros y reducirlos a dióxido de carbono y agua. La estructura ramificada de la amilopectina generalmente le da a la película pobres propiedades mecánicas. se solubilizan en agua siendo compatibles con otro tipo de biomoléculas. la celulosa (1. y la celulosa oxidada (Oxycel Surgical). La CMC es una película capaz de absorber el aceite recogido en los alimentos sometidos a proceso de fritura profunda (García et al. los poliésteres. del quitósan con aldehídos hace la película más dura. 2004). formada por el grupo más importante de polímeros biodegradables sintéticos. mejorando las propiedades mecánicas y de barrera en las películas elaboradas. empaques para frutas y verduras (Matsui et al. 2004). por ejemplo. 2002. La presencia de amilosa en un 70% en almidones de amilo-maíz da una estructura fuerte y más flexible a la película... 4. Los dos grupos restantes los forman polímeros biodegradables sintéticos. BIOPOLIMEROS 4. 4-b-D– polímero de glúcidos). la amilosa (un componente del almidón 1. La estructura lineal de algunos de estos polisacáridos es. tiene propiedades termoplásticas cuando se realiza la disrupción estructural a nivel molecular. los polímeros sintéticos ofrecen mayores ventajas que los naturales ya que pueden ser modificados dando un rango más amplio de propiedades y una homogeneidad más predecible. 4-a-D– glucano) y el quitósan (1. insoluble en agua y le proporciona una alta resistencia (Benavides. La celulosa de éter aniónico y la carboximetilcelulosa (CMC). Finalmente. tenemos una segunda categoría formada por el alcohol polivinílico (PVOH) y su copolímero con etileno (PEVOH). flexibilidad y transparencia.4-b-D– glucano). específicamente el que proviene del maíz. CMC y residuos de papel Kraft han mostrado una alta resistencia. Películas elaboradas de bagazo de yuca. le proporcionan a algunas películas dureza. aplicada en gasas estériles. es una película regenerada de celulosa que se hace por un proceso viscoso. las películas son resistentes a las grasas y aceites. 2004). El entrelazamiento. El celofán. tenemos la tercera categoría. Srinivasa et al. importante propiedad para la fabricación de panales de huevo. Los compuestos de los almidones hidroxipropilados son usados para 15 .1 Polisacáridos Los polisacáridos son conocidos por su estructura compleja y diversidad funcional (Stawaski y Jantas. En general. 2003). El almidón es otra materia prima en abundancia. por ejemplo. En este sentido..su elevada resistencia a la tensión. bases nitrogenadas. 2005). Parra et al. como el caso de polivinilalcohol en proporciones variando entre 10% y 20% (Muratore et al. 2004.. 2006). glicerina. La plastificación del gránulo de almidón nativo o almidón hidrolizado se obtiene por la disrupción estructural que resulta de una disminución de los cristales durante el proceso de extrusión y la acción del plastificante. es otra aproximación en la fabricación de los empaques biodegradables. Las tecnologías que aún se siguen desarrollando. 2004. Smits et al.. mostrándose como un material parcialmente biodegradable. en éstos se analizaron las propiedades de barrera. El problema que han presentado las películas fabricadas con almidón es la sensibilidad a la humedad. 2003). extrusión de un sólo tornillo o doble tornillo y moldeo por inyección (Blacido et al. Dole et al. las cuales mostraron una alta permeabilidad al O2 y disminución al vapor de agua en TPS de amilosa comparados con los elaborados a partir de amilopectinas. Acosta et al.. los cuales son también biodegradables (Tharanathan. Igualmente. pasas... la cual se ha reducido utilizando en las formulaciones polivinilalcohol (PVA). 2005). Sin embargo.. 2004). 2005).. Los envases plásticos de almidón formados a partir de espumas por mezclas de almidón con ácido 16 . emergiendo un nuevo tipo de material conocido como almidón termoplástico (TPS) (Acosta et al.. La síntesis de la copolimerización e injertación de monómeros tales como acrilonitrilo (AN). sorbitol. están relacionadas con la incorporación del gránulo de almidón o almidón en forma gelatinizada a las formulaciones de las películas fabricadas en procesos de compresión. 2004. hoy ambos tipos de material no se pueden considerar como compuestos completamente biodegradables (Pedroso y Rosa. etc. se han realizado estudios en TPS hechos a partir de amilosa y amilopectina. (Shamekin et al. Las películas de almidón y polietileno de baja densidad (LDPE) contienen hasta un 30% de almidón. 2005).2005. Finkenstadt y Willett.. Las investigaciones en plásticos biodegradables basadas en almidón se iniciaron desde 1970 y continúan actualmente en varios laboratorios del mundo. Jansson y Thuvander. extrusión soplado.la preservación de caramelos. Villada. 2002. generan un precursor de fibras acrílicas utilizadas en la preparación de compuestos de almidón más polímero (almidón– injerto–PAN). en forma granular entre un 6 y el 30%. Blacido et al. nueces y dátiles para evitar la rancidez oxidativa (Tharanathan. La adición de polímeros naturales como el almidón al interior del polietileno (polímero sintético). Otra aplicación del almidón es la combinación en forma gelatinizada en proporciones entre el 30 y el 70% mezclado con polímeros sintéticos igualmente gelatinizados. Yu. Existen en el mercado diferentes productos hechos de polímeros sintéticos y almidón gelatinizado comercializados por Mater-Bi® (Hanna.. 2003. 2004).(Forssell et al. 2005. 2004. 2002. 2002). La pectina.4-D– ácido galacturónico residual... 2005. Xu et al.. las propiedades mecánicas. 17 .. 1998). la cual es térmicamente estable sobre 180 °C. 2005).. las peras.). 2003. Las películas también son preparadas desde el quitósan y sus derivados. las películas a partir de quitosan prolongan la vida de los alimentos en las estanterías o en los anaqueles como en el caso del banano. Los productos derivados del almidón tales como dextrinas o glucosa son extensamente usados como materias primas de medios fermentativos. Productos como NutriSuve®.. 2005). compresión y/o otras operaciones térmicas (Marshall y Coffin.. El láctido está seguido por el rompimiento de un anillo que se abre a la polimerización de varios polímeros de alto peso molecular a una posterior reacción de copolimerización con caprolactona dando como resultado una película que se usa para empaques de alimentos (Petnamsin et al. La glucosa puede ser fermentada y convertida a ácido láctico. Se han realizado estudios en películas de quitósan-almidón y quitósan-PLA las cuales han mostrado una alta permeabilidad a gases y un aumento en las propiedades mecánicas (Peesan et al. 2005). La mezcla de plastificante de pectina cítrica y almidón de alta amilosa dan estabilidad y flexibilidad a la película. el mango y la pera. 2000).poliláctico son usados como material de relleno que amortigua y protege contra golpes y vibraciones durante el transporte (Peesan etal. granadillas. Es antifúngico y antimicrobiano. ésta puede ser pectina de alto metoxilo (HMP) o pectina de bajo metoxilo (LMP). permite el proceso de polimerización siempre y cuando se utilice el adecuado catalizador. Su uso como plástico biodegradable es de considerable interés y demanda (Kulinski y Piorkowska. basados en derivados del quitósan son trabajados extensamente para alargar la vida en anaquel de frutas como la manzana. la HMP forma excelentes películas. es un complejo aniónico polisacárido compuesto de b-1. La conversión del ácido láctico a su dímero deshidratado (láctido). etc. es soluble en agua e igualmente es usada en la fabricación de bolsas y en diversos sistemas médicos. Las películas que resultan de las mezclas de pectina y quitósan junto con cualquier plastificante y PLA. 2004). La pectina es también miscible en polivinilalcohol o en glicerina en todas las proporciones. puede usarse en la elaboración de películas por proceso de extrusión. generan buenas propiedades mecánicas y de barrera según el porcentaje de los componentes y la relación con el material alimenticio en estudio (Fishman et al. 2005. Xu et al. de barrera y su biodegradación son características estudiadas (Tangpasuthadol et al. el cual puede ser polimerizado a un polímero de alto peso molecular como es el ácido poliláctico (PLA) e igualmente copolimerizado. pero se debe tener cuidado en su selección. lo cual puede incidir en la formulación y concentración de la mezcla usada en ciertas aplicaciones específicas.. por ejemplo.2 Hidrocoloides. 2004).. El uso de cera para cubrir las frutas por inmersión es uno de los métodos más antiguos. (Hagenmaier. por ejemplo. El método de bañar las frutas. manzanas. 2003). Las lacas también son usadas en la preparación de algunos compuestos. en cambio los lípidos. naranjas y se sigue utilizando en pimentones. dado que el tipo de ácido hidraciclico de composición puede ser cadena corta o larga. los hidrocoloides no son una buena barrera contra la humedad. etc. los vegetales y los productos cárnicos. Se practicó en China. son algunas de las ceras preparadas y usadas en tales aplicaciones. la cera de candelilla (un aceite exudado de la planta de candelilla. 2003). 2005). frutas y verduras (Gamagae et al.4. de tal manera que estas películas ricas en lípidos pueden retardar este efecto (Tharanathan. Las formulaciones preparadas por mezclas compuestas de hidrocoloides. es el más común y las diferentes formulaciones están directamente relacionadas con el tipo de alimento. las naranjas tienen una cáscara gruesa que está expuesta a condiciones anaeróbicas generando fácilmente el ciclo de senescencia y putrefacción. peras. Los baños atacan el crecimiento de microorganismos sobre la 18 . La cera. específicamente durante los cambios de estación. emulsificantes y lípidos se muestran como promisorias para prologar la vida del alimento durante el almacenamiento. practicado desde principios del siglo XII (Krochta et al. Algunas formulaciones de las películas se han adaptado a necesidades específicas de comercialización. El cubrimiento con ceras naturales fundidas en la superficie de frutas y vegetales ayudan a prevenir la disminución de la humedad. originaria de USA y México). los hidrocoloides y los lípidos. específicamente para sustancias con olores y sabores a condimento (Tharanathan. tienen una escasa integridad estructural y características funcionales. ellas también son usadas como agentes de microencapsulación. las ceras parafinadas. Individualmente. lípidos/grasas Dos tipos de biomoléculas son usados en la preparación de empaques biodegradables de película. La preservación de frutas frescas y secas se realiza con estas ceras y se practica desde tiempos inmemorables. Del insecto Candida oleophila se obtiene un ácido hidrocíclico que se utiliza solo o mezclado con soluciones salinas para el control de ácaros u otros microorganismos en hortalizas. 1994). con el propósito de retardar la transpiración en limones. sí. pero no al agua. produce una película flexible.. El colágeno es el mayor constituyente de la piel. mientras que la tierra y los desperdicios son eliminados con el propósito de mejorar el cubrimiento. El cubrimiento puede darse por la aplicación del método de la espuma. 4. 2003). cubrir con spray ha sido un método aplicado en varios alimentos. Estos proveen una buena barrera al O2 y CO2. dada su alta presión (60-80 psi) que genera menos pérdida de solución y mayor protección al penetrar los poros de la cáscara en los alimentos evitando la transpiración (Gulewicz et al. 2005).. Tangpasuthadol et al. 2003). 2003). sin embargo. Igualmente. que es el más utilizado con las emulsiones por su distribución uniforme sobre la superficie del alimento. puede formar películas en soluciones acuosasalcohólicas duras. 2002. 2002. La zeína es una fracción proteica del maíz. produce una película flexible y gruesa y las propiedades mecánicas mejoran cuando se utiliza cloruro de sodio (NaCl) en concentraciones bajas (Lee et al. y se encuentra extensamente distribuido en las proteínas fibrosas de los animales. Kumar et al. y con la adición de un polialcohol se mejora el esfuerzo de tensión.3 Colágeno/gelatina Las películas de colágeno también son usadas tradicionalmente en la preparación de envolturas comestibles (Tharanathan. Wang et al. 2004). 2004. La proteína del suero de leche.. tendones y tejidos conectivos. 19 ... pero frágil (Tharanathan. Hidrocoloides de origen animal y vegetal son usados en algunas formulaciones específicas en el cubrimiento de algunos alimentos. tales películas se convierten en suplementos nutricionales en el cubrimiento del alimento (Cho y Rhee. la apariencia y presentación del alimento (Pesis. 2005). vidriosas y con gran resistencia (Ryu et al. Las películas son comestibles y se pueden producir por el calentamiento de la proteína de girasol a 85 °C. La formación de la película con estas proteínas.superficie... Wittmaack et al. se hace a través de enlaces moleculares disulfóxidos y anillos de hidrógeno. 2002. La gelatina resulta de una hidrólisis parcial del colágeno. 2003). cuando se procesa apropiadamente. 1 Los Poliésteres Los poliésteres constituyen un grupo importante de polímeros y se caracterizan por la presencia de enlaces éster (-CO–O-) en la cadena principal. El PGA es el poliéster alifático lineal más simple. 20 . (Danbury. 5. se fabrican por varios métodos y estas estructuras membranosas delgadas son utilizadas para cubrir los alimentos o como medio de separación (Johnson et al. A continuación se describen los poliésteres que son de mayor importancia en la actualidad así como los que se están investigando.). etc. Para expandir sus aplicaciones es importante conocer la morfología de estas estructuras y determinar cómo se modifican las propiedades mecánicas y la cinética de biodegradación de estos bioplásticos. películas de un grosor aproximado de 2. 5. Inc. los poliésteres no presentan interacciones intermoleculares fuertes y. Puede prepararse a partir de ácido glicólico por medio de la policondensación o ciertas formas de polimerización. temperaturas. al contrario que las poliamidas. su uso fue inicialmente limitado. El poliglicolato se ha conocido desde 1954 como una fibra dura de formación de polimérica. los embutidos como salchichón. se recubren con materiales derivados de la proteína (gelatina) o con materiales derivados de mezclas de quitósan y gelatina. La estructura de los poliésteres biodegradables presenta regiones amorfas y esferulitas semicristalinas. Debido a su inestabilidad hidrolítica. Se utilizó para desarrollar la primera sutura sintética totalmente absorbible.. Usualmente. sus propiedades son mucho más sensibles a su estructura. POLIMEROS SINTETICOS BIODEGRADABLES 5. Su interés como biomateriales radica en que los grupos éster son degradables hidrolíticamente de manera que. termoplástico y el más simple de los poliéster alifáticos lineales.1 Poli (ácido glicólico) (PGA): El poliglicolato o ácido poliglicólico es un polímero biodegradable.CT).1. comercializada como Dexon en la década de los 70 por Davis y Geck. En la actualidad el poliglicolato y sus copolímeros con o sin ácido láctico son ampliamente utilizados como material para la síntesis de suturas absorbibles y se están evaluando en otras áreas del campo biomédico. cuya distribución y tamaño puede variarse durante el procesamiento del material (control de aditivos. por lo tanto.Actualmente. 2001).5 mm. aparatos y dispositivos médicos implantables se han producido con poliglicolato. Sin embargo en 1962 este polímero fue utilizado para desarrollar la primera sutura absorbible sintética bajo la marca registrada de Dexon. Figura 5. 5. Usos: A pesar de que se conocía al poliglicolato desde 1954. no se deshilacha y ofrece buena seguridad del nudo durante la sutura. Debido a que el poliglicolato tiene fibras fuertes y que se degradan en monómeros solubles en agua. un elevado punto de fusión (220—225°C) y una temperatura de transición vítrea comprendida entre 35 y 40°C.1 Síntesis del poli (ácido glicólico) (PGA).Propiedades Químicas: Mediante la dimerización del ácido glicólico se obtiene el monómero.1. A menudo. Propiedades Fisicas: El poliglicolato es un material resistente. las suturas hechas con este polímero han encontrado uso en ciertos procedimientos quirúrgicos. En general. es un almidón. el cual polimeriza por apertura de anillo produciendo un material de alto peso molecular y con un porcentaje de monómero residual comprendido entre el 1% y el 3 %. Debido a su elevada cristalinidad. Los cereales como el maíz y trigo contienen gran cantidad de almidón y son la fuente principal para la 21 . se le había dado poco uso debido a su fácil degradación en comparación con otros polímeros sintéticos. presenta buenas características de fuerza de tensión y absorción. a menudo en combinación con el ácido láctico. un gran hidrato de carbono que las plantas sintetizan durante la fotosíntesis. la excepción la constituyen los compuestos orgánicos altamente fluorados como el hexafluoroisopropanol.2 Poliláctico (PLA) El Ácido poliláctico (PLA) es un polímero natural. El polímero resultante se caracteriza por tener una cristalinidad elevada (45—55%). no es soluble en la mayoría de los disolventes. no es rígido. hecho que impide que la estructura sea cristalina. luego los microorganismos lo transforman en una molécula más pequeña de ácido láctico o 2 hidroxi-propiónico (monómero). debido principalmente a su estereoregularidad. La L-lactida es la que contiene el estereoisómero natural. el D y el L. la cual es la materia prima que se polimeriza formando cadenas. que existe en forma de dos isómeros ópticos. Consecuentemente. Propiedades Físicas y Químicas (DLPLA): El poli (D. Propiedades Físicas y Químicas (L-PLA): El homopolímero derivado del monómero natural. extruirse y termoformarse. ya que está formado por los dos isómeros del ácido láctico con una distribución aleatoria. También se preparan copolímeros de L-PLA Y D. El PLA es uno de los plásticos biodegradables más estudiados en nuestro tiempo y se encuentra disponible en el mercado desde 1990. El monómero cíclico tiene dos carbonos asimétricos por lo que es factible preparar polímeros con diferentes tacticidades. con una estructura molecular similar a los productos de origen petroquímico. Este biopolímero empieza con el almidón que se extrae del maíz. L-láctico (L-PLA). y una elevada velocidad de degradación que hace que sea un material muy atractivo para los sistemas de liberación de fármacos. EL poliácido láctico (PLA o ácido poliláctico) es un polímero constituido por moléculas de ácido láctico. con propiedades semejantes a la del Politereftalato de Etileno (PET. mientras la DL-lactida está formada por los dos estereoisómeros. tiene alta resistencia a la tensión y baja elongación.L-láctico) (DLPLA) es un polímero amorfo. se caracteriza por tener un punto de ebullición elevado (175-178ºC) y una temperatura de transición vítrea comprendida entre 60 y 65ºC. Se degrada facilmente en agua y óxido de carbono. este polímero tiene una resistencia a la tensión más baja. Propiedades Químicas: La lactida es el dímero cíclico del ácido láctico.producción de PLA.L-PLA para disminuir la cristalinidad del polímero quiral y controlar el proceso de degradación. y consecuentemente tiene un módulo de Young elevado. pero además biodegradable. que se unen entre sí para formar el plástico llamado PLA. Térmicamente. es un polímero semicristalino (grado de cristalinidad del 37%). alta elongación. Los bioplásticos producidos a partir de este polímero tienen la característica de una resina que puede inyectarse.Tereftalato de polietileno) que se utiliza para hacer envases.Es utilizado en 22 . al sustrato se le adiciona una fuente de vitaminas y de cofactores. El almidón obtenido se convierte en azúcar por hidrólisis enzimática o ácida. La fermentación dura entre 2 a 4 días y se termina cuando todo el azúcar es consumido. Al final de la fermentación el medio es ajustado a pH 10 y calentado para solubilizar el lactato de calcio y coagular proteínas presentes. Obtención de ácido poliláctico La obtención ocurre generalmente en dos etapas consecutivas: la primera la síntesis del ácido láctico y la segunda la polimerización. lo que reduce costos de enfriamiento y esterilización. Industrialmente se utilizan como sustratos. Posteriormente el medio se filtra para remover sustancias insolubles. el ácido libre se obtiene por adición de ácido sulfúrico seguido de filtración para remover el sulfato de calcio formado. cantidades menores de fosfato de amonio y extracto de levadura. Los procesos de purificación más 23 . se utiliza una mezcla de 10 a 15 % de glucosa. así como riesgos de contaminación microbiológica en el fermentador. 10% CaCO3. lactosa proveniente de lactosuero. El medio se inocula y se agita sin aireación para optimizar la neutralización del ácido formado. El primer paso en el proceso es la extracción del almidón de la biomasa. En el método de obtención comercial. La fermentación puede realizarse tanto en procesos batch como continuos. Bacterias fermentan entonces el licor azucarado. Para la extracción del almidón de productos no refinados se realiza un molido húmedo. sacarosa proveniente de azúcar de caña y remolacha azucarera. y otras numerosas aplicaciones. con el fin de facilitar la purificación. Después de concentrar por evaporación. y dextrosa procedente de almidón hidrolizado. La sacarosa refinada y glucosa son los más utilizados. ya que tiene la ventaja de consumir eficientemente glucosa y ser termófilo con temperatura óptima de crecimiento en el rango de 45 a 62ºC. La conversión alcanza en general valores por encima del 95% en sustrato de carbohidratos. El ácido láctico debe separarse del cultivo fermentable y purificarse antes de la polimerización en la mayoría de los casos. bandejas de envasado para alimentos. Lactobacillus delbrueckii es el microorganismo utilizado en la producción industrial.la fabricación de botellas transparentes para bebidas frías. La obtención del ácido láctico ha sido ampliamente estudiada y desarrollada. así como biomasa. el polímero de alto peso molecular se produce por polimerización catalítica por 24 . El primer camino. resultando en una mezcla de estéreo isómeros de láctido. cuyo producto se denomina poliláctido. puesto que su composición determina las propiedades del producto final. reduciendo la presión y utilizando un catalizador organometálico. En el paso final.comunes involucran neutralización con bases seguido por filtración. La mezcla de láctidos es purificada por destilación al vacío. concentración y acidificación. empleado por Cargill. Figura 5. Vías para la polimerización del ácido poliláctico Se han desarrollado dos vías fundamentales para convertir el ácido láctico en polímeros de alto peso molecular: a) el proceso indirecto vía láctido. es un proceso continuo utilizando polimerización por apertura de anillo (ROP por sus siglas en inglés) del láctido. El prepolímero se depolimeriza incrementando la temperatura de policondensación.2 Esquema del proceso de producción de ácido láctico. La condensación del ácido láctico acuoso produce un prepolímero (oligomero) de bajo peso molecular. rígido como el poliestireno o flexible como un elastómero. el ácido láctico es policondensado directamente en polímeros de alto peso molecular. El PLA puede ser tan duro como el acrílico o tan blando como el polietileno. b) el proceso directo de polimerización por policondensación. Al PLA se le atribuyen también propiedades de interés como la suavidad.apertura del anillo del diláctido. agua y ácido poliláctico en un solvente orgánico. En la segunda vía. microencapsulacion para alimento y para el empaque de algunos productos de panadería. a excepción de una baja elongación. La cristalinidad puede ajustarse desde un valor de 0% a 40% en forma de homopolímeros lineales o ramificados. Sin embargo. Sin embargo esta propiedad puede ser afinada durante la polimerización (por copolimerización) o por modificaciones post polimerización (por ejemplo plastificantes). resistencia al rayado y al desgaste. Ambos productos son agrupados bajo la denominación PLA. utilizada por Mitsui Chem. Propiedades Físicas generales del PLA: El PLA tiene propiedades mecánicas en el mismo rango de los polímeros petroquímicos. Ventajas: Las propiedades físicas y mecánicas. de su peso molecular y de su cristalinidad. Por lo tanto los bioempaques son más convenientes para alimentos con alta respiración y de vida de almacenamiento corto como vegetales. produciendo ácido poliláctico. y como copolimeros al azar o de bloque. Los monómeros remanentes se remueven por vacío y se reciclan. farmacéuticas y de reabsorción dependen de la composición del polímero. 25 . Las resinas de PLA pueden ser sometidas a esterilización con rayos gama y es estable cuando se expone a los rayos ultravioleta. Aplicaciones: La aplicación más prometedora del PLA es en envases y empaques para alimentos y producción de películas para la protección de cultivos en estadios primarios. manipulando el equilibrio entre: ácido láctico. Puede además ser formulado para dar una variedad de resistencias. el alto crecimiento fúngico en los materiales obtenidos de bases biodegradables es un factor negativo para el uso en alimentos. 1. El PCL puede obtenerse mediante la polimerización de anillo abierto de εcaprolactona. materiales que ofrecen una menor rigidez comparado con el homopolímero PGA puro. Por ejemplo. etc. 5. Esta característica hace que el PLA sea ampliamente utilizado para la producción de hilo para sutura.En los tejidos vivos. implantes. Propiedades Químicas: Se trata de un polímero semicristalino con un punto de ebullición comprendido entre 59 y 64ºC y una temperatura de transición vítrea de – 60ºC. prótesis. concretamente del orden de dos años. Lláctico para así aumentar la velocidad de bioabsorción. usando un catalizador como el octanato de estaño. 26 .1. el PLA se despolimeriza totalmente por hidrólisis química. se han preparado copolímeros de PCL con D. El copolímero más importante presenta un 90% de glicólico y un 10% de L-láctico y ha sido comercializado por Ethicon como sutura absorbible bajo el nombre comercial de VICRYL. se comporta como un material biocompatible y se utiliza como sutura biodegradable. Es importante recalcar que hay una relación entre la composición del copolímero y las propiedades mecánicas y de degradación de los materiales. La polimerización por apertura de anillo de la ε-Caprolactona da lugar a la poli (εcaprolactona) o PCL.3 Síntesis del poli(láctico – co – glicólico).L-láctico han sido desarrollados para aplicaciones en sistemas liberadores de fármacos. Debido a que la PCL tiene un tiempo de degradación muy elevado.L-láctico se degrada más rápidamente que cualquiera de sus homopolímeros puros. Empaque medicamentos. Usa el octanato de estaño como catalizador. El PGA tiene las mismas propiedades fisicoquímicas del L-PLA Figura 5. También se utilizan copolímeros en bloque de PCL-co-PGA (Monocryl). 5. un copolímero con 50% de glicólico y 50% de D. Además.y una temperatura de transición vítrea de aproximadamente −60 °C. cápsulas para la liberación lenta de fármacos.3 Poli (láctico-co-glicólico) Copolímeros de glicólico con L-láctico y D.4 Poli (ε-caprolactona ) La Policaprolactona (PCL) es un polímero biodegradable con bajo punto de fusión -alrededor de 60 °C . El polímero debe procesarse a la temperatura más baja posible para evitar una despolimerización que disminuiría su peso molecular. fabricación de partes. El PVC también está hecho con distintos materiales como fibra de vidrio cristal metal plástico este puede tener una forma esférica 5.5 Síntesis del polidioxanona.5 Poli (dioxanona) De la polimerización por apertura de anillo de la p-dioxanona se obtiene la sutura sintética conocida como PDS (poli ( dioxanona)).1. El polímero es usado frecuentemente como aditivo de resinas para mejorar sus propiedades. La poli (dioxanona) ha demostrado no tener efectos tóxicos una vez se implanta. 27 . comercializada por Ethicon. si la superficie se enfría su viscosidad disminuye conservando su maleabilidad. Esto lo hace ideal para pequeños modelos a escala.4 Síntesis de la policaprolactona (PLA). teniendo la ventaja frente a Dexon u otros productos a la hora de actuar en heridas que tienen un proceso de curación lento. El calor especifico y la conductividad de La PLC son lo bastante bajas para que no sea difícil de manejar a esta temperatura. por ejemplo resistencia al impacto. Su compatibilidad con muchos otros materiales permite utilizarlo en mezclas con almidón para disminuir costes y mejorar la biodegradación. o como aditivo del PVC. Propiedades Físicas: Posee alta dureza como el nylon y se derrite en una consistencia similar a solo 60ºC. Figura 5. reparación de objetos de plástico y creación rápida de prototipos donde la resistencia al calor no sea necesaria.Figura 5. Este material presenta aproximadamente un 55% de cristalinidad y tiene una temperatura de transición vítrea que oscila entre –10ºC y 0ºC. La PLC fundido se adhiere rápidamente a muchos otros plásticos. El monofilamento pierde el 50% de su tensión inicial después de tres semanas y es absorbido en un periodo de seis meses. Mansfield. En segundo lugar. un elemento necesario para el crecimiento de microorganismos. principalmente para aplicaciones biomédicas. en líneas generales las poliamidas no se consideran biodegradables. Inc. como altas temperaturas de fusión y excelentes propiedades mecánicas. Norwalk. y ha sido preparado tanto para suturas como para grapas y tornillos (Acufex Microsurgical. CT) para formar una sutura que es absorbida entre 3 y 4 meses y con una rigidez baja comparada con las fibras puras de PGA. Este polímero se prepara como un bloque A-BA. Únicamente un caso particular de poliamidas. En primer lugar.2 Las poliamidas Las poliamidas. tienen el inconveniente de tener una alta cristalinidad que dificulta su procesabilidad. 5.6 Síntesis del poli(gliconato).1.1 Poli (α-aminoácidos) sintéticos Como se ha comentado anteriormente. El enlace CO-NH recibe el nombre de enlace amida o peptídico.6 Poli(gliconato) El poli(gliconato) es un copolímero de glicólico con trimetilcarbonato (TMC). contienen nitrógeno.5. con un bloque central (B) de glicólico-TMC y bloques terminales (A) de glicólico puro. El glicólico también ha sido polimerizado con TMC y p-dioxanona (Biosyn. De todas formas.. por su carácter fuertemente polar y la presencia de puentes de hidrógeno. 5. Sin embargo. con una proporción 2:1 de glicólico y TMC.. las poliamidas presentan una velocidad de degradación excesivamente lenta para poder considerarse biodegradables. Las poliamidas presentan. confieren al polímero unas excelentes propiedades mecánicas.2. son polímeros cuyas unidades repetitivas contienen grupos amida (-CONH-). by United States Surgical Corp. en principio. también denominadas nylons o nilones. los poli(α-aminoácidos). 28 . Figura 5. Este material tiene una mejor flexibilidad que el PGA puro y es absorbido aproximadamente en 7 meses. la presencia de grupos amida. son biodegradables y ampliamente estudiados. MA). unas características muy atrayentes para su uso como materiales biodegradables. 5.4 Otros polímeros en desarrollo En la actualidad. 5. De esta manera se alternan grupos amida con otros más susceptibles a la degradación para modificar sus propiedades.11.12. Entre ellos podemos destacar los poliésteres basados en microorganismos.6 9.6 12).Además. Son poliesteramidas constituidas por α-aminoácidos y αhidroxiácidos.6 6. Poliesteramidas derivadas de carbohidratos. El grupo que ha sido investigado de manera más extensa es el de las poliesteramidas. no son apropiados para su uso en seres vivos. por tanto. Los primeros estudios con poliésteramidas biodegradables datan de 1979 y se realizaron con polímeros obtenidos mediante el intercambio amida-éster que se produce al someter una poliamida y un poliéster a elevada temperatura (270 ºC). Desde entonces se han investigado diferentes familias que se pueden englobar de la siguiente forma: Polidepsipéptidos.3 Las poliésteramidas Tal y como indica su nombre. La síntesis y caracterización de copolímeros estadísticos constituidos por los monómeros del nylon 6 o del nylon 6 6 y la policaprolactona ha sido ampliamente estudiada por los grupos de Gonsalves y Arvanitoyannis. los polímeros constituidos por más de tres aminoácidos en la cadena producen anticuerpos y. 29 . Poliesteramidas basadas en monómeros de nilones y poliésteres comerciales. un gran número de polímeros está siendo investigado para su uso como materiales biodegradables. las poliésteramidas son polímeros que contienen enlaces tipo éster (-COO-) y enlaces tipo amida (-CONH-) en la cadena principal. Los primeros estudios se realizaron con policaprolactona y diferentes nilones comerciales (6. los poli (α-aminoácidos ) y las poliesteramidas. Una de las soluciones planteadas para superar este inconveniente es la de copolimerizar los poli (α-aminoácidos) con moléculas que contengan un enlace débil en la cadena principal. ) han sido probadas para la producción comercial de los PHA. que fue descrito en el instituto Pasteur. El observó la producción de PHB por el Bacillus megaterium. como se ilustra en la Figura 6. bajo condiciones de estrés nutricional. Figura 6. compostaje). Varias especies bacterianas (Azospirillum brasilense. agua de mar o río. Si durante su crecimiento la bacteria detecta falta o reducción de algún nutriente (N. Existe asimismo gran variedad de manipulaciones genéticas que pueden efectuarse sobre las colonias para promover la producción de los PHA. conocidos como PHA.1 Los polihidroxialcanoatos (PHAs) Son poliésteres isotácticos de origen bacteriano obtenidos mediante fermentación aeróbica en un medio de cultivo rico en hidratos de carbono. sacarosa o bien de desechos de la industria alimenticia como mosto de uva u olivo. etc.). S) entonces genera una reserva de energía mediante la acumulación en el citoplasma de PHAs en forma de gránulos. Bacillus subtilis. en 1958 Mac 30 . PS. Los carbohidratos provienen de fuentes naturales renovables como glucosa. POLÍMEROS BIODEGRADABLES BASADOS EN MICRORGANISMOS Muchas compañías están buscando alternativas para disminuir los costes de fabricación de polímeros biodegradables.1 Los PHAs son atractivos sustitutos de los plásticos petroquímicos convencionales.1 Micrografía de Alcaligenes Eutrophus con gránulos de PHA Los polihidroxialcanoatos. en 1925. por el microbiólogo Lemoigne. Una de estas opciones es la bioingeniería o síntesis de polímeros con el uso de microorganismos. Alcaligenes eutrophus. O. PE. aunque existen bacterias Gram positivas que son productoras en menor escala.Azotobacter chroococcum. melaza de caña de azúcar. etc. 6. etc. Posteriormente.Son completamente biodegradables en diferentes ambientes (tierra. Mg. son producidos generalmente por bacterias Gram negativas.6. P. Se los puede procesar con el mismo equipamiento que se emplea para termoplásticos de uso convencional (PP. K. El primer PHA descubierto fue el PHB. Rae e Wildinson observaron que el Bacillus megaterium acumulaba el polímero cuando la relación glucosa/nitrógeno en el medio de cultivo no se encontraba en equilibrio y observaron su degradación cuando existía falta o deficiencia de fuentes de carbono o energía. biodegradables. Para expandir el intervalo de temperaturas de trabajo. En la actualidad se conocen aproximadamente 150 tipos diferentes de polihidroxialcanoatos. por fermentación bacteriana se puede producir poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato)(PHBV) con 0 a 30% molar de HV. lo cual es importante ya que se evita recurrir a precursores tóxicos y costosos.1. se encontraron inclusiones de PHA en una extensa variedad de especies bacterianas. Las lamelas nuclean y constituyen estructuras esféricas denominadas esferulitas. Figura 6. si R=C2H5 se trata del polihidroxivalerato (PHV). A partir de este hecho. es el ambiental. no tóxicos. tenacidad al impacto. Uno de los PHAs más estudiados es el PHB: de regular cristalinidad. 6. La cadena principal de los PHAs presenta centros quirales con un radical R. como se muestra en la Fig Y Si R=CH3 se forma el polihidroxibutirato (PHB). biocompatible y con un comportamiento termomecánico similar al del polipropileno. Esta copolimerización ocurre bajo condiciones especiales de crecimiento.1 ¿Cómo cristaliza el PHBV? Las cadenas poliméricas del PHB se distribuyen en forma desordenada en algunas regiones del material (fase amorfa) pero mayoritariamente se pliegan dando lugar a una estructura ordenada denominada lamela (fase cristalina). flexibilidad y propiedades de barrera. en cambio. En general los PHA son insolubles en agua. 31 . mejorar procesamiento. a partir de sustratos simples. por lo cual uno de los principales beneficios que se obtienen de la aplicación de los PHA. Se han determinado más de 120 variedades de copolímeros de diferentes PHAs.2 Estructura química de un copolímero de PHB y un PHA sin especificar. más flexible y más fácil de procesar. En consecuencia. que hasta el momento ha sido usado para producir fibras de plástico.El crecimiento de esferulitas depende del lapso de tiempo y de la temperatura a la cual se produce la cristalización. el objetivo de este trabajo es determinar cómo varía tamaño de las esferulitas de PHBV. St. El homopolímero puro PHB es cristalino y muy frágil. es relevante conocer cómo se produce la cinética de cristalización a fin de poder emplearla como variable de diseño de procesos para la manufactura de diferentes aplicaciones de este material. mecánicas y de biodegradación. son por el momento los únicos hidroxialcanoatos de origen bacteriano comercialmente viables y conocidos bajo la marca ―Biopol‖. y normalmente requieren la presencia de enzimas para su degradación aunque pueden degradarse en gran variedad de medios. aislado a través de métodos enzimáticos. P&G Chemical. Los copolímeros de 3-hidroxibutirato-co-hidroxivalerato (PHB/V) y el homopolímero-3-hidroxibutirato (PHB). Kaneka y P&G Chemical se han unido para producir un producto llamado Nodax (o también conocido como Nodak™) el cual es un PHA especializado. Adicionalmente diversos investigadores pertenecientes a la multinacional Monsanto desarrollaron plantas transgénicas que produjeron satisfactoriamente copolimeros de PHBV en plastidios de A. Actualmente hay varias empresas a nivel mundial dedicadas a la producción de PHAs como Kaneka en Japon. 6. originalmente obtenidos por ICI/Zeneca ahora hacen parte del portafolio de productos de Monsanto. cambia la temperatura de fusión). mientras que el copolímero de PHB con PHV es menos cristalino. el producto es 32 . napus. Estos polímeros están siendo estudiados para diversas aplicaciones biomédicas..1. con el tiempo y la temperatura de cristalización.2 Uso comercial Actualmente el polihidroxibutirato (PHB) y el polihidroxivalerato (PHV) forman un copolímero llamado BIOPOL (Monsanto Co. Estos polímeros además de su biodegradabilidad poseen propiedades físicas y químicas similares a los termoplásticos convencionales y se pueden procesar usando las técnicas convencionales como extrusión. inyección por moldeo y soplado. BP y Metabolix en Estados Unidos.Louis) que ha sido estudiado para su aplicación en medicina. Entonces. TC. Los cambios en la estructura modifican las propiedades térmicas (por ejemplo. thaliana y B. y recipientes moldeados como plastos y vasos. El ICI en su planta en Zeneca tiene una capacidad de producción de 660000 Lb/año de PHBV. En la Tabla 8 se ven los costos de producción del PHA. haciéndolo comparable con el PHBV 6. el tipo microorganismo utilizado (pues en gran medida de él depende el rendimiento de conversión sustratoproducto). spray de polvo seco. en realidad serían iguales. temperatura). La Chemie-Linz de Austria es otra planta que produce PHB por Alcaligenes latus. Actualmente el costo por materia prima oscila entre el 20% y 50% de los costos totales de producción dependiendo principalmente del tipo de sustrato y el rendimiento del proceso. Tabla1. En donde se logra una fuerte disminución del impacto 33 .potencialmente accesible es suspensión concentrada de gránulos (latex. si se comparan los impactos ambientales de los polímeros sintéticos con los PHAs. esta usa en sus procesos de extracción solventes para separar el polímero. Costos de producción de los PHAs e impactos ambientales Los impactos ambientales generados por la producción de PHAs se focalizan en los requerimientos de energía y en la producción de gases de efecto invernadero como el CO2. el tipo de fermentación que se lleve a cabo (las condiciones inherentes a ella como aireación. o reformulado en pellets.3 Costos de producción de los PHAs e impactos ambientales Los costos de producción de los polihidroxialcanoatos cuando son producidos por vía fermentativa dependen de varios factores. entre ellos: la materia prima que son los sustratos (fuentes de carbono principalmente). Los requerimientos energéticos en la producción de PHAs pueden ser hasta tres veces mayor que los requerimientos de polímeros sintéticos. teniendo en cuenta su actual forma de producción. en este caso el producido por la empresa P&G en el 2005 y lo proyectado para el 2030. además proponen el uso de agentes nucleótidos biológicamente seguros y plastificantes biocompatibles en mezcla con el PHB para realzar el rango de propiedades.). la recuperación y purificación del producto final. y en este sentido los PHAs no ofrecen una reducción en la emisión de impactos. En pocas palabras.1. tales como PE. níquel. Otro aspecto importante es que la primera degradación de los materiales OBD (oxidación por promotores metálicos) actúa independientemente del medio donde se encuentre el material plástico. Después ocurre la biodegradación Caracterizada por la medida del CO2 emitido 34 . que la materia prima sea el subproducto de otro proceso. facilitando el proceso de oxidación del polímero y rompiendo las cadenas en pequeñas moléculas. POLÍMEROS OXO-BIODEGRADABLES Los materiales plásticos Oxo Biodegradable (OBD) se caracterizan por contener aditivos. 7. el microorganismo. las cuales se degradarían luego por acción biológica. Una forma de disminuir el impacto ambiental de la producción de PHAs es integrando el proceso a una biorefinería. Por lo tanto. EPS. magnesio. en los materiales OBD se combinan dos formas de degradación: 1. porque se tiene en cuenta la cantidad de energía recursos necesarios para generar el sustrato. la viabilidad ambiental y económica del proceso se potencializa. aumenta el impacto negativo. Los costos de producción están íntimamente relacionados con: el sustrato.ambiental es en la disposición final de los productos. cobalto) que provocan la fragmentación del polímero. Algo importante de los materiales OBD es que esa característica se puede aplicar a todos los polímeros. el tipo de fermentación y la separación y purificación. que en los materiales plásticos es muy lenta. de unos cientos de años a unos pocos meses. comparándolo con los plásticos sintéticos. colocándoles los aditivos que utilizan algún pro degradante a base de sales metálicas. Cuando se producen PHAs a partir de sustratos como glucosa. que presentan sales metálicas (hierro. De igual forma si durante el proceso se hacen estrategias de integración energética. Pero lo más importante es que la incorporación de estos aditivos no altera la procesabilidad ni desmejoran las propiedades físicas del polímero. es decir. Estos aditivos pueden incorporarse en un rango de 1 a 4% en formulaciones de plásticos convencionales. PP. Primero aparece la oxidación / fragmentación: Bajo la acción combinada de Luz Calor Estrés mecánico y oxígeno 2. Los metales iónicos catalizan el proceso de degradación natural. Sin embargo después de la fragmentación. y a partir de ese momento es que pueden pasar. señalan que metales pesados como el cobalto Co (II). a ser biodegradables y convertirse en H2O + CO2+ biomasa compostable. que los productos de PE denominados ‗oxo-biodegradables‘ no se pueden fragmentar en pequeñas partículas después de exponerlos a luz ultravioleta (LUV) o calentamiento en seco. debido al proceso tan lento.Figura 7. artículos como las bolsas de plástico. el potencial de persistencia en el ambiente y la bioacumulación de metales liberados y fragmentos de PE en diversos organismos es muy alta. Pero los plásticos oxo-biodegradables han encontrado fuerte oposición en la asociación European Bioplastics (EB). ya que no se pueden considerar como degradables las partículas de polímeros (aunque sean muy pequeñas) y algunos compuestos metálicos presentes en estos productos (catalizadores). causantes de efectos adversos en humanos y en el ambiente. razón por la cual los clasificaron y etiquetaron bajo la Directiva de EU 67/548/EEC en Sustancias Peligrosas. como ocurren en los océanos y vertederos. en la que se establecen cuatro principios básicos que deben cumplir los materiales compostables: Composición (porcentaje de metales pesados y sólidos volátiles) Biodegradación (medición del CO2 emitido en un tiempo determinado) Desintegración (capacidad de desaparición del compuesto) Calidad del compuesto final (pruebas agronómica y de ecotoxicidad) El 6 de junio de 2005 EB publicó un artículo donde fijó posición en relación a las bolsas de plástico oxo-biodegradables en general. se han encontrado en concentraciones mayores de 4. el PE aún es muy resistente a la biodegradación.1 Imagen de la degradación de una bolsa con tecnología D2W El proceso de degradación puede activarse en un período de tiempo predeterminado. En ese momento afirmaron que estos plásticos no cumplen con la Directiva europea 94/62/CE de Envases y sus Residuos.000 mg/kg en aditivos ‗oxo-biodegradables‘. Otros informes señalan. no confirmados. y por tanto. evaluaciones realizadas por las empresas fabricantes de los aditivos. Pero por otra parte. con referencia a su biodegradabilidad (biodegradables en condiciones de compostaje). con altas concentraciones de metales 35 . por ejemplo. que sostienen que no cumplen con la NE 13432. Algunos estudios. tanto en plantas como en animales. Su incorporación no causa problemas en el procesamiento ni cambios importantes en propiedades físicas. mecánicas ni ópticas.provenientes de bolsas tipo OBD. los informes sobre aceptación de los aditivos OBD por parte de los transformadores de materiales plásticos son positivos. Figura 7. revelan que la presencia de estos metales no sobrepasa los límites permisibles para la salud de los seres vivos. Los aditivos OBD disfrutan de una buena aceptación por la mayoría de las empresas transformadoras de materiales plásticos para empaques flexibles y no implican costos adicional es significativos para los usuarios finales.2 Factores meteorológicos para la biodegradación de un polímero con tecnología D2 W Sin embargo. 36 . El uso de esta planta se caracteriza por el consumo de su raíz. producidos a partir de almidón. semillas. En algunos casos los productos de su degradación (metano. usada principalmente para el consumo tanto humano como animal. en la que se acumulan gran cantidad de componentes. El almidón es un polímero natural cuyos gránulos consisten en estructuras macromoleculares ordenadas en capas y cuyas características en cuanto a 37 . y es el que se usa generalmente en la industria. Es esencial. lo que cierra el ciclo de la producción limpia. El almidón puede encontrarse además en otras raíces. que es la forma natural como la planta almacena energía por asimilación del carbono atmosférico mediante la clorofila presente en las hojas. el almidón nativo o dulce no es sometido a un proceso de fermentación. frutos. sin embargo. 8. que la producción de biopolímeros no involucre el uso de organismos genéticamente modificados o patentes sobre estos seres vivos. en especial para utensilios que tienen una vida útil reducida o no son prácticos de reciclar. POLÍMERO BIODEGRADABLE A PARTIR DE ALMIDÓN DE YUCA. entre ellos el almidón. VARIEDAD Los plásticos biodegradables son una prometedora alternativa. y en un pequeño porcentaje para la obtención de almidón y otros usos industriales. como las envolturas de alimentos.1 La yuca y su almidón La yuca (Manihot esculenta Grantz) es una planta originaria de América del Sur. tubérculos e incluso en bacterias que lo generan como mecanismo de defensa ante situaciones de estrés presentes en su medio.3 celulosa o bacterias. El almidón de yuca puede clasificarse como agrio y nativo (dulce).8. metanol) pueden ser reaprovechados y el material restante transformado en carbono orgánico para el suelo. No deben confundirse los plásticos biodegradables (que pueden ser producidos a partir del petróleo y ser degradados posteriormente por los microorganismos) con los biopolímeros. El almidón agrio sufre un proceso de fermentación que le otorga propiedades deseables para los alimentos. Figura 8. Una de las principales propiedades del almidón nativo es su semicristalinidad. La porción cristalina está compuesta por estructuras de doble hélice formadas por puentes de hidrógeno entre los grupos hidroxilo en las cadenas lineales de la molécula de amilopectina y por cadenas externas de amilopectina unidas con porciones de amilosa.composición. donde la amilopectina es el componente dominante de la cristalización en la mayoría de los almidones. cantidad y forma varían de acuerdo con el tipo de fuente de la que provenga. Los gránulos de almidón están compuestos por capas externas de amilopectina y capas internas de amilosa.1 Estructura de molécula de amilosa Figura 8.2 Estructura de molécula de amilopectina 8. En el caso del almidón de yuca.2 Propiedades del almidón Existen varias propiedades que posee el almidón y que determinan la forma en que debe tratarse.Las figuras 1 y 2 ilustran la estructura de la amilosa y la amilopectina. 38 . según el uso para el que se le requiera. Su composición química es la de un polisacárido formado únicamente por unidades glucosídicas. su tamaño puede variar de 5 μm a 35 μm. es decir. su forma es entre redonda y achatada y su contenido de amilosa es alrededor del 17% . es una macromolécula formada por gran cantidad de moléculas de glucosa que se repiten. cuya proporción es variable dependiendo de la fuente del almidón. Pero en condiciones de alta concentración de almidón. 8. con muy poca o ninguna ocurrencia de despolimerización.3 Transición vítrea: La transición vítrea de un material polimérico se refiere al cambio inducido por el calor sobre las características de un polímero.2. Cuando ocurre la gelatinización. el comportamiento es diferente. 8. La viscosidad aumenta con la temperatura hasta la fragmentación de los gránulos. los gránulos hinchados del almidón ocupan los espacios vacíos.2. como suele suceder cuando se pretende obtener un almidón termoplástico. la viscosidad crece de nuevo y se presenta el fenómeno denominado retrogradación. cuanto más calor se adiciona. 39 . lo que genera una alta viscosidad. se da una mayor resistencia debido al choque entre los gránulos hinchados. Paralelamente se genera un decrecimiento de la solubilidad en el agua fría y un incremento de la turbiedad.2. en el momento en que deja de introducirse calor y comienza la etapa de enfriamiento. y la amilosa comienza a difundirse formando un gel que finalmente soporta los gránulos compuestos ante todo por amilopectina. es decir. La movilidad térmica de las moléculas y la disolución debida al hinchamiento generan una disminución de la cristalinidad por el desenrollado de las dobles hélices. hasta que la estructura granular se fragmenta casi por completo. En estas condiciones. La retrogradación se define como un incremento espontáneo del estado del orden. el cual con el incremento de la temperatura pasa de sólido frágil y quebradizo a flexible. una reorganización de los puentes de hidrógeno y reorientación de las cadenas moleculares. el agua retenida desintegra la estructura ordenada de los gránulos. lo que consiste en un hinchamiento de las moléculas de almidón debido a que el agua penetra en su estructura molecular.1 Gelatinización: Se define como la pérdida de la semicristalinidad de los gránulos de almidón en presencia de calor y altas cantidades de agua. El almidón de yuca gelatiniza en agua a temperaturas entre los 60 °C y 67 °C. que se desintegran y se disuelven generando un decrecimiento en la viscosidad.8. Mientras más rigidez haya.2 Retrogradación: Posterior a la gelatinización. La gelatinización ocurre en un rango estrecho de temperaturas que varía dependiendo de la fuente del almidón. La viscosidad de esta mezcla depende de la concentración y de la absorción de agua por parte del almidón. es necesario aportar diferentes reactivos a la mezcla y garantizar ciertas condiciones que permitan su obtención. El proceso de desestructuración puede generarse por la aplicación de energía al almidón. Los factores químicos y físicos involucrados son temperatura. sorbitol. lubricación. de un lado. Este proceso de transformación de polímeros se practica en países como Estados Unidos. a partir de almidones como el de fécula de maíz. y la despolimerización parcial de las moléculas. luego de sedimentarse. que le da forma a la masa plástica y la saca por una abertura especialmente dispuesta.3 Extracción del almidón de la yuca. 8. las cuales sirven para la fabricación de los productos‖. Los polímeros biodegradables requieren componentes que aporten características de humectación. que tiene influencia sobre varias propiedades del polímero. entre otros) .4 Aditivos para la fabricación del almidón de yuca Para hacer posible la fabricación de un polímero a partir de almidón de yuca. del otro. entre otros. Finlandia y Alemania. entre otras. El almidón de la yuca se extrae mediante los procesos tradicionales: pelar el tubérculo. 8. glicerol. tasa de esfuerzo. como el que genera una máquina tradicional para trabajar plásticos como las extrusoras e inyectoras. Una vez fermentado. entrecruzamiento de cadenas. xilitol. 40 . se seca al sol y se mezcla con agua y otras sustancias (plastificantes) de origen natural(agua. molerlo y extraer el almidón que. Luego se lleva a una máquina extrusora.La temperatura a la cual ocurre este fenómeno se conoce como temperatura de transición vítrea. 8.2. acompañada por un rompimiento de los puentes de hidrógeno entre las moléculas de almidón. esfuerzo cortante. pasa a unos tanques fermentadores durante 20 días.4 Desestructuración: La desestructuración del almidón nativo consiste en la transformación de los gránulos de almidón cristalino en una matriz homogénea de polímero amorfo. tiempo de residencia. entre las cuales se encuentran la rigidez en las cadenas. De allí se obtienen cintas ‗extrudidas‘ que luego se transforman en pequeñas ‗lentejas‘. extensión y resistencia. Japón. contenido de agua y cantidad de energía aplicada. presencia de cristales. incremento de las secciones amorfas. plasticidad. que facilitan el deslizamiento de las moléculas del almidón. una vez ésta se encuentre lista. La metodología Taguchi permite trabajar con un diseño que entrega resultados representativos y permite hacer pocas corridas experimentales en comparación con otras técnicas de diseño de experimentos. El alcohol polivinílico (PVA) es recomendado también como plastificante. lo que puede degradar la estructura del almidón. Al igual que el agua. el agua se recomienda como el mejor plastificante. teniendo en cuenta que se asegura que la cantidad de plastificantes dentro de la mezcla no debe exceder el 20 % del peso total. se recomiendan los aceites naturales como el de linaza o el de soya.En general. Se recomiendan agentes espesantes como los polisacáridos carboximetilcelulosa e hidroxietilcelulosa. 41 . Síntesis y caracterización de un polímero biodegradable a partir del almidón de yuca Con esta metodología se realiza un diseño de experimentos que permite orientar el proceso experimental por medio de matrices (arreglos ortogonales diseñados) en las que se involucran las variables del sistema. Estas grasas vegetales pueden estar en una proporción entre 0. aunque no debe encontrarse en proporciones muy altas con relación al almidón. arroja resultados aleatorios y representativos obteniéndose la mejor muestra de acuerdo con la variable respuesta.5 % a 15 %. el módulo de Young y la resistencia al esfuerzo cortante. Ácidos inorgánicos como el bórico o el metabórico otorgan también estas propiedades descritas. los cuales otorgan manejabilidad a la mezcla y evitan que se adhiera a los moldes de los equipos donde se trabaje. En cuanto a los lubricantes. la glicerina es un plastificante y además brinda humectación al polímero. Ciertas sales inorgánicas como el cloruro de sodio (NaCl) mejoran propiedades al polímero como la transparencia. aunque otras fuentes recomiendan el uso de estos aceites en una proporción entre 0.5 % y 2 %. debido a que para extraerla de la mezcla. es necesario elevar la temperatura a la de ebullición del agua. Después de conocer las anteriores especificaciones se procede a desarrollar un modelo de diseño de experimentos siguiendo la metodología del japonés Genichi Taguchi . Algunos compuestos cumplen la función de extensores dentro de la mezcla. Desmoldantes como el estearato de magnesio se recomiendan a la hora de procesar el material en los equipos para que no se adhiera a las paredes. 42 . generalmente.1 Propiedades de la amilosa y la amilopectina ANEXOS Anexo 1. de peso molecular elevado. Síntesis y caracterización de un polímero biodegradable a partir del almidón de yuca. Tanto la amilosa como amilopectina están constituidas por unidades de D-(+)-glucosa. Tabla 8. variedad MBRA 383. Formulación para la obtención de un polímero biodegradable a partir de almidón de yuca.8. Ambas fracciones corresponden a dos carbohidratos diferentes. pero difieren en tamaño y forma (Ver Tabla 1). alrededor del 20% de una sustancia soluble en agua llamada amilosa y el 80% de una insoluble conocida como amilopectina.5 Composición y estructura del almidón El almidón contiene. Anexo 2. CONCLUSIONES Los empaques biodegradables se obtienen de recursos naturales renovables. Los polímeros sintéticos biodegradables son los materiales que han presentado mayor desarrollo siendo utilizados en el área médica. 43 . En el caso de polímeros biodegradables como el PHA. de barrera y transmisión de luz y además. La combinación por co-polimerización de polímeros pertenecientes a un mismo grupo complementa entre sí el mejoramiento de propiedades que son débiles si se toma el polímero en forma individual. Pueden ser mezclados con plastificantes para mejorar las propiedades mecánicas. pero no para usos de estructuras habitables o envases puesto que la durabilidad de estos últimos debe ser muy alta. la biodegradabilidad de estos materiales no es completa y aun genera gran impacto ambiental. la biodegradabilidad es contrarrestada por la fabricación del mismo puesto que genera alto impacto ambiental por emisiones de gases. tienen ventaja comparativa con respecto a los polímeros sintéticos usados en el empacado de alimentos dada su biodegradabilidad. Los productos de plásticos degradables son principalmente para usos médicos. sin embargo. Se ha logrado la creación de polímeros sintéticos biodegradables con buenas propiedades para el uso al que son asignados. farmacéuticos y empaques. principalmente en suturas puesto que tienen solubilidad con los líquidos del organismo humano y por eso logra ser compatible con el cuerpo degradándose. greenpeace.pdf http://www.pdf http://www.net/guestd5c119/polimeros-biodegradables-conaplicaciones-en-suturas-quirurgicas http://redalyc.universia.co/articulos12/EIA%2012%20(pag.%2067-78).edu/pfc/bitstream/2099.co/2315/1/javiermauricionaranjovasco.wordpress.edu.2010.co/revistas/rta/documentos/12-2/122-1.edu.pdf http://www.bdigital.indusebas.materiales-sam.mx/redalyc/pdf/1053/105316854007.ar/sitio/biblioteca/laserena/173.unicordoba.uaemex.mx/redalyc/pdf/2231/223114970003.com/oxo-degradable.unal.pdf http://redalyc.pdf http://upcommons.eia.mx/pdf/496/49611945016.uba.files.1/3093/4/34111-4.org.net.org/uploads/ponencias/1_HELLO_CASTELLON.pdf http://redalyc.org/argentina/es/campanas/contaminacion/basuracero/Preguntas-frecuentes-sobre-Residuos-Solidos-Urbanos-RSU/posturabolsas-biodegradables/ http://www.uaemex.org/component/content/article/49desarrollo-sustentable/53-bioplasticos.soluciones-sustentables.pdf http://www.pdf http://www.qb.pdf http://polilacticos.slideshare.uaemex.edu.ar/v3n3/pettinari.upc.BIBLIOGRAFÍA http://www.pdf http://www.co/investigacion/destacado/patente-para-plastico-dealmidon-de-yuca.fcen.pdf http://revista.quimicaviva.com/2010/04/polimeros-polilacticosfinal2.pdf http://www.html 44 .avipla.pdf http://especiales. ................................. 8 POLIMEROS BIODEGRADABLES ........ 12 3................................................ 15 4..................................................................................3 3..... 18 Colágeno/gelatina............. 12 Biodegradación .................................................................................... 19 5............................................................................................................. 3 PLASTICOS BIODEGRADABLES ..1 5............................ 2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .1 3.....................................................................................1 4........................ 5 2..... 10 Degradación térmica .. 1 OBJETIVOS ....................................... 15 Hidrocoloides..............................................4 Poli (ácido glicólico) (PGA): .................................................1 Los Poliésteres .....................................1......................................................................... 11 Degradación hidrolítica ........1...................................................... POLÍMEROS BIODEGRADABLES DE USO COMERCIAL ...................2 3........................3 4............................. 13 3.............................................................................. 2 OBJETIVO GENERAL ........................... ANTECEDENTES HISTORICOS ........3 Polisacáridos ............... POLIMEROS SINTETICOS BIODEGRADABLES ................................................3 5.......................... Normas internacionales sobre biodegrabilidad ...................................................................................................................................................................................... 12 Según su biodegrabilidad: ....... 26 45 .......................... 7 2..... lípidos/grasas .........1...................................................................................................... 20 5...1............................................................................................... 14 BIOPOLIMEROS ..... 6 2................1. 12 Según su origen:........................................................................................................................................2 Elementos que debe contemplar la biodegradación para ser efectiva según Greenpeace.............................................................................................. 2.................................................2.......................................2 5.....................................................................................................................................1 Mecanismos de degradación de un polímero ........................................... 26 Poli (ε-caprolactona ) ........ 2 1...........2 Clasificación de los polímeros biodegradables ...............................................1.......................4 3.....1 Biodegradación ...............1............................. 9 3...................... 20 Poliláctico (PLA)................................................................................................... 21 Poli (láctico-co-glicólico) ...............................................2 3.......................................2 4..........................................................................................................................CONTENIDO INTRODUCCIÓN ....................................3 3.......................................1 3........................................... 20 5..........................................2...1... 10 Fotodegradación .......................................................................................... ................. 37 Propiedades del almidón ...............................................................................2..............................................2 La yuca y su almidón .......2 8..............................2........................................................................................2 6.........................................................3 5................................................................2......................1 Los polihidroxialcanoatos (PHAs) ............................... 39 Desestructuración:.............................................. 30 ¿Cómo cristaliza el PHBV? .......2................... 38 Gelatinización: .. 32 Costos de producción de los PHAs e impactos ambientales .........................................1 8.........................................................................................3 7............... 37 8...............................2............. 27 Poli(gliconato)................................ 34 POLÍMERO BIODEGRADABLE A PARTIR DE ALMIDÓN DE YUCA.....................................................1 6................... 29 POLÍMEROS BIODEGRADABLES BASADOS EN MICRORGANISMOS .......................... POLÍMEROS OXO-BIODEGRADABLES ........................................ VARIEDAD ............................. 42 CONCLUSIONES ........................... Las poliésteramidas ....................... 39 Transición vítrea: .. 30 6... 28 Poli (α-aminoácidos) sintéticos ...........................................5 Extracción del almidón de la yuca....6 5.......................... 40 Aditivos para la fabricación del almidón de yuca.........................................................1......................................................................................1.............................2 Poli (dioxanona) ........................................................................................... 28 5............................................................ 43 BIBLIOGRAFÍA ......... 31 Uso comercial...3 8...................................... 29 Otros polímeros en desarrollo ..............................................................4 6...........................................................................................................................................................5 5.................................. 40 8.................................................... 8...........................................3 8.......... 44 46 ......................................................... 40 Composición y estructura del almidón ... 42 ANEXOS .... 39 Retrogradación: ......... ................................................1 8.... 28 Las poliamidas ..........................5..................................................................................................................................................4 8..1 5............................................ 33 6...........1...............1......................................................1.....4 8.................... POLÍMEROS BIODEGRADABLES NATHALY ESCALANTE CHONA CLARA PAOLA BAUTISTA PEÑUELA UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER PLAN DE ESTUDIOS DE INGENIERIA INDUSTRIAL FACULTAD DE INGENIERIA SAN JOSÉ CUCUTA 2012 47 . POLÍMEROS BIODEGRADABLES NATHALY ESCALANTE CHONA CLARA PAOLA BAUTISTA PEÑUELA CÓD: 1190543 CÓD: 1190546 POLÍMEROS I Presentado a: ING. GAUDY PRADA Ingeniero Mecánico UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER PLAN DE ESTUDIOS DE INGENIERIA INDUSTRIAL FACULTAD DE INGENIERIA SAN JOSÉ CUCUTA 2012 48 .