Presentación Polimeros Biodegradables

8/6/2019 Presentación Polimeros Biodegradables

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Universidad de Concepci Universidad de Concepci ó ó n.n.

Facultad de Ciencia Qu Facultad de Ciencia Qu í í micas.micas.

Departamento de Pol Departamento de Pol í í meros meros

Grupo Nrupo Nº 6

Pllásticos Biodegradablesticos Biodegradables

Descripciescripción, clasificaci, clasificaci ón y usosy usos

Integrantesntegrantes : Jorge Romero ChavezJorge Romero Chavez

Omar Alvarado Carripanmar Alvarado CarripanIgngn ácio Lizana Bastiasio Lizana Bastias

Carreraarrera : Licenci atura en QuLicenciatura en Qu ímicaica Quuímicoico

Asignaturasignatura : QuQuímica Industrial de Polica Industrial de Pol ímeroseros



Cualquier materia se dice que es DEGRADABLE

Cuando su estructura puede sufrir cambios significativos

Que resultan en la perdida de alguna propiedad que

Pueden variar según el test que se aplique y la unidad

De tiempo que se aplique dicho test.

Definicion de la American Society for testing and Materials





Para cualquiera de los tipos de degradación

tienen que existir 3 componentes esenciales

Para que se lleve a cabo:

§ Tiene que haber un sustrato (materia química u orgánica)

§ Tiene que haber un agente que efectúe degradación

§ Tiene que haber un ambiente de características especificas:

humedad ,oxigeno ya sea aportado por el aire o por sales,

cantidad de agua, temperatura adecuada, pH y cantidadde nutrientes



Se formaran 3 fracciones de productos:

§ Sustancias volátiles a temperatura ambiente y de tamañomolecular análogo al del monómero original, se recogen en

forma de gases y vapores

§ Sustancias volátiles a la temperatura de degradación térmica,pero no volátiles a temperatura ambiente, aparecen polímeros

fraccionados.

§ Residuo no volátil sólido duro a temperatura ambiente, deconsistencia resinosa o en forma de polvo.



Termodegradaciermodegradación

§Por la acción de oxigeno, junto al calor, fricciones

y fuerzas de rozamiento.

§Se hace notorio cuando existe cambio de colorambio de color en el plástico

§Se puede evitar con estabilizadores térmicos como fenolesenoles

y derivados



Fotodegradacionotodegradacion

La acción continua y directa de la radiación solar, supera en

energía a la de muchos enlaces de los polímeros, conduce a

reacciones fotoquímicas de ruptura y degradaciuptura y degradación

Agentes estabilizantesstabilizantes oxido de cinc, magnesio, hierro y titanio



Degradaciegradación ququ ímicaica

Existen dos tipos :

Oxidacixidación o Oxoo Oxo degradaciegradación

Hidridrólisisisis

Inicialmente comienza con una termodegradacionermodegradacion o una fotodegradacionotodegradacion

para la oxidación que baja el peso molecular del polímero

seguido de una biodegradaciiodegradación..

DUDAUDA sobre su biodegradabilidad y posible toxicidad

Agente Químico



Biodegradacioniodegradacion

Es el resultado de los procesos de digestiigesti ón, asimilaciónY metabolización de un compuesto orgánico llevado a cabo

Por bacteriasacterias, hongos, protozoos y otros organismos.

Puede llevarse a cabo en presencia de oxigeno Aerer óbicaica, la cual

es mas completa y libera energibera energía CO2 y agua, o en su ausencia

Anaernaer óbicaica, donde ocurren oxidaciones incompletas y libera

menos energía.

Se requiere humedad, pH y temperatura

Las enzimas son las que degradan





Pllá stico Biodegradabletico Biodegradable

Es aquel plástico que permite mantener completamente su integridad

física durante su manufactura, posterior almacenamiento, envasado,

vida en estantería y uso del consumidor, en donde al final de su vida

útil es desechado y comienza a cambiar químicamente por influencias

de agentesgentes ambientalesmbientales, que lo transforman en sustancias simples ò

en componentes menores que eventualmente se asimilan por el medio

Ambiente.

En donde los agentes deben ser de tipo bioliológicoico (Hongos, algas,

Bacterias)





Norma 13432 : Biodegradable yorma 13432 : Biodegradable y

compostableompostable"Requisitos para embalajes recuperables a través de compostajey biodegradación Esquema de prueba y criterios de evaluación

para la aceptación final de los embalajes"

Biodegradabilidadiodegradabilidad, del material plástico biodegradable en

contacto con microrganismos que biodegraden el compuestopolimérico y lo transformen en abono para las plantas.

El nivel de aceptación es igual a 90% y se tiene que alcanzar

durante menos de 6 meses.



Compostabilidadompostabilidad, o sea la fragmentación y la perdida de visibilidaderdida de visibilidad

en el compost f inal (ausencia de cont aminación v isible) La masa de

los residuos del material de prueba con tamaño > 2 mm.

Tiene que ser inferior a 10%0% de la masa inicial

con ausencia de efectos negativos

sobre el proceso de compostaje, para

ello es necesario que existanbajos niveles de metales pesados.

Material 100% ecológico que sustituya al plástico

tradicional procedente de la industria petrolífera,es necesario que el plástico sea biodegradable y

compostable certificado





Envases Plnvases Pl ásticos degradablesticos degradables

§§ Fuentes Naturales:uentes Naturales: Son polímeros naturales, fácilmente

Disponibles, extraídos de animales marinos o vegetales Ej;

Polisacolisac áridosidos (Almidón y Celulosa) y Proteroteínasas ( Caseína y gluten).



§§ S í ntesis qutesis quí mica clica cl ásica a partirica a partir

de mone monómeros bioleros biol ógicos renovables:icos renovables:

El mejor ejemplo es el acido polilcido poliláctico (PLA),tico (PLA), un biopol iester

Obtenido a partir de monómeros de acido lcido lá cticotico.



§§ De microorganismos o bacterias modificadase microorganismos o bacterias modificadas

genenéticamente:icamente:

Los principales polímeros de este grupo son los Polihidroxialcanoatosolihidroxialcanoatos(PHAs).PHAs). Son bioplasticos producidos directamente por las bacteriasacterias

que desarrollan gránulos de un plástico llamado polihidroxialcanoato

(PHAPHA) dentro de la célula misma.

La bacteria se desarrolla y produce en un cultivo y el material plástico

luego se separa y purifica.



§§ Petretr óleo, pero biodegradables:eo, pero biodegradables:

Como la policaprolactona (PCL),olicaprolactona (PCL), que es un poliéster alifático, que es

verdaderamente biodegradables sin el requerimiento previo de la

Fotodegradacion. En ambiente de compost la PCL es asimilada

completamente por los microorganismos y la velocidad de

degradación depende de varios factores tales como el espesor dela muestra, Humedad, temperatura, oxigeno, etc.





Los polioliésteresteres juegan un papel predominante como

plásticos biodegradables debido a su potencialmente

hidrolizable grupo éster

La familia de los poliésteres esta formada por dos grupos

Principales:

§§ Polioliésteres alifteres alifático s (lineales)icos (lineales)

§§

Polioliésteres aromteres aromáticos (anillos)icos (anillos)









PLA Acido PolilLA Acido Polil ácticotico

El ácido poliláctico, PLA, es un polímero termoplástico, amorfoo semicristalino, debido a su biodegradabilidad, propiedades de

barrera y biocompatibilidad, éste biopolímero ha encontrado

numerosas aplicaciones.

Molécula precursora es el ácido láctico.

Estas propiedades pueden lograrsemanipulando las mezclas entre los

isómeros D( ) y L(+) del acido

láctico, los pesos moleculares y la

copolimerización.



El ácido láctico, ácido 2 hidroxipropanoico , es el ácido carboxílico

más simple con un átomo de carbono asimétrico. Puede producirse

por fermentación anaeróbica de substratos orgánicos, con

microorganismos como hongos y bacterias.

Es ópticamente activo, por lo que la producción específica de los

isótopos L (+) o D (–) puede determinarse utilizando un lactobacilo

apropiado.



Obtencibtención dede PLALA

La obtención ocurre generalmente en dos etapas consecutivas:

• La primera la síntesis deltesis del ácido lido lácticotico

• La segunda la polimerizacia polimerizaci ón

A su vez el PAL se

generar por dos métodos :

1. Por Poli merización con apertura del anillopertura del anillo del dimero lactida

2. Por Condensaciondensación del acido Láctico



El primer paso en el proceso es la extraccixtracci ón del almidón

de la biomasa. Industrialmente se utilizan como sustratos,

sacarosaacarosa proveniente de azúcar de caña y remolacha

azucarera, lactosaactosa proveniente de lactosuero, y dextrosaextrosa

procedente de almidón hidrolizado. La sacarosa refinada

y glucosa son los más utilizados.

Para la extracción del almidón de productos no refinados se realiza

un molido holido húmedoedo. El almidón obtenido se convierte en azúcar por

hidrólisis enzimática o ácida. Bacterias fermentan entonces el licor

azucarado. L a c t o b a c i l l u s d e l b ru e c k i ia c t o b a c i l l u s d e l b ru e c k i i es el microorganismo utilizado

en la producción industrial, ya que tiene la ventaja de consumir

eficientemente glucosa y ser termermófilosilos con temperatura óptima decrecimiento en el rango de 45 a 625 a 62º C, lo que reduce costos de

enfriamiento y esterilización, así como riesgos de contaminación

microbiológica en el fermentador.

Síntesis de acido ltesis de acido l ácticotico



En el método de obtención comercial, al sustrato se le adiciona

una fuente de vitaminas y de cofactores, se utiliza una mezcla de10 a 15 % de glucosa, 10% CaCO3, cantidades menores de fosfato

de amonio y extracto de levadura. El medio se inocula y se agita sin

aireación para optimizar la neutralización del ácido formado.

La fermentación dura entre 2 a 4 días y se termina cuando todo elazúcar es consumido, con el fin de facilitar la purificación. Al final de

la fermentación el medio es ajustado a pH 10 y calentado para

solubilizar el lactato de calcio y coagular pro teínas presentes.

Posteriormente el medio se filtra para remover sustancias insolubles,así como biomasa. Después de concentrar por evaporación, el ácido

libre se obtiene por adición de ácido sulfúrico seguido de filtración

para remover el sulfato de calcio formado.

Síntesis de acido ltesis de acido l ácticotico



Con el acido láctico listo, se procede a la formaciormación dede PLALA:

El primer camino, empleado por Cargillargill, es un proceso continuo

utilizando polimerización por apertura de anillo (ROP por sus

siglas en inglés) del láctido. La condensación del ácido lácticoacuoso produce un prepolrepolímero (oligomero)ero (oligomero) de bajo peso molecular.

El prepolímero se depolimeriza incrementando la temperatura de

policondensación, reduciendo la presión y utilizando un catalizadoratalizador

organometrganomet álicoico, el cual correspo nde al 2 etilhexanoato de estatilhexanoato de estaño(II), (Sn(Oct)2),II), (Sn(Oct)2), resultando en una mezcla de estéreo isómeros

de láctido.

Un Punto Clave de la sn Punto Clave de la síntesis estesis es separacieparaci ón de los estereoisde los estereois ómeros,eros,para polimerizar la lactida de composiciara polimerizar la lactida de composici ón estereoisestereoisómerica conocida,erica conocida,

Esto proviene de las cantidades desto proviene de las cantidades de acido D y Lcido D y L lácticotico

D y L láctida



Esto afecta las propiedades del PLALA a obtener ya que:

§ La polimerización del L,L,L lactidaactida pura conduce a un homopolomopolímeroero

esterorregulars t e ro rre g u l a r , e n c o n s e c u e n c i a s e o b t i e n e u n p ro d u c t on c o n s e c u e n c i a s e o b t i en e u n p r o d u c t o

s e m i c ri s t a li n o q u e p re s e n t a al t a t en a c i d a d .e m i c ri s t a l i n o q u e p re s e n t a al t a t en a c i d a d .

§ En cambio la síntesis del acido D,L,L Polilacticoolilactico presenta una

d i s t r i b u c ii s t r i b u c i ó n al azaral azar , siendo un material a m o rf o d e b a j a t en a c i d a dm o rf o d e b a j a te n ac i d a d

y c u y a v e l o c i d a d d e d e g ra d a c ic u y a v e l o c i d a d d e d e g ra d a c i

ó n e s m u c h o al p r e s en t a r u n a m a y o re s m u c h o al p r e s en t a r u n a m a y o r

Ca p a c i d a d d e a b s o rc ia p a c i d a d d e a b s o rc i ó n d e ag u a .de agua.



La mezcla de láctidos es purificada por destilaciestilaci ón al vacal vacío..

En el paso finalaso final, el polímero de alto peso molecular se produce

por polimerización catalítica por apertura del anillo del dilpertura del anillo del diláctidotido.

Los monómeros remanentes se remueven por vacío y se reciclan.

En la segunda vegunda v ía, utilizada por Mitsui Chem,itsui Chem, el ácidoláctico es policondensadoolicondensado directamente en polímeros

de alto peso molecular, manipulando el equilibrio entre:

ácido láctico, agua y ácido poliláctico en un solvente

orgánico.





Propiedades del PLAropiedades del PLA

Las propiedades físicas y mecánicas, farmacéuticas y dereabsorción dependen de la composición del polímero, de

su peso molecular y de su cristalinidad. La cristalinidad

puede ajustarse desde un valor de 0% a 40%% a 40% en forma de

homopolímeros lineales o ramificados, y como copolímeros

al azar o de bloque.

La temperatura de procesamiento (Tg.) está entre 60 y 125°C y

depende de la proporción de D o L ácido láctico en el polímero.

Sin embargo el PLA puede ser plastificado con su monómero o

alternativamente con ácido láctico oligomérico y esto permitedisminuir Tg.



El PLA tiene propiedades mecropi edades mecánicasicas en el mismo rango de los

polímeros petroquímicos, a excepción de una baja elongaciaja elongación.

Sin embargo esta propiedad puede ser afinadafinada durante la

polimerización (por copolimerizacior copolimerización) o por modificaciones

post polimerización (por ejemplo plastificantes).

El PLA puede ser tan duro como el acrílico o tan blando como elpolietileno, rígido como el poliestireno o flexible como un elastómero.

Puede además ser formulado para dar una variedad de resistencias.

Las resinas de PLA pueden ser sometidas a esterilización con rayos

gama y es estable cuando se expone a los rayos ultravioleta. Al PLA

se le atribuyen también propiedades de interés como la suavidad,

resistencia al rayado y al desgaste.





Aplicaciones del PLAplicaciones del PLA

La aplicación más prometedora del PLA es en envases ynvases y

empaques para alimentosmpaques para alimentos y producción de películas parala protección de cultivos en estadios primarios. Sin embargo,

el alto crecimiento fúngico en los materiales obtenidos de

bases biodegradables es un factor negativo para el uso en

alimentos. Por lo tanto los bioempaques son más convenientes

para alimentos con alta respiración y de vida de almacenamientocorto como vegetales, y para el empaque de algunos productos

de panadería.

En los tejidos vivos, el PLA se despolimeriza totalmente por hidrólisis

química. Esta característica hace que el PLA sea ampliamente utilizado

para la producción de hilo para sutura, implantes, cápsulas para la

liberación lenta de fármacos, prótesis, etc.

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