Plasticos biodegradables actualizado

Diagnostico

En la actualidad, vivimos en un mundo, donde la contaminación ambiental debido al uso y desecho de plasticos convencionales - sintéticos (producto de recursos fósiles no renovables como ser el petróleo) es abundante, de manera tal, que una de las alternativas para reducir la contaminación es la fabricación de plasticos biodegradables utilizando materia prima renovable y compostable. Se debe tener en cuenta, que en la actualidad el aumento en el precio de las resinas derivadas del petróleo es continuo; además de haber cada vez mas conciencia de parte los consumidores de cuidar el medio ambiente. Entre las diferentes alternativas, la opción que presenta mayores beneficios en el impacto ambiental es mediante la utilizacion del Acido Polilactico (PLA). La materia principal para la producción del PLA es el ácido láctico de elevada concentración, que puede ser producido a partir de la fermentación de la caña de azúcar o el almidón de maíz.

Se pueden mencionar ciertas ventajas de la utilización del PLA: Es un material sostenible y sustentable por estar producido empleando materias primas renovables; su huella de carbono es muy baja y el objetivo es que sea cero; estimula la economía regional; permite disminuir el impacto medioambiental global, generando en la empresa un aumento de la proyección ética y social; su final del ciclo incluye la opcion del compostaje industrial, produciendo biogás y/o compost; su ciclo de vida puede finalizar con incineración, donde se puede utilizar los gases generados como producción de energía; propiedades mecanicas similares al PET Y PS; es imprimible; resiste a los productos acuosos y grasas; mantiene la torsión; alta transparencia; se puede utilizar la misma maquinaria que se utiliza con plasticos convencionales; su uso es muy eficiente en aplicaciones que involucren el frio; su degradación varia entre 1 a 6 meses, dependiendo su contenido de nutrientes.

Sin embargo, una de las limitaciones mas evidentes, son los elevados precios en los costos de producción, motivo por el cual, todavía se encuentra en estudio la mejora de procesos y productividad para reducir el mismo.  Otra de las desventajas de los plasticos biodegradables (PLA) es que al descomponerse sus moléculas generan dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4), gases que contribuyen al efecto invernadero. También es cierto que la emisión de estos gases no preocupa ya que su balance es nulo: en su degradación el PLA emite la misma cantidad de dióxido de carbono que el que consume la planta de la que se obtiene. En el caso de la producción a gran escala de bioplásticos podría tener un impacto negativo en la disponibilidad de alimentos y causar aumentos de precios en los alimentos, como el pan y la pasta. Además, se debería concientizar a la gente a la separación de los distintos residuos, ya que estos no pueden ser mezclados con los plasticos sintéticos convencionales para evitar la contaminacion, lo que podría causar dificultades. Otros inconvenientes que se puede mencionar son los siguientes:

• Son quebradizos (en el caso de utilizar PLA amorfo).
• Elevada permeabilidad al vapor de agua y gases (CO2).
• Al tener una temperatura de transición vitre entre 60 y 65° C, su uso no puede ser a altas temperaturas.
• Menos peso que el PET (un envase de ensalada en PET puede pesar 45 gramos, en cambio con PLA 32gr)

Dichos plásticos no pueden ser usados en aplicaciones que requieran resistencia al ataque por parte de los microorganismos, como en el caso de la construcción, elementos de exposición a la intemperie, envases de productos de larga vida útil, entre otros.

Fundamentación

Disminuir la contaminación ambiental es una de las razones que nos ha llevado a tratar de encontrar nuevas formas de fabricación de productos que sean favorables al medio ambiente y no perjudicial para este. Es por esto que debemos reemplazar el plástico convencional (derivado del petróleo) el cual tiene una descomposición lenta (entre 100 y 1000 años) por un plástico que tenga una biodegradación más rápida y haga un menor daño al medio ambiente.

La utilización del plástico en diferentes procesos industriales, el uso de diversos envases plásticos en diferentes industrias (principalmente la industria de alimentos y bebidas), así como la presencia de plástico en diferentes bienes finales de uso industrial y domiciliario, presenta el serio problema de la disposición final de los residuos que los mismos generan. En el sector industrial estos residuos pueden resultar del propio proceso de transformación de los poliméricos en productos plásticos, de productos defectuosos, o de envases de productos utilizados en el proceso industrial. En el consumo final, los residuos provienen tanto del sector comercio y servicio como de los hogares y están constituidos en general por envases desechables (bolsas, recipientes, hojas, frascos, botellas, etc). Finalmente el sector agropecuario también genera un volumen importante de residuos plásticos, tanto de envases que se utilizan en el proceso de recolección y empaque como de aquellos que contienen insumos para el sector.

La tierra produce plantas como el maíz, papa o yuca, entre otras, que contienen almidón. Este almidón puede servir como base para producir un polímero biodegradable con el cual se pueden fabricar bolsas para recolectar desperdicios orgánicos o empaques para productos varios, este polímero al ser compostado, puede descomponerse produciendo abono orgánico que sirve como fertilizante de los suelos que nuevamente producirán las plantas que contienen almidón. El uso de los polímeros biodegradables tales como el almidón puede ser una solución interesante debido a su relativa abundancia y fácil biodegradabilidad. En la actualidad, el almidón comercial más abundante y barato es el almidón de maíz, por lo cual, constituye una opción verdaderamente rentable. El almidón supone el 72-73% del peso de un grano de maíz, siendo su componente mayoritario. 

El almidón es un polímero natural, un gran hidrato de carbono que la planta sintetiza durante la fotosíntesis y le sirve como reserva de energía. El almidón puede ser procesado y convertido en plástico, pero como es soluble en agua, se ablanda y deforma cuando entra en contacto con la humedad, limitando su uso. Este problema puede ser solucionado modificando el almidón. Primero, el almidón se extrae del maíz, luego los microorganismos los transforman en una molécula más pequeña (un monómero), el ácido láctico. Después, este ácido láctico es tratado químicamente de manera de formar

cadenas o polímeros, con una estructura molecular parecida a la de los de origen petroquímico, que se unen entre sí para formar el plástico llamado PLA (Ácido Poliláctico).

El almidón debe mezclarse con otro tipo de sustancias para poder obtener materiales con las características deseables de un empaque. Éstas confieren diversas propiedades al material dependiendo del tipo de sustancia agregada y de la función que se espera que cumpla. De esta manera, se distinguen sustancias poliméricas sintéticas y naturales, plastificantes, materiales de relleno, aditivos, agentes acoplantes, agentes desestructurantes y agua.

Las propiedades mecánicas de mezclas de PLA/almidón son pobres debido a su poca adhesión interfacial. Cuando se agrega anhídrido maléico como acoplante, éste mezcla mejora sus propiedades mecánicas. Los agentes acoplantes de uso más común son principalmente grupos epóxicos y grupos de ácidos anhídridos.

Este polímero presenta muchas propiedades iguales o incluso mejores que algunos plásticos tradicionales, por lo que representa una alternativa como material de empaque bastante innovadora y prometedora. Debido a su biodegradabilidad, propiedades de barrera y biocompatibilidad, éste biopolímero ha encontrado numerosas aplicaciones ya que presenta un amplio rango inusual de propiedades, desde el estado amorfo hasta el estado cristalino; propiedades que pueden lograrse manipulando las mezclas entre los isómeros D (-) y L (+), los pesos moleculares, y la copolimerización. El PLA es un biopolímero termoplástico utilizado para la producción de hilo para sutura, implantes, cápsulas para la liberación lenta de fármacos, prótesis, producción de envases y empaques para alimentos y producción de películas para la protección de cultivos en estadios primarios.

Descripción del proyecto

Los biopolímeros, se pueden clasificar en dos tipos: los provenientes directamente de organismos vivos y los que requieren ser sintetizados pero su procedencia es de un recurso renovable, estudiaremos la segunda opción. Para esto, se hará mención del proceso para llevar a cabo la misma:

El proceso comienza con la obtención del almidon de maíz en estado puro. Luego, se somete a un proceso de fermentación láctica, que es un proceso celular anaeróbico donde se utiliza glucosa para obtener energía y donde el producto de desecho es el ácido láctico. Este proceso lo realizan las bacterias ácido láctica, algunos hongos, algunos protozoos y en los tejidos animales. Hay dos clases de microorganismos que pueden utilizarse para la producción de ácido láctico las homofermentativas, que producen ácido láctico casi exclusivamente y las heterofermentativas, que producen subproductos en cantidades apreciables. Las empleadas en la industria son las homofermentativas. Algunas de estas pertenecen a los géneros Lactobacillus, Carnobacterium, Leuconostoc, Pediococcus, Streptococcus, Tetragenococcus, Lactococcus, Vagococcus, Enterococcus y Aerococcus. Lactobacillus delbrueckii es el microorganismo utilizado en la producción industrial, ya que tiene la ventaja de consumir eficientemente glucosa y ser un microorganismo termófilo con temperatura óptima de crecimiento en el rango de 45 a62ºC, lo que reduce costos de enfriamiento y esterilización. El ácido láctico utilizado en la polimerización para la producción de APL debe ser de alta pureza. Después, este ácido láctico es tratado químicamente de manera de formar cadenas o polímeros, con una estructura molecular parecida a la de los de origen petroquímico, que se unen entre sí para formar el plástico llamado PLA (Ácido Poliláctico).

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