bioplasticos - ingeniería mecánica



 bioplasticos




La escasez y encarecimiento del petróleo, junto con un aumento de las regulaciones medioambientales, actúan de forma sinérgica para promover el desarrollo de nuevos materiales y productos  más compatibles con el medioambiente e independientes de los combustibles fósiles. En este contexto, los bioplásticos se ajustan perfectamente a las nuevas necesidades e inquietudes industriales y sociales.
La obtención de productos químicos y nuevos materiales a partir de fuentes renovables no es una idea nueva. Sin embargo, el reto está en desarrollar la tecnología necesaria y en adaptar los productos y procesos a aplicaciones reales y competitivas que supongan una verdadera revolución
y se transformen en una realidad en el mercado.

Los bioplásticos constituyen en la actualidad un campo de interés creciente en sectores industriales diversos (envase, automoción, alimentación, sector eléctrico-electrónico, construcción, medicinas, textil, etc.). Este interés está íntimamente relacionado con la tendencia globalmente extendida, de sustitución de los materiales procedentes de fuentes fósiles por otros procedentes de fuentes renovables y sostenibles. Sin embargo, son precisamente las aplicaciones lo que motívalas definiciones y tipologías de bioplásticos que se conocen.

Los bioplásticos no constituyen una única clase de polímero sino una familia de materiales con distintas propiedades y rango de aplicaciones. De forma general, se clasifican estos materiales en dos categorías principales:

  • Los denominados plásticos procedentes de biomasa (de recursos renovables).
  • Los polímeros biodegradables que cumplen con los criterios científicos recogidos en las nomas de biodegradabilidad y compatibilidad 




¿Qué son los bioplásticos?

 

Los bioplásticos son polímeros que provienen de fuentes naturales y renovables. La mayoría presentan mejor biocompatibilidad, y todos son biodegradables por microorganismos como bacterias, hongos, algas.

 Los primeros en popularizarse fueron los bioplásticos vegetales, fabricados a partir de almidón de patata, maíz o yuca. Sus polímeros de glucosa sirven para que, tras un proceso de extrusión y otros tratamientos acaben convirtiéndose en material para cubiertos, envases o bolsas.

El plástico es la tercera aplicación del petróleo más usada en el mundo, y al año consumimos 200 millones de toneladas en el planeta. Proviene de fuente no renovable (petróleo), es contaminante y no biodegradable (puede tardar hasta más de 1000 años en descomponerse). 


Alternativa al plástico tradicional

Como alternativa, se está impulsando el uso de bioplásticos, que consisten en conseguir polímeros naturales a partir de residuos agrícolas, celulosa o almidón de patata o maíz.
Son 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… y el biopolímero se está ya popularizando en ciudades europeas y estadounidenses, por cuestiones ecológicas: se trata de los PHA. Este producto promete suponer el 10% del mercado europeo del plástico dentro de 10 años.



Clasificación de los Bioplasticos

Clasificación más específica de los bioplásticos en 3 grupos:

Grupo 1: Bioplásticos procedentes de recursos renovables. Comprenden tanto los bioplásticos cuyos monómeros proceden de la biomasa (almidón y celulosa), como aquellos cuyos monómeros son producidos mediante la fermentación de recursos renovables, aunque el proceso de polimerización posterior sea por vía química convencional.

Grupo 2: Bioplásticos sintetizados por vía biotecnológica. Existen dos vías biotecnológicas para la producción de bioplásticos. El primero consiste en la obtención biotecnológica de los monómeros y polimerización posterior por vía química. Otra vía es la síntesis integral de los bioplásticos mediante procedimientos biotecnológicos, fundamentalmente por fermentación microbiana, aunque se están contemplando a más largo plazo otras tecnologías basadas en la utilización de plantas genéticamente modificadas. Un ejemplo son los Polihidroxialoanatos (PHA).

Grupo 3: Polímeros biodegradables sintéticos. Proceden de la polimerización de monómeros obtenidos de fuentes fósiles. Ejemplo de este tipo de materiales lo constituyen Poliésteres alifáticos y alifáticos, aromático el Alcohol Polivinílico y las poliéster amidas.

Sin embargo, las clasificaciones más estrictas clasifican los bioplásticos únicamente en función de su procedencia bien sea a partir de fuentes fósiles (derivados del petróleo) o de materias primas naturales, denominándose entonces biopolímero. Bioplásticos del Grupo 2 estarían incluidos en esta última categoría (por ejemplo, los Polihidroxialcanoatos (PHA).

En el gráfico siguiente (Figura 1) se muestra la clasificación de los bioplásticos atendiendo a su origen destacándose con un círculo aquellos que tienen una mayor relevancia a nivel comercial.



Figura 1: Clasificación de los bioplásticos según su procedencia






Tipos de Bioplasticos
                                                                                                                    
1 bioplásticos procedentes total o parcialmente de fuentes renovables





Además de los anteriores, existen otros polímeros basados en recursos renovables con escasa presencia en el mercado pero con potencial interés como son:
  • Lignina, pectina, quitina, quitosano o hemicelulosa (de tipo polisacárido).
  • Proteínas de origen vegetal y animal: Gluten, zeína, caseína, colágeno, gelatina y suero (grupo de las proteínas).
  • Triglicéridos.


Algunos de los biopolímeros anteriores tienen un potencial interés como aditivos de tipo natural con capacidad antioxidante o antimicrobiana como es el caso del quitosano.
En general, el grado de desarrollo y comercialización de los principales bioplásticos basados en recursos renovables se halla en distintos estadios, tal y como se muestra en la siguiente figura, teniendo en cuenta que la posición hacia la derecha dentro de cada grupo indica una mayor producción con respecto de los demás polímeros.


1.1 polímeros derivados del almidón

Los polímeros derivados de almidón son materiales termoplásticos resultantes del procesado del almidón natural por medios químicos, térmicos o mecánicos. Asimismo, es posible hacer copolímero con otros biopolímeros y pueden obtenerse copolímeros tan flexibles como el polietileno o tan rígidos como el poliestireno.

El almidón es un polisacárido abundante, de bajo coste, renovable y totalmente biodegradable que se encuentra en las plantas.
El almidón comercial se obtiene de las semillas de cereales: maíz, trigo, varios tipos de arroz, etc., y de algunas raíces y tubérculos como la patata. El más utilizado para la producción de bioplásticos es el almidón de maíz.



Tecnologías de procesado

Los polímeros de almidón pueden ser procesados por:
  • Soplado de film.
  • Extrusión.
  • Termoformado.
  • Inyección.
  • Recubrimiento por extrusión de fibras y tejidos.




Propiedades mecánicas, químicas y físicas

Su densidad (1.2-1.35 g/cm3) es superior a la de la mayoría de los polímeros termoplásticos convencionales y presentan baja resistencia a disolventes y aceites aunque este aspecto se puede mejorar con mezclas con, por ejemplo, PCL (Policaprolactona). En la actualidad también existen mezclas con otros biopolímeros como el PLA y con otros polímeros convencionales, constituyendo
Las resinas híbridas de almidón. El almidón es muy sensible a la humedad y al contacto con agua lo que limita el rango de sus aplicaciones. En cambio por su estructura polisacárido, ofrece propiedades moderadas de permeabilidad al oxígeno.


Propiedades biodegradabilidad

El almidón es 100% biodegradable según las normativas, sin embargo, determinados copolímeros, en un alto grado de sustitución, pueden afectar a negativamente la biodegradabilidad por interacciones almidón-poliéster que ocurren a nivel molecular.


Usos y aplicaciones

El packaging es la aplicación principal para los polímeros derivados del almidón modificado, llegando a un 75% del total del market-share para polímeros derivados del almidón. También tienen grandes aplicaciones para el papel, el algodón y las fibras naturales.
Desde el año 2001, Goodyear ha estado usando el Mater-Bi como relleno en sus neumáticos GT3 (EcoTyre). Marcas como Ford y BMW también han empezado a utilizar estos compuestos para algunos de sus productos.
En el caso de los polímeros derivados de almidón parcialmente fermentado, su uso es casi exclusivo para moldeo por inyección aunque también se usa para packaging y transporte.

Industria alimenticia
  • Medio de moldeo para caramelos de frutas, rodajas de naranja y gomas de mascar.
  • Agente para espolvorear, combinado con azúcar pulverizada en gomas, caramelos y gomas de mascar.
  • Protector contra la humedad de diversos productos en polvo –como azúcares- pues los almidones absorben humedad sin apelmazarse.
Industria de edulcorantes
Los jarabes sólidos obtenidos por evaporación de los jarabes de hidrolizados de almidón son ampliamente usados en alimentos dietéticos debido a sus bajo valor calórico.

Industria textil
Apresto, en la industria textil como encolante de la urdimbre, aprestado y estampado de tejidos.
En lavandería para almidonar tejidos blancos y darles dureza y para restaurar apariencia y cuerpo a las prendas de vestir.
Industria farmacéutica y cosmética
Agente de dispersión de polvo y como ligante del ingrediente activo de tabletas y productos medicinales.
Industria papelera
Adhesivo, para diferentes aplicaciones en la industria de papel y cartón. En la industria del papel su función es servir como aglomerante de los componentes
En las empresas productoras de cartón corrugado se utiliza para la formación del cartón ya que permite unir las láminas planas de cartón a la lámina corrugada u ondulada.

Industria de adhesivos
Los adhesivos de almidón, que son adhesivos a base agua, son muy útiles para las empacadoras y etiquetadoras
Industria briquetas y carbón vegetal 
Ligante para formar aglomerados de polvos finos como las briquetas de carbón.



1.2 ácido poliáctico (pla)


El Ácido Poliáctico (PLA) es un poliéster alifático derivado al 100% de materias primas renovables, que se produce a partir de ácido láctico mediante un proceso de polimerización química.

El ácido láctico se produce por fermentación anaerobia de substratos que contengan carbono, ya sean puros (glucosa, lactosa, etc.) o impuros (almidón, melazas, etc.) con microorganismos, bacterias y ciertos hongos. Asimismo, presenta en su estructura, un carbono asimétrico, por lo que existen dos estereoisómeros, el D o el L, siendo el L, el que se obtiene de forma natural. La
Selección de la bacteria utilizada influye en la obtención de un mayor o menor ratio de isómeros D (+) o L (-).

Se han desarrollado distintos procesos para la obtención de PLA, pero los más interesante son aquellos que permiten obtener un polímero de alto peso molecular. Así, MITSHUI TOATSU CHEMICALS ha patentado un proceso que permite obtener PLA de alto peso molecular. CARGILL y DOW LLC desarrollaron y patentaron un proceso continuo y de bajo coste que permite igualmente PLA de alto peso molecular (>105).



Tecnologías de Transformación

El PLA puede ser procesado con ligeras modificaciones, en las máquinas convencionales de procesado de termoplásticos. Las principales técnicas empleadas en el desarrollo de aplicaciones son:
. Termoformado.
. Inyección.
. Soplado.
. Extrusión de film.

. Extrusión de fibra por melt spinning. Para aplicaciones de tejidos no tejidos.
Destacan las aplicaciones de Þ lm de alto valor añadido y los envases rígidos por Termoformado. No obstante, un buen control del secado del material es imprescindible para evitar degradaciones en proceso.



Propiedades mecánicas, químicas y físicas

Las propiedades del PLA están relacionadas con la proporción de sus dos esteroisómeros, D y L. Comercialmente, se puede encontrar grados de PLA ópticamente puros (100% L) que proporcionan grados de cristalinidad elevados (45-70%), pero también se comercializan otros grados de PLA constituido por mezclas de sus isómeros, que son básicamente amorfos.

Los grados amorfos de PLA son transparentes, aunque las propiedades ópticas son sensibles a la aditivación, incluso en pequeños porcentajes. Sus propiedades mecánicas son buenas en comparación con otros biopolímeros pero presentan, sin embargo, baja resistencia al impacto. La dureza, rigidez, resistencia al impacto y elasticidad, propiedades importantes en aplicaciones para botellas de bebidas, son similares a las del PET, aunque la menor estabilidad termo-mecánica en contacto con agua, proporcionaría un menor tiempo de vida útil de las botellas envasadas de PLA.

Asimismo, las propiedades anteriormente citadas junto con su alto módulo de flexión y transparencia lo hacen comparable con otros materiales como el celofán. Tiene una temperatura de reblandecimiento baja (~50-60ºC) variable según grado y se degrada rápidamente por encima de esa temperatura en condiciones de alta humedad, lo que plantea problemas para aplicaciones de almacenamiento de productos y su uso en automóviles.

Presenta buenas propiedades barrera frente a olores y sabores. Tiene también alta resistencia a grasas y aceites. Por su estructura lineal alifática, el PLA tiene una buena resistencia a la radiación UV, en contraste con los polímeros aromáticos.
Para mejorar sus propiedades y que pueda competir con plásticos flexibles de uso común, el PLA puede modificarse con agentes plastificantes o mezclándolo con otros polímeros.


Propiedades de biodegradabilidad

El PLA es resistente al ataque de microorganismos en suelos o lodos a temperatura ambiente.
El polímero debe primero hidrolizarse a temperaturas superiores a 58ºC para reducir el peso molecular antes de que la biodegradación comience. Por tanto, no es compostable en las condiciones típicas. En condiciones normales de uso y almacenamiento es un plástico bastante estable.
Usos y aplicaciones

Empaquetado

Cuatro tipos de ácido poliáctico están disponibles para la industria del empaquetado: Polímeros 4041D, 4031D, 1100D, y 2000D del PLA.

El polímero 4041D es un film para fines generales. Está “orientado biaxialmente” lo cual le confiere unas características de estabilidad frente a temperaturas altas (hasta 130ºC). El polímero 4031D es también una película orientada biaxialmente para los usos a elevadas temperaturas (hasta 150ºC). 4041D y 4031D ofrecen características ópticas excelentes, fácil procesado y características excelentes frente a la torsión. Se espera que estos polímeros sean ofrecidos en la forma común, pequeñas perlas para ser sometidas a una extrusión.

El polímero 1100D es una resina termoplástica obtenida por extrusión convencional y a temperaturas inferiores a las del PE. Los usos potenciales del PLA 1100D incluyen: los bolsos, las tazas, las placas de la comida campestre, empaquetado de verduras congeladas, recipientes de alimentos líquidos…etc.


Textil 

El PLA también tiene muchas aplicaciones potenciales en su presentación como fibra. Presentan unas características muy atractivas para muchos usos tradicionales. Los polímeros de ácido poliáctico son más hidrofílicos que el PET, tienen una densidad más baja, alta resistencia al moldeado y doblado.
La contracción de los materiales del PLA y sus temperaturas respectivas son fácilmente controlables. Estos polímeros tienden a ser estables a la luz ultravioleta dando como resultado telas con poca decoloración.

Entre sus aplicaciones destacamos: las prendas de vestir, la tapicería de ciertos muebles, los pañales, los productos femeninos de la higiene, las telas resistentes a la radiación UV para el uso exterior (toldos, cubiertas… etc.).


Medicina

Sus características y absorbibilidad hacen del PLA un candidato ideal para implantes en el hueso o en el tejido (cirugía ortopédica, oftalmología, ortodoncia, lanzamiento controlado de medicamentos contra el cáncer), y para suturas



1.3 poliésteres procedentes de monómeros Obtenidos de recursos renovables

Algunos poliésteres pueden producirse a partir de recursos renovables. Estos poliésteres se fabrican a partir de un diol y uno o más ácidos dicarboxílicos. Los dioles utilizados son el 1,3-propanodiol (PDO) o el 1,4-butanodiol (BDO) que en este caso están basados en recursos renovables.

El diácido puede también estar basado en recursos renovables (ácido succínico o adípico) o proceder de la industria petroquímica (ácido tereftálico o tereftalato de dimetilo (DMT),


PBT (Polibutilen Tereftalato)

Es un poliéster aromático lineal producido por la trans-esterificación y policondensación del DMT con 1,4-butanodiol. Puede producirse a partir de monómeros basados en recursos naturales; sin embargo, a pesar de los numerosos estudios llevados a cabo, todavía no existen procesos económicamente viables para la síntesis de BDO a partir de los mismos.

Los procesos convencionales para sintetizar BDO emplean materias primas petroquímicas.


  • Propiedades generales

El PBT es un poliéster semicristalino, similar en su composición y propiedades al PET y al PTT. La cristalinidad le confiere buena resistencia termomecánica y resistencia química. Estas propiedades son algo inferiores a las del PET, es un material más blando, pero su resistencia al impacto es superior y su resistencia química similar.

El PBT está estrechamente relacionado con otros poliésteres termoplásticos. En comparación con el PET (tereftalato de polietileno), el PBT tiene una fuerza y rigidez algo menor, una resistencia el impacto un poco mejor y una temperatura de transición vítrea ligeramente inferior. El PBT y el PET son sensibles al agua caliente por encima de 60°C (140°F). Ambos tienen la necesidad de protección UV si se utiliza al aire libre, y la mayoría de los grados de estos poliésteres son inflamables, aunque aditivos pueden ser utilizados para mejorar tanto la sensibilidad a los rayos UV como las propiedades de inflamabilidad.
Sin embargo, el PBT tiene un menor punto de fusión (223°C - 433°F) que el PET (255°C - 491°F), por lo que pueden ser procesados ​​a bajas temperaturas. Esta propiedad, unida a su excelente fluidez al fundido y su rápida cristalización por enfriamiento, hace al PBT muy adecuado para el moldeo por inyección en las partes sólidas. 
Hay en el mercado, dos tipos de productos de PBT: PBT resina y PBT compuesto.  El PBT resina es la resina de base mientras que el PBT compuesto es una combinación de resina de PBT, relleno de fibra de vidrio y otros aditivos tales como agentes de protección UV y retardante de llama. El refuerzo de fibra de vidrio puede alcanzar hasta el 40%. También puede formar mezcla con otros polímeros como PC, ABS, PTFE, etc.  El PBT puede ser moldeado mediante los procesos de inyección y de extrusión.

Entre las principales características del PBT cabe destacar: 
  • Buenas propiedades de resistencia a la rotura 
  • Elevada temperatura de deflexión (en especial los grados cargados con fibra de vidrio) 
  • Alta rigidez y alta dureza 
  • Buenas propiedades de bajo rozamiento y resistencia a la abrasión. 
  • Elevada estabilidad dimensional (bajo coeficiente de expansión térmico, baja absorción de agua) 
  • Buenas propiedades eléctricas 
  • Aceptable resistencia química 
  • Buena resistencia en la intemperie (en las resinas tratadas con protección UV) 
  • Cristalización rápida y fácil de moldear (ciclos de tiempo cortos). 
  • Capacidad de soldadura por ultrasonido

Algunos nombres comerciales 
  • Anjacom (almaak international) 
  • Arnite (DSM) 
  • Celanex, aleación de poliéster Vandar (Ticona) 
  • Crastin (DuPont) 
  • Pocan (Lanxess) 
  • Ultradur (BASF) 
  • Valox (antes GE Plastics, ahora SABIC Innovative Plastics) 
  • Schuladur (A. Schulman) 
  • Later (LATI) 
  • Kebater (BARLOG plastics) 
  • VESTODUR (Evonik Degussa)

PBS (Polibutilen Sucinato)

Es un poliéster alifático biodegradable con propiedades similares al PET. El PBS se produce normalmente mediante polimerización por condensación de ácido succínico y BDO. El ácido succínico puede también producirse mediante fermentación a partir de carbohidratos.



  • Propiedades generales

Tiene una densidad similar al PLA (1.25), mientras que su punto de fusión es mucho más alto que el PLA aunque inferior al del PHBV y una temperatura de transición muy baja. Sus propiedades mecánicas son excelentes y puede procesarse mediante técnicas convencionales utilizando equipamiento para poliolefinas en el intervalo de temperatura de 160-200ºC. Sin embargo tiene buenas propiedades mecánicas y buena procesabilidad. Su estabilidad térmica ronda la de otros poliésteres alifáticos (200ºC).


  • Usos y aplicaciones

Se utiliza ampliamente en la electrónica (carcasas de productos electrónicos, interruptores, capacitores, disyuntores, etc.), recubrimiento de fibra óptica, industria automotriz (moldura de los faros del coche, limpiaparabrisas, espejos retrovisores, conectores en general, pulsadores, etc.) y elaboración de masterbatch, fibras, láminas, entre otros usos y productos. Con el PBT también se elaboran monofilamentos para su uso, por ejemplo, en las cerdas de escobillones.


1.4 polímeros derivados de la celulosa

Los polímeros basados en celulosa se producen mediante modificación química de la celulosa natural. Los principales representantes son:
. Celofán.
. Acetato de celulosa.
. Éster de celulosa.
. Celulosa regenerada (fibras).
. Otros materiales compuestos derivados de la celulosa.
. Celulosa Bacteriana.

Las fibras de algodón y madera son las materias primas principales para la producción industrial de celulosa. En el algodón, la celulosa está disponible en su forma prácticamente pura; por el contrario, en la madera está presente junto con lignina y otros polisacáridos (hemicelulosas) de los cuales debe aislarse y purificarse. Aparte de las plantas, ciertas bacterias, algas y hongos producen celulosa.

La celulosa es un polisacárido complejo con morfología cristalina, una hexosa que por hidrólisis produce glucosa, aunque es más resistente a la hidrólisis que el almidón.
Los polímeros de celulosa desde el punto de vista del mercado, se consideran tecnologías maduras desde hace décadas, a excepción del caso de la celulosa bacteriana producida a partir de la fermentación de azúcares por medio de las bacterias del vinagre. Se trata de un tipo de celulosa más pura que ha sido obtenida de fuentes vegetales ya que no contienen ni hemicelulosa ni lignina. No obstante tienen un peso molecular más bajo que la celulosa obtenida de fuentes vegetales. Tiene sin embargo una potencialidad interesante por sus propiedades mecánicas, acústicas y biocompatibles.



  • Usos y aplicaciones

Resinas celulósicas: obtenidas a partir de la celulosa el material constituyente de la parte leñosa de las plantas. Pertenece a este grupo el rayón.
Polietilenos y derivados: Emplean como materia prima el etileno obtenido del craqueo de petróleo, que tratado posteriormente, permite obtener diferentes monómeros como acetato vinílico, alcohol vinílico, cloruro de vinilo, etc. Pertenecen a este grupo el pvc, el poliestireno, el metacrilato, etc.
Derivados de las proteínas: Pertenecen a este grupo el nailon y el perlón, obtenidos a partir de las diamidas.
Derivados del caucho: Son ejemplo de este grupo los llamados comercialmente pliofilmes, clorhidratos de caucho obtenidos adicionando ácido clorhídrico a los polímeros de caucho.



1.5 poliuretanos (pur)

Los PUR se fabrican por la reacción de un poliol y un isocianato. Mientras que el isocianato siempre tiene origen petroquímico, para algunas aplicaciones el poliol puede proceder de fuentes renovables. Así, se pueden obtener polioles a partir de aceites vegetales como ricino, colza, soja y girasol. También los polioles-poliésteres pueden proceder de materias primas renovables. Los PUR basados en polioles naturales tienen un precio muy superior a los convencionales, además en el caso de determinados productos comerciales, sólo se
Recomienda la sustitución parcial del poliol. No obstante, ciertas aplicaciones a nivel de recubrimientos de madera, ofrecen buenas perspectivas en relación a que los productos obtenidos ofrecen una sinergia en propiedades de un PUR convencionales de base poliéster y otro de base poliéster.



  • Usos y aplicaciones
Los poliuretanos se encuentran en todos los ámbitos de la vida moderna; la silla en la que se sienta, la cama en la que descansa, la casa en la que vive, etc. Es muy probable que todos estos objetos y muchos otros de uso diario contengan poliuretanos.
Esta sección repasa algunas de las aplicaciones más comunes de los poliuretanos y explica su empleo. También describe su versatilidad y cómo pueden contribuir a proteger el medio ambiente gracias al ahorro energético que posibilitan.
Entre las aplicaciones más comunes del poliuretano están:
  • Productos aislantes para construcción
  • Neveras y congeladores
  • Muebles y menaje para camas
  • Calzado
  • Automóviles
  • Recubrimientos y adhesivos
  • Otras aplicaciones



1.6 POLIAMIDAS (PA)

Existen rutas para la producción de poliamidas en las que se utilizan compuestos intermedios producidos a partir de recursos renovables, en concreto para el nailon 66, nailon 69 y nailon 6.

Sin embargo, estas tecnologías todavía no se utilizan comercialmente debido a los altos costes de producción de los compuestos intermedios a partir de recursos renovables en comparación con su obtención a partir de productos petroquímicos. Remar, Red de Energía y Medio Ambiente.
La poliamida 66 se fabrica por policondensación de hexametilendiamina con ácido adípico. El ácido adípico es sintetizado normalmente a partir de benceno, pero también se puede sintetizar por vía biotecnológica a partir de glucosa.
La poliamida 69 se fabrica por policondensación de hexametilendiamina con ácido nonanodiocico (azelaico), que a su vez se obtiene por síntesis química a partir del ácido oleico que puede encontrarse en la mayoría de grasas animales y vegetales.

La poliamida 6 se produce mediante la polimerización por apertura de anillo de la caprolactama, la cual puede obtenerse por fermentación de glucosa y de otros azucares fermentables.



  • Usos y aplicaciones

Las aplicaciones más importantes de los homopolímeros se encuentran en el campo de la ingeniería mecánica. Aplicaciones bien establecidas son las siguientes: asientos de válvulas, engranajes en general, excéntricas, cojinetes, rodamientos, etc... Además de las propiedades ventajosas señaladas en líneas anteriores, las piezas de nylon pueden funcionar frecuentemente sin lubricación, son silenciosas, pudiendo en muchos casos moldearse en una sola pieza evitándose el ensamblado de las diferentes piezas metálicas o el uso de máquinas caras con la consiguiente pérdida de material.
Desde hace ya algunos años los nylons cuentan con un fuerte competidor, las resinas acetálicas, las cuales presentan superior resistencia a la fatiga, mayor resistencia a la fluencia y también mayor resistencia al agua que las poliamidas. Bajo condiciones medias de humedad, los nylons son superiores en resistencia al impacto y en resistencia a la abrasión. Cuando se considera que un nylon es apropiado para una determinada aplicación, es necesario antes de elegir el tipo de poliamida, tener en cuenta las propiedades mecánicas, la resistencia al agua y la facilidad de procesado de los mismos.
En medicina y farmacia se utilizan objetos moldeados y esterilizables fabricados con poliamidas. Debido a su durabilidad, y a pesar de su mayor costo, los peines de nylon para el cabello han encontrado una amplia aceptación.
Las películas de nylon se emplean cada vez más en aplicaciones de embalaje para productos alimenticios y farmacéuticos. El valor del nylon para estas aplicaciones estriba en la posibilidad de hervir la bolsa con los alimentos dentro y en la baja transmisión del olor.
Aunque los nylons no se consideran generalmente como aislantes, debido a su tenacidad, y en cierto grado a su resistencia a la temperatura, se han abierto camino en este sector (arrollamientos y bobinas, y bloques terminales). Las ventajas que presentan en ciertos aspectos las resinas acetálicas y los policarbonatos han mermado considerablemente la aplicabilidad del nylon en este campo del aislamiento eléctrico. Se les emplea en el moldeo de piezas técnicas por inyección
Las poliamidas se emplean en la elaboración de hilos o filamentos según tres procesos: seco húmedo y a partir de la hilatura de masa fundida. ión y para fabricar perfiles, láminas y películas por extrusión.



2 polímeros biodegradables sintéticos (no procedentes de fuentes renovables)

Dentro de esta categoría los poliésteres son los que ofrecen más posibilidades de biodegradarse debido a su tendencia a hidrolizarse. Desde el punto de vista estructural, los poliésteres se dividen en dos categorías principales: alifáticos y aromáticos.
Los poliésteres alifáticos, tales como la Policaprolactona (PCL) o el poli-adipato de butilenglicol (PBA), son biodegradables. Sin embargo, sus puntos de fusión en torno a 60º C los excluye de muchas de aplicaciones. Por el contrario, los poliésteres aromáticos más comunes, tales como el politereftalatode etilenglicol (PET) y el politereftalatode de butilenglicol (PBT), presentan altos puntos de Fusión pero no son biodegradables.



2.1 poliésteres alifáticos

PBS (Polibutilen Sucinato) y PBSA (Polibutilen Sucinato Adipato)
Se obtienen por combinación de dioles (1,2-etanodiol o 1,3-propanodiol o 1,4-butanodiol, con ácidos dicarboxílicos (ácidos adípico, sebácico o succínico). Las propiedades de estos poliésteres dependen de su estructura, como por ejemplo la combinación de dioles y diácido usada.

PCL (Policaprolactona)
La PCL es otro poliéster alifático producido por la polimerización por apertura de anillo de caprolactama. Se trata de un polímero cristalino con punto de fusión de 58-60ºC, temperatura de transición vítrea de .60ºC, baja viscosidad, fácil procesabilidad y bio-absorvible.

PGA (Poliácido glicólico)
Es el poliéster alifático lineal más simple. El PGA es muy cristalino (45-55% de cristalinidad), tiene un alto punto de fusión (220-225ºC) y una temperatura de transición vítrea de 35-40ºC. Habitualmente son poliésteres de ácido tereftálico, ácido adípico y 1,4-butano-diol con contenidos variables en ácido tereftálico, en el que cada fabricante tiene su propia formulación y marca registrada que muestran características y propiedades diferentes.



  • Usos y aplicaciones

Aditivo para polímeros 

El uso más común de Policaprolactona como aditivo es en la fabricación de poliuretanos especiales. Las policaprolactonas imparten buena resistencia al agua, aceites, a los disolventes y al cloro en el poliuretano producido.
Este polímero también se usa a menudo como un aditivo para las resinas, para mejorar sus características de procesamiento y sus propiedades de uso final (por ejemplo, resistencia al impacto). Siendo compatible con una amplia gama de otros materiales, la PCL se puede mezclar con almidón para reducir su costo y aumentar la biodegradabilidad o se puede añadir como un polímero plastificante al PVC.

Aplicaciones biomédicas 
La PCL es degradada por hidrólisis de sus vínculos ésteres en condiciones fisiológicas (tales como en el cuerpo humano) y por lo tanto ha recibido una gran atención para su uso como un biomaterial implantable. En particular, es especialmente interesante para la preparación de dispositivos implantables de largo plazo, debido a su degradación, que es incluso más lenta que la de polilactida.



2.2 poliésteres alifáticos aromáticos

Habitualmente son poliésteres de ácido tereftálico, ácido adípico y 1,4-butano-diol con contenidos variables en ácido tereftálico, en el que cada fabricante tiene su propia formulación y marca registrada que muestran características y propiedades diferentes.



2.3 poliéster-amidas

Para la síntesis de estos biopolímeros se utilizaron como materiales de partida PCL y diferente nylon comerciales obteniéndose:
. Polidepsipéptidos.
. Poliéster-amidas basadas en nailon y poliésteres comerciales.
. Poliéster-amidas derivadas de carbohidratos.
. Poliéster-amidas derivadas de α-aminoácidos.



3 bioplásticos sintetizados por vía biotecnológica

En este apartado se resumen únicamente los principales polímeros de base tecnológica. A este respecto, todos los organismos vivos son capaces de sintetizar una enorme variedad de polímeros, que pueden ser clasificados hasta en 8 clases principales, pero que debido a su estructura y propiedades, en la mayoría de los casos no pueden clasificarse como Bioplásticos. El más representativo de todos es:


3.1 Polihidroxialcanoatos (pha)

Los PHA son poliésteres sintetizados por ciertas bacterias constituidos por unidades repetitivas de diversos hidroxiácidos o mezclas de ellos. Al igual que el PLA, los PHA son poliésteres alifáticos producidos mediante fermentación de materias primas renovables. Sin embargo, mientras que la producción de PLA es un proceso en dos etapas (fermentación para obtener el monómero, seguida
de un paso convencional de polimerización química), los PHA son producidos directamente mediante fermentación de una fuente de carbono por parte del microorganismo.

Los principales biopolímeros de la familia de los PHA son los siguientes:
  • Poli 3-hidroxibutirato (PHB): Homopolímero cuyo monómero contiene un radical metilo.
  • Poli 3-hidroxivalerato (PHV): Homopolímero cuyo monómero contiene un    radical etilio.
  • Poli 3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato (PHBV): Copolímero.
  • Poli 3-hidroxibutirato-co-3-hidroxihexanoato (PHBHx): Copolímero en el que el 3-hidroxihexanoato presentan un grupo propilo.


El tipo de polímero producido depende fundamentalmente de la cepa bacteriana utilizada y del sustrato o mezcla de sustratos suministrados a las células para su crecimiento y producción.



  • Propiedades generales

Todos los PHA comparten ciertas propiedades recomendables para determinadas aplicaciones y que los hacen interesantes para la industria. Así, son compuestos termoplásticos y/o elastómeros que pueden procesarse con los equipos actualmente usados en la industria de la fabricación Remar, Red de Energía y Medio Ambiente de plásticos, son insolubles en agua. Presentan un considerable grado de polimerización, son compuestos puros en relación a su  estructura en antiómera y constituidos generalmente por un solo estereoisómeros R, no son tóxicos, son biocompatibles, presentan propiedades piezoeléctricas, pueden obtenerse a partir de materias primas renovables o incluso CO2 (si se obtienen a partir de plantas) y son todos biodegradables.

A pesar de las evidentes ventajas de los PHA frente a los plásticos derivados del petróleo, su uso actual está muy limitado debido a su alto coste de producción. Sin embargo, la continua subida de los precios del petróleo y la disminución de l las reservas, junto con las posibles mejoras en los procesos de obtención posibilitarán que en un futuro próximo estos bioplásticos puedan ser una alternativa real a los plásticos derivados del petróleo.



  • Usos y aplicaciones

Potencialmente se usa en la industria farmacológica y médica por sus propiedades de biodegradabilidad e impermeabilidad al agua

Un copolímero PHA llamado PHBV (poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato)) es menos rígido y más resistente que el PHB, y puede ser utilizado como material envasado. 
Hay aplicaciones potenciales para los PHA producidos por microorganismos dentro de las industrias médica y farmacéutica, principalmente debido a su biodegradabilidad. Aplicaciones de fijación y ortopédicos incluyen sutura quirúrgica, elementos de sujeción de sutura, tornillos y placas de hueso, parches cardiovasculares, pasadores ortopédicos, dispositivos de reparación de los tendones, ligamentos y tendones, injertos oculares, sustitutos de la piel, sustitutos de injerto óseo, clavijas de hueso, apósitos para heridas, etc.


Aspectos medioambientales de los bioplásticos

Los plásticos en general, por su ligereza, facilitan un uso eficiente de los recursos energéticos durante su fabricación, transporte y posterior aplicación. Al final de su vida útil pueden reciclarse o valorizarse energéticamente.

Los bioplásticos aportan una ventaja adicional derivada de la utilización de fuentes renovables para su fabricación. No obstante, desde un punto de vista global, esto no supone una ventaja en todos los casos frente a los plásticos convencionales. Los estudios de análisis de ciclo de vida realizados muestran mayoritariamente un efecto positivo en el uso de los bioplásticos cuando se valoran dos impactos medioambientales en concreto como son:

  • Consumo de fuentes fósiles.
  • Reducción de emisiones de CO2.


El uso de recursos agrícolas permite a su vez la posibilidad de realizar una gestión de los residuos denominada de ciclo cerrado (de la biomasa a la biomasa). No obstante, las bondades de utilizar este tipo de gestión deberían probarse caso por caso de acuerdo a criterios de evaluación establecidos mediante estudios de ACV (Análisis de Ciclo de Vida) normalizados.

Así mismo, en países con muchas zonas de suelo árido, la posibilidad de compostaje que ofrecen los bioplásticos, supone que el compost obtenido se pueda utilizar como fertilizante, mejorando así la calidad del suelo. No obstante, que un material sea biodegradable implica que se den una serie de condiciones (humedad, temperatura, presencia de microorganismo.), lo cual hace impensable que los bioplásticos puedan ser vertidos de forma descontrolada.



Opciones de revalorización de los bioplásticos

Aunque estos materiales se diseñan bajo el prisma de un sistema de gestión de ciclo cerrado, los bioplásticos, en la mayoría de los casos, pueden ser recuperados y reciclados como los plásticos convencionales: valorización térmica, reciclado químico y reciclado mecánico. Sin embargo, al contrario que los plásticos convencionales, pueden ser reciclados orgánicamente mediante compostaje probando así el cumplimiento de los criterios establecidos por la normas

El compostaje es un método de recuperación especialmente apropiado en aplicaciones de films de acolchado, bolsas de residuos orgánicos y artículos de jardinería entre otras. En este tipo de aplicaciones, la biodegradabilidad representa un valor añadido. Los envases de alimentos de corto tiempo de duración también son una opción interesante para ser comportados. De esta forma, el envase de bioplásticos contaminado con residuos orgánicos puede ser recuperado sin necesidad de otras operaciones de tratamiento. No obstante, el eco eficiencia de este proceso de recuperación depende de las infraestructuras de recogida de residuos que estén implantadas a nivel local o regional.

Muchos tipos de bioplásticos pueden ser compostados. Así las enzimas de las bacterias y los hongos son capaces de .digerir. Las cadenas que forman la estructura de estos biopolímeros como
si se tratara de una fuente de nutrientes. El producto resultante es principalmente agua y CO2 junto con una pequeña cantidad de biomasa y minerales. Dependiendo del tipo de enlaces químicos que conformen la cadena polimérica, el tiempo de degradación será mayor o menor.

La velocidad de biodegradación depende de:

. Temperatura (50-70ºC para operaciones típicas de compostaje industrial).
. Humedad (debe estar presente en el proceso).
. El tipo y número de microorganismos.






















 [c1]

Comentarios

Publicar un comentario