PLASTICO BIODEGRADABLE MATERIA: Química MAESTRO: Antonio Sánchez Sevilla ALUMNO: Rolando Flores Rodriguez CARRERA: PIAA GRADO Y GRUPO: 1° B Para tener una copia del original escribir al correo: r o l a n d o fl o r e s r o d r i g u e z 2 5 @ g m a i l . c o m P á g i n a 1 | 26
Introducción Hoy en día el plástico es un material presente en casi todo lo que nos rodea y es uno de los productos más desechados. No existe nada que no tenga, aunque sea una mínima porción de plástico desde los envoltorios de comida hasta medicinas todo en nuestro entorno tiene un poco de plástico y este mismo es uno de los contaminantes mayormente presente el planeta. Es un problema difícil de ignorar y debemos buscar medios alternos a los derivados del petróleo que tardan cientos de años en degradarse Y justo la razón de este trabajo de investigación. Este material inorgánico es problema creciente en urbes al tapar las coladera y crear inundaciones al matar animales que comen envoltorios con llamativos colores y al ser incinerados ya que el humo provocado es muy toxico para la naturaleza
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Índice ¿Qué es el plástico biodegradable?...................................................................................1 ¿Por qué usar el plástico biodegradable?.........................................................................1 ¿Quién invento el plástico biodegradable?.......................................................................2 ¿Cómo hacer plástico biodegradable?..............................................................................3 Propiedades químicas de los ingredientes........................................................................4
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¿Qué es el plástico biodegradable?
Los plásticos biodegradables o bioplásticos son plásticos que se fabrican usando materias
primas
orgánicas que
se
obtienen
de
fuentes
renovables o de residuos diarios como plátanos, yuca, celulosa, legumbres, polisacáridos, aceite de soja o fécula de patata. Estos materiales, al ser residuos orgánicos pueden ser degradados por los microorganismos, como bacterias y hongos. El beneficio que se obtiene de esta descomposición más biológica es que se generan productos como dióxido de carbono (a la vez beneficioso y perjudicial para el medio), agua y, además, otros biomateriales, sirviendo como abono orgánico para el suelo. Además, también se reducen los tiempos de degradación del plástico. Es importante también decir que, actualmente, todavía muchos plásticos vendidos como biodegradables no están necesariamente compuestos de materias orgánicas, sino del petróleo como los convencionales.[CITATION Jav19 \l 2058 ]
¿Por qué usar el plástico biodegradable? Más de 3.000 millones de personas viven en ciudades y generan 1.300 millones de toneladas de RSU al año, representando actualmente el 5 % del total de las emisiones globales de gases de efecto invernadero (GEI) (1.460 millones de toneladas de CO2 equivalente al año). Cada año consumimos 200 millones de toneladas en todo el planeta de plástico que proviene, principalmente, de fuente no renovable (petróleo), es
contaminante
y
no
biodegradable
(puede
tardar
años
en
descomponerse). En la composición típica del RSU, el plástico representa en torno al 10 %. Éste es el origen de la acumulación, en los últimos
años,
de
una
gigantesca
aglomeración
de basura
no
biodegradable (mayoritariamente plásticos) en nuestros océanos. Estos pág. 1
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residuos se concentran en cinco “islas” flotantes en el Pacífico norte y sur, Atlántico norte y sur y en el océano Índico. El nombre “Isla de plástico o Isla de basura” ha llevado a muchos a creer que esta zona es una isla grande y continua de residuos, semejante a una isla literal, fácilmente visible y que debería ser distinguible desde satélites o fotografías aéreas. Realmente no es el caso, existiendo una alta densidad de artículos concentrados en pequeñas manchas, aunque la mayor parte de los residuos son en realidad pequeños trozos de plástico que flotan, sin ser reconocidos de forma evidente a simple vista. Una alternativa al plástico tradicional es el bioplástico. El concepto de bioplástico hace referencia a una doble sostenibilidad. Por un lado, se consideran
bioplásticos
aquellos
generados
a
partir
de fuentes
sostenibles, como aceites vegetales, biomasa, etc., y, por otro, atienden..
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a la degradabilidad natural de los mismos, eliminando, así, el efecto pernicioso y perpetuo de éstos en vertederos. Hay bioplásticos que combinan ambas características, es decir, están fabricados a partir de fuentes sostenibles y su degradación natural es elevada. Bioplásticos como PHA (Polihidroxialcanoato) o el PLA (Ácido poli láctico) cumplen estas características y son el fruto de los desarrollos en biotecnología. Son, por tanto, 100 % degradables, igual de resistentes y versátiles, y ya se usan en sectores como agricultura, industria textil, medicina y, sobre todo, en el mercado de embalajes y envases. Algunas ventajas de los bioplásticos son: • • •
Reducen Suponen No
un
la ahorro
consumen
huella energético
materias
primas
de en
carbono. la
no
producción. renovables.
• Reducen los residuos no biodegradables, que contaminan el medioambiente. • No contienen aditivos perjudiciales para la salud como ftalatos o bisfenol
A.
• No modifican el sabor y el aroma de los alimentos contenidos. Asimismo, los residuos sólidos urbanos constituyen una fuente de carbono que los convierte en una materia prima sostenible para el desarrollo de procesos de producción biotecnológicos. Casi el 60 % de la materia contenida en los residuos es de origen orgánico y el desarrollo de los procesos enzimáticos permite descomponer gran parte de esta materia en sus componentes básicos como azúcares, ácidos grasos y proteínas que son la base de producción de múltiples bio-productos. [ CITATION Mat15 \l 2058 ]
¿Quién invento el plástico biodegradable? Los primeros plásticos derivaron de materiales orgánicos, aunque originalmente no fueron llamados bioplásticos. EL pionero fue John Wesley Hyatt Jr. quien 1869 creo un plástico derivado de celulosa de pág. 3
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algodón como sustituto del marfil. Años más tarde se creó el celuloide, un material que aún se utiliza para fabricar películas fotográficas y de filmación. Otro plástico derivado de celulosa, el celofán creado en 1912 hoy
en
día
también
es
utilizado.
En 1910, el científico ruso Serguéi Lébedev creó el primer polímero de caucho sintetizado a partir del butadieno y desde entonces los plásticos sintéticos han desplazado a los bioplásticos. Los plásticos derivados del petróleo eran más económicos y adecuados para una producción masiva, además tenían mejores propiedades mecánicas. Es así que en la primera mitad del siglo se crearon muchos de los plásticos que empleamos hoy en día. El primero de ellos fue el PVC (1936), luego el poliuretano (1937) y el poliéster insaturado o PET, el cual fue patentado en 1942 y que desde entonces se ha convertido la principal materia prima para elaborar botellas de plástico . [ CITATION zea12 \l 2058 ]
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¿Cómo hacer plástico biodegradable?
Una de las tantas recetas para fabricar bioplástico en casa tiene como materia prima principal a la maicena (fécula o almidón de maíz). Para hacer este tipo de plástico 30 gramos de maicena serán suficientes. Otros productos y herramientas necesarios son agua, vinagre, glicerina (se encuentra habitualmente en jabones y productos de baño o incluso la venden por separado), un recipiente y una cuchara, a poder ser antiadherentes para facilitar el proceso de despegar la mezcla resultante del proceso. Una vez reúnas los ingredientes que hemos comentado en el apartado anterior, los pasos para hacer plástico biodegradable con maicena que tendrás que seguir son los siguientes: 1. Agrega una cucharada sopera de maicena en el recipiente y mezcla de forma uniforme con cuatro cucharadas de agua hasta que el almidón quede completamente disuelto. 2. Añade a la mezcla una cuchara de glicerina y otra de vinagre y mezcla nuevamente. Una vez tengas la mezcla, caliéntala a fuego lento sin dejar de removerla, mediante una cuchara antiadherente que no conduzca el calor o bien una cuchara de madera. Realiza este proceso hasta obtener una masa gruesa sin grumos y retira del fuego. Durante este proceso, se debe prestar atención a que el líquido no llegue a evaporase. 3. Una vez tengas lista la pasta, elige el sitio para dejarla secar, pero es importante hacerlo en una superficie antiadherente para asegurar que el bioplástico se pueda despegar fácilmente una vez se seque. En el caso de no ser posible encontrar una superficie antiadherente, se puede extender un film transparente sobre la superficie elegida, de manera que una vez seca la pasta de plástico biodegradable solo tengas que retirar el film. pág. 5
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4. Cuando la pasta se haya enfriado, le podrás dar a la masa la forma final que quieras que tenga el bioplástico. No esperes hasta que esté totalmente fría la mezcla, porque así te será muy difícil modificar su forma. 5. Cuando ya le hayas dado la forma que quieras, la podrás dejar en un lugar seco y alejado de peligros que la puedan estropear. Allí la dejarás durante dos o tres días, que es el tiempo necesario para que se seque del todo.[ CITATION Jav19 \l 2058 ]
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Propiedades químicas de los ingredientes Almidón de maíz
Un almidón es un polisacárido que se encuentra en las plantas en forma de reserva alimenticia, éste se encuentra constituido por amilosa y amilopectina. Los seres humanos al consumir dichas plantas adquieren las propiedades de éstos, por lo tanto, los almidones como la hidrólisis del almidón constituyen la mayor parte de los carbohidratos digestibles de la dieta habitual, proporcionando así entre el 70 y 80% de las calorías consumidas y necesarias por los seres humanos. Los almidones no sólo se originan en las plantas, también pueden ser elaborados de manera artificial y hay algunos alimentos que tienen éstos como base. Uno de los almidones más conocidos es la fécula de maíz, esta proviene de los cereales, granos y harinas. La fécula de maíz es conocida como harina fina de maíz, almidón de maíz o maicena. La fécula de maíz es un alimento rico en carbohidratos, se presenta en forma de pequeños gránulos, los cuales son relativamente densos e insolubles y sólo se hidratan de manera adecuada en agua muy fría. La maicena puede ser dispersada en agua, dando lugar así a la formación de suspensiones de baja viscosidad que pueden ser fácilmente mezcladas y bombeadas, actuando como agentes espesante en salsas y en la elaboración de gomas comestibles.[ CITATION Qui11 \l 2058 ]
Agua pág. 7
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La fórmula química del agua es H₂O, un átomo de oxígeno ligado a dos de hidrógeno. La molécula del agua tiene carga eléctrica positiva en un lado y negativa del otro. Debido a que las cargas eléctricas opuestas se atraen, las moléculas del agua tienden a unirse unas con otras. El agua es conocida como el “solvente universal”, ya que disuelve más sustancias
que
cualquier
otro
líquido
y
contiene
valiosos minerales y nutrientes. El potencial de hidrógeno (pH) es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución. El agua pura tiene un pH neutro de 7, lo que significa que no es ácida ni básica.
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(que posee un único átomo de carbono) y el ácido propanoico (que posee ya una cadena de átomos de carbono). Se trata de un ácido débil, común como metabolito biológico y como sustrato de las enzimas acetiltranferasas. Se le suele obtener mediante tres métodos distintos: la carbonilación del metanol (CH3OH + CO → CH3COOH),
oxidación
de
acetaldehído
(2CH3CHO
+
O2 →
2CH3COOH), fermentación oxidativa (C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O) o fermentación anaeróbica (C6H12O6 → 3CH3COOH).[ CITATION Mar19 \l 2058 ] Otras de sus propiedades químicas son: 1. Reacciona con los óxidos ácidos (compuesto químico binario que resulta de la combinación de un elemento no metal con el oxígeno). 2. Reacciona con los óxidos básicos (combinación de un elemento metálico con el oxígeno). 3. Reacciona con los metales. 4. Reacciona con los no metales. 5. Se une en las sales formando hidratos.[ CITATION Com17 \l 2058 ]
Vinagre o ácido acético El ácido
acético,
también
llamado ácido metilcarboxílico o ácido
etanoico, es una sustancia orgánica presente en la composición del vinagre, siendo responsable de su típico olor y sabor agrio. Hablamos de un ácido débil, resultado frecuente de diversos procesos de fermentación, como los que tienen lugar en el vino (cuando se avinagra) o en ciertas frutas. Se lo emplea ordinariamente en la cocina, como limpiador de vegetales o aderezo de ensaladas (como vinagre, es
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decir, diluido con agua en un 3 a 5% de soluto). Sin embargo, en proporciones puras entraña distintos riesgos para la vida en general. De hecho, el origen del vinagre está íntimamente vinculado al desarrollo vinícola en los tiempos antiguos, ya que las botas o barricas de vino que se agriaba eran retiradas para su utilización distinta, diciendo que “el vino
se
había
picado”.
Esto
se
debe
a
la
actividad
de
las bacterias Mycoderma aceti y requiere la presencia del oxígeno. El ácido acético pertenece a los ácidos carboxílicos (caracterizados por la presencia de un grupo químico funcional carboxilo: -COOH), y se lo suele ubicar en las clasificaciones entre el ácido fórmico o metanoico
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Proporciona elasticidad y suavidad a las telas.
Glicerina Líquido siruposo, incoloro e inodoro, con un sabor dulce a alcohol e insoluble en éter, benceno y cloroformo. De fórmula C3H8O3 (1,2,3propanotriol), y densidad relativa de 1,26. Tiene un punto de ebullición de 290 °C y un punto de fusión de 18 °C. La glicerina líquida es resistente a la congelación, pero puede cristalizar a baja temperatura. Es soluble en agua en cualquier proporción, y se disuelve en alcohol, pero es insoluble en éter y muchos otros disolventes orgánicos. La utilidad de la glicerina La elaboración de cosméticos como, por ejemplo, jabones de tocador. La glicerina aumenta su detergencia, da blancura a la piel y la suaviza. Se puede encontrar entre un 8-15% de glicerina en la composición de estos jabones.
En el área de la medicina se utiliza en la elaboración de medicamentos
en forma de jarabes Además, se utiliza formando parte de los supositorios de glicerina, que tienen acción laxante. El mecanismo de acción de estos supositorios se basa en dos propiedades de la glicerina: es higroscópico y ligeramente
irritante de mucosas. Puede ser uno de los excipientes de los líquidos empleados en los
cigarrillos electrónicos Como baño calefactor para temperaturas superiores a los 250 °C; Lubricación de maquinarias específicas. Para la fabricación de explosivos, como la nitroglicerina Anticongelante Se utiliza para preparar extractos de té, café, jengibre y otros vegetales; fabricación de refrescos; aditivo tensioactivo para mejorar la calidad del producto.
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
Componente clave de los barnices que se utilizan para acabados es posible regular la humedad con el fin de eliminar el sabor desagradable e irritante del humo de tabaco.
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Caracterización del Bioplástico % de Solubilidad en agua Los bioplásticos elaborados con el almidón nativo y los almidones oxidados se dividen en fragmentos de 6x3 cm, se secan en estufa con circulación de aire a 40°C hasta obtener masa constante (W1), se sumerge cada muestra en un vaso de precipitado con agua y se tapan manteniendo temperatura ambiente de 20°C durante 24 horas, finalmente se secan las películas a 40°C hasta obtener nuevamente masa constante (W2. El porcentaje de solubilidad se calcula con la siguiente ecuación: Transparencia El análisis de transparencia, se realizó según el método descrito T. Woggum y sus colaboradores con algunas modificaciones). La transmitancia de las biopelículas se midió en un espectrómetro HACH DR 5000 a una longitud de onda de 600 nm. Apariencia microscópica Para estudiar la apariencia del bioplástico a base de almidón nativo y oxidado, se cortaron muestras de 2x3 cm y se visualizaron con un microscopio óptico de alta resolución marca Olympus GX41, con una máxima resolución de 1000 X. Fueron tomadas fotomicrografías de las muestras con aumentos de observación de 100 y 500 X. Espectroscopia infrarroja (FT–IR) Para el análisis FT-IR de las biopelículas a base almidón y detectar los grupos funcionales propios de los almidones nativos y oxidados, se automatizaron los espectros de transmitancia entre 4,000 y 400cm-1. La transparencia del bioplástico a base de almidón depende del origen botánico de cada almidón, en el análisis de transparencia cabe decir que todas las biopelículas tienen un alto grado de transparencia (Zamudio, 2008) (Salman, et al., 2009), sin embargo, el % transmitancia de las elaboradas con almidón oxidado presentan los niveles más altos de transparencia con respecto a Bioplástico de almidón nativo como se representa en la tabla 5. Los investigadores K. S. Sandhu y pág. 13
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colaboradores (Sandhu, et al., 2008) afirman lo mismo. La concentración de glicerol es un factor importante en la transparencia de las biopelículas, se ha notificado que esta propiedad es proporcional a concentración de glicerol, es decir, a mayor cantidad de glicerol mayor transmitancia. (
pág. 14
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Metodología Materiales utilizados es este experimento fueron
Agua Fécula de maíz Una cuchara Glicerina Vinagra
Para la elaboración de estas pruebas se consideraron las siguientes cantidades. prueba 1 Una cucharada de fécula de maíz Una cucharada de vinagre una cucharada de glicerina cuatro cucharadas de agua
prueba 2 Dos cucharadas de fécula de maíz Dos cucharadas de vinagre Una cucharada de glicerina Cuatro cucharadas de agua
prueba 3 Dos cucharadas de fécula de maíz Dos cucharadas de vinagre Media cucharada de glicerina Cuatro cucharadas de agua
Para todas las pruebas se procedió a mezclar todos los ingredientes y posteriormente a calentarlos hasta tener como resultado una mezcla homogénea, dejando secar las pruebas de bajo de una capa de plástico.
Se procedió por añadir el agua en un contenedor metálico pág. 15
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Al igual que lo anterior se procedió a agregar la fécula
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Vinagre
Glicerina
pรกg. 17
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Posteriormente se procediรณ a mezclar todos los ingredientes con una cuchara de madera, para evitar que la mezcla se pegara con los ingredientes con la mezcla a fuego lento
pรกg. 18
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Ya bien incorporados los ingredientes en una sola masa
Se procede a darle forma plana y colocarlo bajo una cubierta plรกstica Posteriormente se le darรก la forma deseada forma
pรกg. 19
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Resultados La primera prueba El primer ensayo de este experimento resulto ser una masa suave muy parecida a la goma, pero quebradiza, pero podemos llamarlo propiamente como un polímero. Esta prueba perdió volumen con forme el paso del tiempo
Segunda prueba En el segundo ensayo esta prueba fue más flexible y moldeable, pero al permanecer más tiempo expuesto a el aire y el calor la probeta perdió flexibilidad y se convirtió en con puesto quebradizo
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Tercera prueba La tercera parece ser mas estable al no exponerlo a condiciones que no la puedan resecar y de esta forma no pierde su flexibilidad
CONCLUSION La creación de bioplásticos es un área en la que se requiere demasiada investigación e inversión de tiempo ya que su fabricación es barata y fácil de crear, pero se necesita del tiempo suficiente para hacer una mezcla estable ya que dure los suficientes para transportar objetos, comida y agua dentro ellos y que no presenten alguna daño o deterioro por su contenido.
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Referencias Agua, C. N. (7 de Octubre de 2017). Gobierno de México. Obtenido de https://www.gob.mx/conagua/articulos/las-propiedades-del-agua?idiom=es Matas, M. N. (15 de 02 de 2015). ABENGOA. Recuperado el 12 de 11 de 2019, de http://www.laenergiadelcambio.com/las-ventajas-de-los-bioplasticos/ Quiminet. (20 de Diciembre de 2011). Quiminet. Obtenido de https://www.quiminet.com/articulos/usos-y-aplicaciones-de-la-fecula-de-maiz2653824.htm Raffino, M. E. (29 de Agosto de 2019). Concepto de. Obtenido de https://concepto.de/acido-acetico/ Sánchez, J. (6 de Septiembre de 2018). EcologiaVerde. Obtenido de https://www.ecologiaverde.com/cuanto-tarda-en-degradarse-el-plasticobiodegradable-1272.html zeaplast. (2012). ZEAplast. Obtenido de http://www.zeaplast.cl/plasticosbiodegradables/historia-de-los-bioplasticos++-20
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