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FACULTAD DE INGENIERÍAS Y ARQUITECTURA ESCUELA ACÁDEMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL

ASIGNATURA: TESIS III TEMA: ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

DOCENTE: Ing. Pavel Delgado

REALIZADO POR: Gerson Canaza Hallasi

SEMESTRE: Decimo Arequipa – Perú 2016 ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

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ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

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1. INTRODUCCIÓN La presente investigación consiste en la elaboración y caracterizacion de plásticos biodegradables. El plástico sintético se elabora a partir de productos derivados del petróleo, éstos producen consecuencias negativas en el medio ambiente, contaminan y su tiempo de degradación es prolongado. Por ende, se plantea crear plásticos biodegradables, cuyo tiempo de degradación es menor. Este proyecto tendría un impacto positivo en el medioambiente y un impacto en el mercado de envases plásticos aunque el fin de estos no es reemplazar a los plásticos sino ser utilizados como envases auxiliares para minimizar la generación de residuos sólidos plásticos. El uso de plásticos ha desplazado a la madera y al vidrio de una gran cantidad de aplicaciones que incluyen la industria de la construcción, la alimenticia,

la

farmacéutica

y la

del

transporte.

Los

plásticos

convencionales se producen a partir de reservas fósiles de energía como el petróleo. Estos polímeros perduran en la naturaleza por largos períodos de tiempo y por tanto se acumulan, generando así grandes cantidades de residuos sólidos. Muchos de estos materiales pueden ser reciclados, sin embargo, este proceso produce grandes cantidades de sustancias tóxicas que afectan notablemente el medio ambiente. Es por eso que en esta investigación se plantea un método de obtención (a escala de laboratorio) de un bioplástico a partir de almidón de maíz, que es un recurso natural renovable. Los plásticos biodegradables ofrecen una serie de ventajas cuando se comparan con los plásticos convencionales. Estos son completamente degradados en compuestos que no dañan el medio ambiente: agua, dióxido de carbono y humus. Tal y como se comprobó en la parte experimental. Al material obtenido se le realizaron pruebas mecánicas y fisicoquímicas, para comprobar su resistencia y porcentaje de biodegradabilidad con el fin de demostrar que es un bioplástico y dar recomendaciones de los posibles usos industriales que pueda tener. ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

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2. MARCO PROBLEMÁTICO 2.1.

Planteamiento del Problema El plástico tiene gran demanda en el mercado, ya que es necesario en diversos sectores del comercio y en la sociedad. Cumplen funciones de empaquetado de productos, cubiertos plásticos desechables, juguetes, artículos de escritorio, bolsas, envases, entre otros. Si bien la tendencia mundial apunta a la utilización de polímeros para productos biodegradables, en la mayoría de los países no es así. El plástico se fabrica a partir del petróleo y sustancias químicas, en un proceso en el cual se transforma de líquido a sólido a través de mecanismos como extrusión, inyección, soplado, caladero, inmersión, rotomoldeo, y compresión. Luego es transformado en procesos secundarios como termoformado, doblado, corte, torneado y barrenado. Las maquinarias y los procesos por los que es trabajado son costosos, aumentando el precio final del producto. Así mismo, los derivados de petroquímicos son contaminantes, el lapso de degradación una vez desechados oscila entre cien y mil años según investigaciones realizadas por el Grupo Polímero de la USB, lo que ha contribuido con un incremento del calentamiento global y consecuencias nefastas para el medio ambiente. En ciertos casos, ocurre que las bolsas plásticas son utilizadas en una única ocasión y posteriormente desechadas. Muchos países han optado por la prohibición de entrega de bolsas plásticas por parte de los comercios a sus clientes, como son los casos de países miembros de la Unión Europea, Argentina, México, China, entre otros. En otros casos las bolsas no son prohibidas, pero deben ser vendidas o deben pagar un impuesto, estimulándose la reutilización de bolsas plásticas. Es importante acotar que la utilización de plásticos no biodegradables trae como consecuencias problemas ecológicos, problemas de salud,

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no produce beneficios y se necesita el petróleo para su fabricación, en lugar de darle otro uso Existen centros de investigación que se dedican al estudio de distintos polímeros que pueden ser utilizados para producir plástico biodegradable. Entre los cuales se encuentran los polímeros del raquis del banano, de la concha de tomate, de la papa, e incluso el Doctor Alejandro Muller, profesor de la Universidad Simón Bolívar, quien forma parte del Grupo de Polímeros descubrió la posibilidad de utilizar el almidón de yuca para la generación de biopolímeros. Se están prohibiendo las bolsas plásticas sintéticas en varios países, por lo tanto los plásticos biodegradables tienen mayor oportunidad de expansión. Esta idea es perdurable en el tiempo, porque seguirá existiendo la necesidad de reducir los desechos y cuidar el medio ambiente

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3. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACION El campo de investigación y consiguiente elaboración de biopolímeros ha ido creciendo en la última década, ya sea debido a endurecimiento de las legislaciones ambientales de cada país o por conciencia ecológica, en todo caso el término biopolímero es bastante amplio, siendo estos utilizados como materia prima en medicamentos, suplementos alimenticios y por supuesto en la elaboración de bioplásticos. Puesto que el tema de interés es obtener un bioplástico a partir de almidón de maíz, la búsqueda de antecedentes se centrará únicamente en aquellos biopolímeros que puedan ser transformados en bioplásticos, por lo cual se presentan las siguientes investigaciones previas: “BIOPLÁSTICO A BASE DE LA CÁSCARA DEL PLÁTANO” Autor Ruth Castillo, Eliasury Escobar, Dianeth Fernández, Ramón Gutiérrez, Jonathan Morcillo, Neryana Núñez y Sandra Peñaloza. 1 · Agosto · 2015 Básicamente el proyecto consistió en la extracción

del almidón

contenido en las cáscaras de plátano, las cuales son consideradas residuos agrícolas, para utilizarlo como materia prima para la producción de bioplásticos. La extracción del almidón, se inició con el rayado del endocarpio, desechándose el exocarpio; una vez obtenido el rayado se procedió a su inmersión en una solución antipardeante (concentrado de jugo de cítricos). Posteriormente, se procedió a la elaboración del bioplástico, ya que gran parte de las investigaciones realizadas sobre estos biomateriales, en los últimos años, se han concentrado en reducir

costos de producción y aumentar la

productividad utilizando diversas estrategias.

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4. FORMULACION DEL PROBLEMA La mayoría de polímeros sintéticos se producen a partir de compuestos petroquímicos y sus desperdicios permanecen en el medio ambiente produciendo contaminación. Si bien es cierto, el reciclaje reduce el problema, pero no lo elimina de raíz. Además, muchos empaques plásticos no pueden reciclarse fácilmente, pues hay que recolectarlos, trasladarlos y limpiarlos antes de procesarlos, lo cual resulta costoso. Cabe mencionar que diariamente, los salvadoreños generan unas 3,430 toneladas de desechos. De ellas, poco más de 50 son recuperadas, es decir, entre el 1% y el 2%, según Kathy Castro, especialista de la Unidad de Desechos Sólidos y Peligrosos del Ministerio de Medio Ambiente y Recursos Naturales (MARN). Por lo cual en esta investigación, se pretende desarrollar un bioplástico a escala de laboratorio, que cumpla con la característica de ser biodegradable, de acuerdo a la definición de la American Society for Testing and Materiales (ASTM): “Plástico degradable en el cual la degradación resulta de la acción de microorganismos de ocurrencia natural”. Lo cual lleva a que el producto obtenido será evaluado en cuanto a sus propiedades mecánicas, para verificar su calidad como material de empaque y por supuesto, se evaluaran sus características de biodegrabilidad de acuerdo a las normas ASTM: D6400-04 “Standard specification

for

compostable

plastics”

y

D

6363-08

“Standard

specifications for biodegradable plastics”. De esta manera, se obtendrá un producto útil, biodegradable, que no genere impacto ambiental al ser desechado y elaborado a partir de recursos renovables.

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5. DELIMITACION DE LA INVESTIGACION 5.1.

Delimitación espacial

La presente investigación plantea la elaboración, caracterización y aplicación de plásticos biodegradables de almidón de maíz en la ciudad de Arequipa, 5.2.

Delimitación temporal

Se plantea desarrollar la investigación en el año 2017 5.3.

Delimitación cualitativa

La investigación se limita a la elaboración de bioplásticos, la caracterización de sus propiedades físicas y la aplicación de estos para la minimización de la problemática de los plásticos no degradables

6. OBJETIVO GENERAL 

Elaborar y caracterizar de plásticos biodegradables obtenidos de almidón de maíz a escala de laboratorio

6.1.

ESPECIFICOS 

Elaborar plásticos biodegradables a partir de almidones de maíz a escala de laboratorio



Diseñar a escala de laboratorio un proceso practico y a bajo costo para la elaboración de plásticos biodegradables



Caracterizar las propiedades de los plásticos biodegradables para observar sus características

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7. JUSTIFICACION El crecimiento de la población mundial es exponencial y para satisfacer sus necesidades se ha incrementado el desarrollo y extendido el uso de una gran diversidad de materiales en la producción, conservación y comercialización de los alimentos. Actualmente, muchos esfuerzos están orientados hacia la investigación y desarrollo del área de envasado de alimentos debido a la demanda de productos cada vez más seguros, nutritivos, duraderos y de alta calidad, siendo innumerables los avances tecnológicos conseguidos en este sector. A la hora de elegir un envase para un producto, es necesario conocer los mecanismos de deterioro primarios del producto y el material que mejor se adapta a las condiciones del mismo.

Se dispone de una amplia gama de

envases de diversos materiales y características para satisfacer la demanda de la gran cantidad de productos alimenticios que existen en la actualidad. Debido a esta enorme variabilidad no es posible el uso de un envase ideal que sea válido para todos ellos y, por lo tanto, es necesario seleccionar para cada uso el envase y la tecnología de envasado más adecuados en función de distintos parámetros como: las características del producto, forma de transporte y distribución comercial, vida útil esperada, costos, posibilidad de reutilización o reciclado de los materiales, compatibilidad con el medio ambiente, etc. Inicialmente, dentro de las materias primas utilizadas en la fabricación de envases para alimentos se pueden citar el metal, el vidrio y el papel. En los últimos cincuenta años ha habido una sustitución gradual de estos materiales por polímeros provenientes de la industria petroquímica ya que los mismos permiten obtener materiales flexibles con características distintivas. A pesar de que la mayoría de los productos poliméricos sintéticos derivados del petróleo garantizan la protección deseada en términos de costo, conveniencia, formato, marketing y características físicas, químicas y ópticas, tienen la desventaja de que no son biodegradables, siendo responsables de gran parte de los residuos contaminantes que se acumulan en la naturaleza. Además, su fabricación requiere un alto costo energético y generalmente se descartan tras el primer uso, siendo su destrucción también muy costosa y contaminante. Por lo tanto, ha surgido la necesidad de proponer restricciones ambientales basadas en una ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

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verdadera política de control de residuos no degradables con el fin de reducir la cantidad de desechos de envases además de reutilizar los materiales y reciclarlos para producir nuevos insumos. Así, se han realizado numerosos estudios para valorar algunos materiales alternativos; en ese sentido, surgió el concepto de materiales biodegradables asociado al uso de materias primas renovables. Los mismos son capaces de ser degradados por el medio ambiente (expuestos a condiciones óptimas de humedad, microorganismos presentes en el suelo y oxígeno) en sustancias simples (agua y dióxido de carbono) y biomasa. El reemplazo de los envases sintéticos convencionales por materiales biodegradables puede reducir el uso de recursos no renovables y disminuir los desechos ambientales a través del reciclado biológico del sistema. Si bien, estos materiales son considerablemente más caros que los sintéticos convencionales, el mejoramiento de las prácticas de producción, que puedan realizarse a escala industrial y el aumento de los costos de los recursos fósiles conduciría a una situación económica más favorable.

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8. HIPOTESIS

Al procesar el almidón de maíz, variando las condiciones, con reactivos que cumplen la función de plastificantes, extensores, espesantes, lubricantes, humectantes y desmoldantes, se obtendrá un plastico biodegradable (bioplastico) que cumpla con los requisitos para ser utilizado como material de empaque (en cuanto a propiedades físicas y mecánicas) y además cumplirá con la condición de ser biodegradable/compostable.

Dicho material tendrá como

ventaja el tener un impacto ambiental prácticamente nulo, con respecto a los plásticos convencionales.

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9. MARCO TEORICO 9.1.

Consideraciones generales El crecimiento de la población mundial es exponencial y para satisfacer sus necesidades se ha incrementado el desarrollo y extendido el uso de una gran diversidad de materiales en la producción, conservación y comercialización de los alimentos. Actualmente,

muchos

esfuerzos

están

orientados

hacia

la

investigación y desarrollo del área de envasado de alimentos debido a la demanda de productos cada vez más seguros, nutritivos, duraderos y de alta calidad, siendo innumerables los avances tecnológicos conseguidos en este sector. A la hora de elegir un envase para un producto, es necesario conocer los mecanismos de deterioro primarios del producto y el material que mejor se adapta a las condiciones del mismo. Se dispone de una amplia gama de envases de diversos materiales y características para satisfacer la demanda de la gran cantidad de productos alimenticios que existen en la actualidad. Debido a esta enorme variabilidad no es posible el uso de un envase ideal que sea válido para todos ellos y, por lo tanto, es necesario seleccionar para cada uso el envase y la tecnología de envasado más adecuados en función de distintos parámetros como: las características del producto, forma de transporte y distribución comercial, vida útil esperada, costos, posibilidad de reutilización o reciclado de los materiales, compatibilidad con el medio ambiente, etc. Inicialmente, dentro de las materias primas utilizadas en la fabricación de envases para alimentos se pueden citar el metal, el vidrio y el papel. En los últimos cincuenta años ha habido una sustitución gradual de estos materiales por polímeros provenientes de la industria petroquímica ya que los mismos permiten obtener materiales flexibles con características distintivas. A pesar de que la mayoría de los productos poliméricos sintéticos derivados del petróleo garantizan la protección deseada en términos de costo, conveniencia, formato, marketing y características físicas, químicas ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

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y ópticas, tienen la desventaja de que no son biodegradables, siendo responsables de gran parte de los residuos contaminantes que se acumulan en la naturaleza. Además, su fabricación requiere un alto costo energético y generalmente se descartan tras el primer uso, siendo su destrucción también muy costosa y contaminante. Por lo tanto, ha surgido la necesidad de proponer restricciones ambientales basadas en una verdadera política de control de residuos no degradables con el fin de reducir la cantidad de desechos de envases además de reutilizar los materiales y reciclarlos para producir nuevos insumos. Así, se han realizado numerosos estudios para valorar algunos materiales alternativos; en ese sentido, surgió el concepto de materiales biodegradables asociado al uso de materias primas renovables. Los mismos son capaces de ser degradados por el medio ambiente (expuestos a condiciones óptimas de humedad, microorganismos presentes en el suelo y oxígeno) en sustancias simples (agua y dióxido de carbono) y biomasa. El reemplazo de los envases sintéticos convencionales por materiales biodegradables puede reducir el uso de recursos no renovables y disminuir los desechos ambientales a través del reciclado biológico del sistema. Si bien, estos materiales son considerablemente más caros que los sintéticos convencionales, el mejoramiento de las prácticas de producción, que puedan realizarse a escala industrial y el aumento de los costos de los recursos fósiles conduciría a una situación económica más favorable. 9.2.

Contaminación por plásticos Son diversas las ciudades de Estados Unidos las que han implementado alguna legislación sobre la utilización de botellas de plástico. California tiene una política mediante la cual, por cada botella de agua o gaseosa que se recicle se le devuelve al comprador un importe extra hecho al momento de la compra. Por otro lado, San Francisco ha mencionado que estará prohibiendo la

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venta de botellas con agua en los restaurantes con la finalidad de disminuir su utilización. La fabricación de plástico sigue un proceso diferente de acuerdo al producto que se va a fabricar. Las botellas usadas como envases de agua, se emplea polietileno tereftalato (PET), producto que se obtiene de los hidrocarburos. Una vez obtenida la resina PET, es comprada por las distintas industrias que mediante inyección de estirado y soplado se obtendrá el envase. De todo el proceso, el que conlleva más cargas ambientales es el de la purificación del ácido tereftálico ya que emite gases de efecto invernadero. Sin embargo, es más importante analizar el ciclo de vida que dependerá de diversos factores, ya que, por ejemplo, la extracción de los hidrocarburos será diferente dependiendo del lugar y del tipo de combustible fósil que se use. Por eso, es importante incorporar todos los procesos de producción, uso y fin de vida de un plastico para calcular los impactos ambientales. 9.3.

Tipos de plásticos Termoplásticos Un termoplástico es un plástico que, siendo plástico o deformable a temperatura ambiente, se convierte en líquido cuando se calienta y se endurece en un estado vítreo cuando se enfría suficiente. La mayor parte de los termoplásticos son polímeros de alto peso molecular, los cuales poseen cadenas asociadas por medio de débiles fuerzas de Van der Waals (polietileno), fuertes interacciones dipolo-dipolo y enlace de hidrógeno, o incluso anillos aromáticos apilados (poliestireno). Los polímeros termoplásticos difieren de los polímeros termoestables en que, después de ser calentados y moldeados, pueden ser recalentados y formar otros objetos, ya que en el caso de los termoestables o termoduros, su forma después de enfriarse no cambia.

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Sus propiedades físicas cambian gradualmente si se funden y se moldean varias veces. Los principales termoplásticos son: 

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:

el etileno obtenido posteriormente,

Emplean

del craqueo permite

del

obtener

como

materia

petróleo que, diferentes

prima tratado

monómeros

como acetato de vinilo, 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. Termoestables Los plásticos termoestables son materiales que, una vez que han sufrido el proceso de calentamiento-fusión y formación-solidificación, se convierten en materiales rígidos que no vuelven a fundirse. Generalmente para su obtención se parte de un aldehído. 

Polímeros del fenol: Son plásticos duros, insolubles e infusibles pero, si durante su fabricación se emplea un exceso de fenol, se obtienen termoplásticos.



Resinas epoxi.



Resinas melamínicas.



Baquelita.



Aminoplásticos: Polímeros de urea y derivados. Pertenece a este grupo la melamina.

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

Poliésteres:

Resinas

procedentes

de

la esterificación de polialcoholes que suelen emplearse en barnices. Si contienen ácido en exceso, se obtienen termoplásticos.

9.4.

Cuánto tarda el plástico en degradarse El plástico es

uno

de

los

materiales

que

más tarda

en

descomponerse y al mismo tiempo es uno de los más utilizados en las sociedades actuales. Todo viene en un envase hecho con plástico, por lo que la cantidad de desechos que se generan es francamente alarmante. Se calcula que el plástico tarda entre 100 y 1.000 años en descomponerse, por lo que está considerado un material de descomposición muy lenta y a largo plazo. Una botella de plástico tarda de medios 500 años en desintegrarse, aunque si está enterrada este tiempo se prolonga aún más. 9.5.

El impacto de los plásticos en el medio ambiente Los plásticos son materiales formados por moléculas muy grandes de cadenas de átomos de carbono e hidrógeno (polímeros). El 99 por ciento de la totalidad de plásticos se produce a partir de combustibles fósiles, lo que provoca una excesiva presión sobre las limitadas fuentes de energía no renovables. En la actualidad es difícil prescindir de los plásticos, no sólo por su utilidad sino también por la importancia económica que tienen. Esto se refleja en los índices de crecimiento de esta industria que, desde principios del siglo pasado, supera a casi todas las actividades industriales. Los plásticos se utilizan para embalajes, para envasar, conservar y distribuir alimentos, medicamentos, bebidas, agua, artículos de limpieza, de tocador, cosmetología y un gran número de otros

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productos que pueden llegar a la población en forma segura, higiénica y práctica.

Su uso cada vez más creciente se debe a las características de los plásticos. Debido a que son livianos, resultan de fácil manipulación y optimización de costos. Los envases plásticos son capaces de adoptar diferentes formas como bolsas, botellas, frascos, películas finas y tuberías, entre otros. Son aislantes térmicos y eléctricos, resisten a la corrosión y otros factores químicos y son fáciles de manejar. Los plásticos tienen afinidad entre sí y con otros materiales, admitiendo diversas combinaciones (por ejemplo, los envases multicapa). En función de las propiedades de los plásticos, la estructura del mercado ha crecido considerablemente. Para el año 2000, la producción mundial alcanzó los 160 millones de toneladas y en México para el año 2006, superó los 4 millones de toneladas. Se calcula que anualmente cada persona en México consume 49 kg de plásticos. De acuerdo a su importancia comercial y por sus aplicaciones en el mercado, el siguiente cuadro presenta el nombre de los diferentes plásticos que se utilizan cotidianamente, el número de identificación que debe estar impreso en el producto plástico y los ejemplos de algunas aplicaciones.

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A pesar de su indiscutible utilidad en la vida cotidiana, una vez que los plásticos se han utilizado se convierten en residuos que forman parte de los residuos sólidos urbanos (RSU) generados en grandes cantidades. Los RSU originan problemas de contaminación del agua, aire y suelo, que impactan directamente al ambiente y a la salud. A nivel mundial, se calcula que 25 millones de toneladas de plásticos se acumulan en el ambiente cada año y pueden permanecer inalterables por un periodo de entre 100 y 500 años. Esto se debe a que su degradación es muy lenta y consiste principalmente en su fragmentación en partículas más pequeñas, mismas que se distribuyen en los mares (en estos se han encontrado entre 3 a 30 kg/km2), ríos, sedimentos y suelos, entre otros. Es común observar paisajes en caminos, áreas naturales protegidas, carreteras, lagos, entre otros, con plásticos tirados como parte de lo mismo. Debido a la necesidad de seguir utilizando plásticos, pero por otro lado se producen impactos al ambiente, el reciclaje es una alternativa para contribuir con la solución de este problema. El reciclaje se define como la transformación de los residuos a través de distintos procesos que permiten restituir su valor económico, evitando así su disposición final, siempre y cuando esta restitución

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favorezca un ahorro de energía y materias primas sin perjuicio para la salud, los ecosistemas o sus elementos. Por su composición y su origen derivado del petróleo (un recurso agotable), los plásticos son un residuo de alto valor, relativamente fácil de recuperar y abundante. Paradójicamente no ha sido objeto de una separación y recolección selectiva, pues en México se calcula que del total de residuos plásticos que se generan sólo el 12 por ciento se recupera para su reciclaje. Existen diferentes causas que dificultan el reciclaje: desde su separación, hasta la obtención de nuevos productos. Éstas pueden ser el bajo valor económico del plástico; por ejemplo, los envases de bebidas que no son retornables; su baja densidad que eleva el costo de transporte, y la diversidad de materiales plásticos de diferente composición que exige una separación por familias antes de ser reciclado, complicando la recolección selectiva. 9.6.

BIOPOLÍMEROS. Los biopolímeros son macromoléculas presentes en los seres vivos. Una definición de los mismos los considera materiales poliméricos o macromoleculares sintetizados por los seres vivos. También, a raíz de nuevas disciplinas médicas como la ingeniería de tejidos, como biopolímeros también se incluyen materiales sintéticos con la particularidad de ser biocompatibles con el ser vivo (normalmente con el ser humano). De entre los biopolímeros los referidos a la primera clasificación, existen tres principales familias: proteínas, polisacáridos y ácidos nucleicos, aunque también otros más singulares como los politerpenos; entre los que se incluye el caucho natural, los polifenoles (como la lignina) o algunos poliésteres como los polihidroxialcanoatos producidos por algunas bacterias. Él biopolímero más abundante en la tierra es la celulosa. El almidón también es un polímero natural cuyos gránulos consisten en

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estructuras macromoleculares ordenadas en capas y cuyas características en cuanto a composición, cantidad y forma varían de acuerdo con el tipo de fuente de la que provenga. Como se puede apreciar, el campo de los biopolímeros es amplísimo, pero para efectos

de

la

siguiente

investigación

se

profundizara

específicamente en uno de ellos, el cual es el almidón y sus propiedades: y de cómo se puede producir a partir de él, un bioplástico: 9.7.

ALMIDÓN.

9.7.1. PROPIEDADES ESTRUCTURALES DEL ALMIDÓN NATURAL. Los granos de almidón están formados por macromoléculas organizadas en capas. Dos estructuras poliméricas diferentes componen los almidones: la amilosa y la amilopectina. Cerca del 20% de la mayoría de almidones es amilosa y el 80% amilopectina. Las moléculas de amilosa, situadas en las capas interiores, están compuestas de aproximadamente 200 a 20,000 moléculas de glucosa unidas por enlaces glucosídicos α – 1,4 (Figura 1) en cadenas no ramificadas o enrolladas en forma de hélice. Muchas moléculas de amilosa tienen algunas ramificaciones α – D-(1,6), aproximadamente entre 0.3 a 0.5% del total de los enlaces. Estas generalmente, no son ni muy largas ni muy cortas y están separadas por grandes distancias permitiendo a las moléculas actuar, esencialmente con un polímero lineal, formando películas y fibras fuertes, y retrogradado fácilmente. Como consecuencia de la formación de cadenas en forma de hélice las fibras y películas de amilosa son más elásticas que las de celulosa. La amilosa es soluble en agua caliente lo cual se debe a la formación de una suspensión coloidal. Dos almidones de maíz de alta amilosa comerciales tienen cerca de 50 y 70% cada uno.

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La estructura de la amilopectina, situada en las capas exteriores, es diferente a la de la amilosa. Las moléculas de la amilopectina contienen enlaces glicosidicos α – 1,4 y α – 1,6, como se observa en la figura 2. Los enlaces glicosidicos unen las moléculas de glucosa en la cadena principal de amilopectina. Con frecuencia se encuentran ramificaciones de la cadena principal, las cuales se deben a los enlaces glicosidicos α – 1,6 con otras moléculas de glucosa. Los puntos de enlace de las ramificaciones constituyen entre el 4 y 5% del total de los enlaces. Las moléculas de amilopectina son significativamente más grandes que las moléculas de amilosa; algunas contienen entre 10,000 y 20 millones de unidades de glucosa. El peso molecular de la amilosa está entre 0.1 y un millón de g/mol. Y el de la amilopectina está entre (10,000 a 1,000 millones) g/mol. Una de las propiedades más importantes del almidón natural es su semicristalinidad donde la amilopectina es el componente dominante para la cristalización en la mayoría de los almidones. La parte amorfa está formada por regiones ramificadas de amilopectina y amilosa. Las propiedades comercialmente significativas del almidón, tales como su resistencia mecánica y flexibilidad, dependen de la resistencia y de carácter de la región cristalina, la cual depende de la relación de amilosa y amilopectina y por lo tanto del tipo de planta, de la distribución del peso molecular, del grado de ramificación y del proceso de conformación de cada componente del polímero.

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9.8.

GELATINIZACIÓN. Se define como la perdida de cristalinidad de los granos de almidón en presencia de calor y altas cantidades de agua con muy poca o ninguna despolimerización. Los granos de almidón son insolubles en agua y en solventes orgánicos. En suspensión acuosa los granos se hinchan por la acción del calor, tienden a perder las propiedades que le confiere su estructura semicristalina y a una temperatura crítica forman un gel. Durante la gelatinización el agua penetra inicialmente en las regiones amorfas iniciando el hinchamiento, lo cual se aprecia por la disminución en la birrefringencia. Luego el agua desaloja las cadenas de almidón desde la superficie de los cristales a medida que la temperatura; la movilidad térmica de las moléculas y la solvatación producida por las fuerzas de hinchamiento provocan una disminución de la cristalinidad por el desenrollado de las dobles hélices, hasta que la estructura granular es fragmentada casi completamente obteniéndose un sólido – gel. La principal diferencia entre la preparación de geles, comidas, películas o materiales procesados de almidón termoplástico (TPS) es la cantidad de agua

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o plastificante durante la gelatinización o fusión de los gránulos de almidón. Para la obtención del almidón termoplástico, el almidón se funde con la ayuda de una cantidad relativamente baja de agua durante el proceso de extrusión, moldeo por presión o moldeo por inyección, por donde la cantidad de agua está por debajo del 20% en la mayoría de los casos. Parte del agua generalmente se reemplaza por pequeñas cantidades de glicerina. Las diferencias en el contenido de agua y glicerina y las condiciones del procesamiento tales como: la velocidad de cizalladura y temperatura producen diferencias en la formación de la red de almidón y en la morfología del material producido. 9.9.

DESESTRUCTURACIÓN. El proceso de desestructuración del almidón natural es la transformación de los granos de almidón semicristalino en una matriz homogénea de polímero amorfo y en el rompimiento de los puentes de hidrógeno entre las moléculas de almidón, de un lado y la despolimerización parcial de las moléculas del otro. Los factores fisicoquímicos que participan en el proceso son: temperatura, esfuerzo constante, velocidad de cizalladura, tiempo de residencia, contenido de agua, y cantidad total de energía aplicada. La amilopectina se despolimeriza inicialmente, y luego la amilosa, con la aplicación de mayor energía. La desestructuración también puede ocurrir cuando se aplica calor. El aumento de temperatura incrementa la solubilidad del almidón en agua produciéndose una despolimerización significativa alrededor de los 150 ºC, sin embargo, solamente por encima de 190 ºC puede confirmarse el incremento de la solubilidad. Cando se aumenta el contenido de humedad de la mezcla disminuye el grado de desestructuración. Durante el proceso de extrusión la cizalladura produce como resultado la fragmentación de los gránulos de almidón, la cual se evidencia por la parcial o completa destrucción de la estructura cristalina de éste, cuando se observa utilizando difracción de rayos X; adicionalmente disminuye

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la viscosidad o aumenta la solubilidad del almidón en solución después de la extrusión, debido a la polimerización en cadenas moleculares dispuestas en forma desordenada, la cual ha sido evidenciada por la variación en los valores del índice (n) de la ley de potencias durante las mediciones reológicas realizadas durante la extrusión. 9.10. EL

ALMIDÓN,

COMO

MATERIA

PRIMA

PARA

LA

ELABORACIÓN DE UN BIOPLÁSTICO. Para convertir un almidón seco en un material bioplástico es necesario romper y fundir la estructura granular semicristalina del mismo [Thire et al, 2003]. El almidón sin los aditivos adecuados (plastificantes) no tiene las propiedades necesarias para trabajar como termoplástico, Los plastificantes incrementan la flexibilidad del almidón debido a su habilidad para reducir la interacción de los enlaces de hidrógeno, además de aumentar el espacio molecular [Mali et al, 2005]. Se pueden distinguir dos tipos de ordenamiento en el almidón termoplástico después de su procesamiento: la cristalinidad residual clasificada en las formas tipo A, B y C causadas por la fusión incompleta durante la plastificación y la cristalinidad inducida durante el procesamiento, de acuerdo a los arreglos generados en las cadenas poliméricas [Van Soest et al, 1996a] Según Sandoval et al (2005), el tipo A es común en almidones de cereales, el B en tubérculos y el C en ciertas raíces y semillas. La cantidad

de

temperatura

cristalinidad y

el

residual está relacionada

esfuerzo

de

corte

aplicado

con

la

durante

el

procesamiento; de igual manera la composición de la mezcla de alimentación también influye indirectamente en esta cantidad de cristalinidad remanente. Dependiendo de algunas condiciones de procesamiento y almacenamiento como la temperatura y la humedad, el almidón amorfo sufre cambios estructurales después del enfriamiento, basados en: recristalización de la amilosa y la amilopectina en diferentes estructuras cristalinas, separación de

ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

25

fase y reorientación del polímero. Las interacciones moleculares (principalmente puentes de hidrógeno entre las cadenas de almidón) que ocurren después del enfriamiento son llamadas retrogradación [Thire et al, 2003]. Esta retrogradación hace referencia igualmente a los cambios que tienen lugar en el almidón gelatinizado desde un estado amorfo inicial a uno cristalino más ordenado. Ocurre porque los geles de almidón no son termodinámicamente estables. De acuerdo a Gudmundsson (1994) las cadenas de amilopectina son responsables por los fenómenos de retrogradación que se generan a largo plazo, mientras que la amilosa se relaciona con los cambios a tiempos más cortos. 9.11. EL MAÍZ Y SU ALMIDÓN. El almidón o fécula de maíz es un polisacárido que se obtiene de moler las diferentes variedades del maíz. Suele formar parte de los carbohidratos que se ingieren de manera habitual a través de los alimentos; en estado natural se presenta como partículas complejas que, en presencia de agua, forman suspensiones de poca viscosidad. Su composición es principalmente de glucosa, aunque puede haber otros componentes presentes en menor cantidad, como ya se ha explicado en apartados anteriores. El almidón de maíz debe conservarse y almacenarse en lugares secos, frescos y no debe estar en contacto con olores fuertes. Es un ingrediente sumamente versátil, se presenta como un polvo blanco muy fino que tiene un sabor característico. 9.12. USOS Y APLICACIONES MÁS COMUNES DEL ALMIDÓN DE MAÍZ. Por lo regular, el almidón de maíz suele utilizarse como agente espesante en diferentes procedimientos, sin embargo sus usos son más variados. A continuación se enlistan algunos de ellos:

ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

26



Alimentos: Se utiliza para espesar y engrosar preparaciones. En productos horneados, pan, dulces, aderezos para ensaladas, entre otros.



Alcohol: Se utiliza en la preparación de bebidas no alcohólicas, perfumes, aerosoles fijadores de cabello y para la pureza del alcohol etílico.



Farmacéutica.



Alimentación de mascotas.



Fabricación de papel. Adhesivos.



Cremas de afeitar.



Productos textiles.



Diversos productos de la industria del cuidado personal. Solventes.



Elaboración de bioplasticos.

9.13. VENTAJAS DEL ALMIDÓN COMO MATERIA PRIMA, PARA ELABORACIÓN DE BIOPLÁSTICOS. Es el segundo biopolimero mas abundante. 

Buenas propiedades mecanicas.



Sellable e imprimible sin tratamiento superficial. Barrera a gases como el CO2 y O2; así como aromas (semejante al PET y al nylon).



Intrínsecamente antiestático.



Hidrosoluble.



Versátil, ya que se puede modificar químicamente

9.14. DESVENTAJAS DEL ALMIDÓN COMO MATERIA PRIMA, PARA ELABORACIÓN DE BIOPLÁSTICOS. 

Material muy sensible a la humedad. Elevada WVTR (water vapor transmission rate, tasa de tramsmisión de vapor de agua).



Elevada densidad.



Procesado complicado por extrusión.

ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

27



Fragilidad.

9.15. BIOPLÁSTICOS. Los bioplasticos son fabricados a partir de recursos renovables de origen natural, como el almidón o la celulosa (caña de azucar, maiz, yuca, remolacha, papa). Para crear un bioplastico, se buscan estructuras quimicas que permitan la degradacion del material por microorganismos, como hongos y bacterias, a diferencia del polipropileno y poliestireno expandido, cuya producción se basa de los derivados del petroleo (recurso que es no renovable). No obstante, hay que precisar que los plasticos biodegradables pueden proceder del petroleo y no deben confundirse con los bioplasticos. Los plasticos biodegradables procedentes del petroleo tienen aditivos que mejoran su capacidad de degradacion, pero no satisfacen las normas internacionales de biodegradabilidad: DIN V 54900, EN 13432, ISO 14855, por citar algunas, mientras que los bioplasticos si lo hacen. Los productos desechables bioplasticos se degradan en un periodo menor a un año, donde el residuo final del proceso es la generacion de CO2, agua y biomasa. Al contrario de los productos desechables plasticos y de poliestireno expandido (durapax) que pueden tomar hasta 1,200 años en degradarse, generando una contaminacion acumulativa al ecosistema. Algunos estudios auguran para los bioplásticos un futuro prometedor, gracias a los cada vez más elevados precios del crudo y su futuro agotamiento, además de la apuesta que hacen las instituciones y los ciudadanos por los productos ecológicos. Cabe mencionar, que algunos desechables bioplásticos son aptos para uso en microondas, resisten temperaturas entre -20 y 120ºC, son livianos, resistentes y de apariencia agradable, por lo que se puede considerar como un producto que no pone en riesgo la vida de los consumidores. Además ayudan a preservar la frescura de los alimentos, en algunos casos son resistentes al agua y al aceite y no ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

28

transfieren sabores y olores. Sin embargo, algunas desventajas de ellos son, la dificultad para disolverse en agua (pero gran absorción), propiedades mecánicas y de procesado poco satisfactorias (con respecto a los plásticos convencionales), fragilidad y baja temperatura de deformación al calor. 9.16. BIODEGRADACIÓN Y BIOPLÁSTICOS. Se define la biodegradación como la capacidad metabólica de los microorganismos para transformar o mineralizar contaminantes orgánicos en compuestos menos peligrosos, que puedan integrar en los

ciclos

biogeoquímicos

naturales.

Sin

embargo,

en

la

biodegradación natural de los contaminantes se debe dar una serie de factores y condiciones vitales para el crecimiento de la bacteria, como son la humedad, los nutrientes, el oxígeno, el pH o la temperatura. Así mismo en este proceso influye la composición, concentración y disponibilidad de los contaminantes, o las características físicas y químicas del lugar contaminado [Montras y Vicent, 2002] Los bioplásticos se pueden degradar por acción biológica, química, fotodegradación, o una combinación de algunas de ellas. La degradación final de todos los materiales plásticos degradables, sea que inicialmente se degraden química por luz, será la acción de microorganismos [Nair, 2007]. Los bioplásticos son biodegradables, desintegrantes y carecen por completo de ecotoxicidad, también pueden ser incinerados, porque el CO2 producido por la incineración es equivalente al que anteriormente fue absorbido por las plantas utilizadas para su fabricación durante su crecimiento. Los nuevos materiales cumplen con la norma europea EN 13432 (Embalaje – Requerimientos para embalaje y envases recuperables a través del compostaje y biodegradación). Esquema de pruebas que verifica el control de los componentes y verifica la ausencia de metales pesados. El umbral de biodegrabilidad exigido por la norma es del 90% y un máximo de seis meses. En cuanto a la ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

29

desintegración, no debe quedar fragmentado el material en fragmento superiores a 2 mm X 2 mm después de 12 semanas. También se controla la ecotoxicidad del humus [AMBIENTA, 2007] La biodegradación de los bioplásticos empieza con un proceso llamado hidrolisis donde hay una ruptura de las cadenas poliméricas. Siendo esta la etapa que mayor tiempo conlleva para los desechables plásticos y de poliestireno expandido, en los que llega a ser de cientos de años. Seguidamente se establece una destrucción de los enlaces como efecto de la luz, el estrés mecánico, la presencia de oxígeno, temperaturas mayores a 60ºC, y la acción de bacterias aerobias. Si los bioplásticos desechables son enterrados (manejo en relleno sanitario) su degradación se lleva a cabo por medio de la acción enzimática de bacterias anaerobias. 9.17. EVALUACIÓN DE BIODEGRADACIÓN. Los nuevos polímeros que ofrecen propiedades mejoradas relativas a la susceptibilidad de ataques microbianos han sido introducidos a los mercados internacionales. Esto necesita de una evaluación de la propensión de los materiales de ser degradados biológicamente. La prueba inicia con la muestra de los plásticos para estimar las propiedades de un lote y proveer material para evaluar un método de prueba. El muestreo es un medio utilizado para solucionar el problema de estimar la calidad de un lote a partir de la inspección de sólo una parte de él. La Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM) y la Organización Internacional de Estándares (ISO)

han

desarrollado

estándares

para

la

prueba

de

biodegradabilidad en diferentes condiciones específicas. Muchos de estos métodos dan resultados similares, aunque generalmente se complementan uno a otro. Basados en la naturaleza de los plásticos y en las rutas disponibles para su disposición final en un país, ejemplos de algunos métodos utilizados para evaluar las

ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

30

propiedades biodegradables de plásticos se pueden consultar en la Tabla 1. Tabla 5.1 Normas para la determinación de biodegrabilidad de plásticos. [Mendoza Reatiga, 2009]

9.17.1. MÉTODOS PARA COMPROBAR DEGRADACIÓN. El aspecto más importante es seleccionar el procedimiento apropiado basado en la naturaleza de los plásticos y las condiciones climáticas del país. Las propiedades biodegradables son evaluadas bajo las siguientes condiciones: 9.17.2. MÉTODO DE CULTIVO PURO. El método de cultivo puro utiliza bacterias u hongos específicos. El método de laboratorio determina el efecto de bacterias u hongos en las bolsas plásticas cuando los plásticos son conservados en las instalaciones del mismo bajo condiciones de temperatura y humedad favorables a dicho ataque. 9.17.3. MÉTODO DE COMPOSTEO. ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

31

El composteo es un proceso administrado que controla la descomposición biológica y la transformación de materiales biodegradables es una sustancia llamada composta. Por tratarse de actividad biológica, durante el proceso, se produce elevación de temperatura, en ocasiones suficientemente alta como para causar ignición de los materiales. El tiempo de biodegradación es variable, dependiendo de los materiales que se utilicen y de la cantidad pero en promedio se puede empezar a utilizar el producto de este proceso, a partir de unas pocas semanas o meses de un año. 9.17.4. DEGRADACIÓN ANAERÓBICA EN PRESENCIA DE LODOS RESIDUALES. El hecho de que en todos los ambientes donde los hidrocarburos naturales se forman el oxígeno no está presente, ha hecho pensar que los hidrocarburos no podrían ser degradados anaeróbicamente. 9.17.5. CONDICIONES DE RELLENO ACTIVAS. Los suelos con vegetación son ambientes activos, tienen una población bacterial de orden de 109 – 1011 organismos por gramo. Enterrar bolsas de plástico en dichos rellenos expone a los plásticos a una biodegradación e hidrólisis. Estos cambios pueden afectar la degradación así como el volumen de reducción. 10. METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN Se considera una investigación de tipo experimental y retrospectiva por tener como objeto de estudio la manipulación de variables experimentales bajo condiciones controladas y además de poseer un carácter exploratorio pues se realiza con el propósito de obtener datos fieles y seguros para que sirvan de base en estudios futuros.

ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

32

11. DISEÑO EXPERIMENTAL ELABORACION DE BIOPLASTICOS A BASE DE ALMIDON DE MAIZ Los plásticos están compuestos de cadenas largas de moléculas llamadas polímeros, el almidón está compuesto de amilasa y amilo pectina, la amilasa tiene estructura larga y recta, la amilo pectina tiene estructura ramificada, al adicionar vinagre se produce una hidrolisis acida se eliminan ramificaciones y se obtiene flexibilidad, la glicerina es un lubricante molecular que plastifica el compuesto, si se agrega mucha glicerina se obtiene un plástico flexible, si se agrega poca glicerina se obtiene un plástico duro

ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

33

MATERIALES ITEM 1. Estufa 2. Vaso de precipitados 500 ml 3. Agitador de vidrio 4. Baño maria a 100º C 5. Agitador magnético 6. 5 gr de almidón de maíz 7. 40 ml de agua destilada 8. HCL 0.1 M 9. NaOH 0.1 M 10. Glicerina comercial 4 ml (v/v) 11. Colorante de alimentos 12. Bandeja de telgopor de 20 x 14 cm

ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

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METODOLOGIA 1. Preparación de 100 ml HCL 0.1 M a)

Medir 100 ml de agua destilada en un vaso de precipitados

b)

Medir 0.83 ml de HCL

c)

Verter el ácido en el vaso de precipitados con el agua destilada

d)

Agitar, sellar y etiquetar

2. Preparación de 100 ml HCL 0.1 M a)

Medir 100 ml de agua destilada en un vaso de precipitados

b)

Medir 0.83 ml de HCL

c)

Verter el ácido en el vaso de precipitados con el agua destilada

d)

Agitar, sellar y etiquetar

3. Preparar baño maria a 100º C 4. Pesar y colocar en un vaso de precipitados 5 g de almidón de maíz. 5. Agregar, mezclando bien, 40 ml de agua destilada 6. Agregar 4 ml de glicerina 50% (v/v) 7. Agregar 6 ml de HCl 0,1 M 8. Agregar unas gotas de colorante de alimentos. 9. Mantener aproximadamente 10 minutos en baño maría, en hervor, agitando continuamente, hasta que la mezcla quede viscosa. 10. Adicionar de 2 a 8 ml de NaOH 0,1M, para disminuir la viscosidad. 11. Verter la mezcla en una bandeja de telgopor y esparcir en toda la supericie sin dejar grumos ni irregularidades. 12. Secar en la estufa o temperatura ambiente 2 días.

ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

35

Preparación de 100 ml HCL 0.1 M 1. Medir 100 ml de agua destilada en un vaso de precipitados 2. Medir 0.83 ml de HCL 3. Verter el ácido en el vaso de precipitados con el agua destilada 4. Agitar, sellar y etiquetar peso del HCL = 36,5 g = 1 mol

Una solución 1 M de HCL tiene 36,5 g/l una de 0,1 M tendrá 3,65 g/l y en 100 ml deberá haber 0,365 g

Si 37 g HCL están en 100 g de ácido concentrado 0,365 g estarán en: 0,365*100/37 = 0,9865 g

V = P/D = 0,9865/1,19 = 0,83 ml

Se puede preparar entonces pesando 0,9865 g de ácido concentrado y diluir a 100 ml o medir 0,83 ml de ácido concentrado y diluir a 100 ml Preparación 100 ml de NaOH 0.1 M 1. Medir 100 ml de agua destilada en un vaso de precipitados 2. Pesar 0.4 gramos de NaOH 3. Añadir los 0.4 gr de NaOH a los 100 ml de agua destilada 4. Agitar con cuidado unos minutos Con la ecuación de molaridad:

M=n/V

M=> Molaridad n=> Numero de moles V=> Volumen en litros ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

36

Despejamos el número de moles:

M*V = n = 0.01

Si n = M / Mm (Masa / Masa molar):

Masa molar:

Na =23 g/mol O = 16 g/mol H = 1 g/mol

NaOH = 40 g/mol

Por lo tanto M = n*Mm ==> M = 0.4 gramos

Entonces necesitas 0.4 gramos de NaOH para preparar 100 ml de solución al 0.1M.

ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

37

RESULTADOS 1. Analizar las características del bioplástico obtenido (solubilidad en agua, biodegradabilidad, resistencia, flexibilidad, combustibilidad).

ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

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PRESUPUESTO Material

Precio

Estufa

S/. 6000

Vaso de precipitados 500 ml

S/. 50

Agitador de vidrio

S/. 20

Baño maria a 100º C

n/a

Agitador magnético

S/. 870

5 gr de almidón de maíz

S/. 5

40 ml de agua destilada

S/. 3

HCL 0.1 M

S/. 15

NaOH 0.1 M

S/. 15

Glicerina comercial 4 ml (v/v)

S/. 5

Colorante de alimentos

S/. 3

Bandeja de telgopor de 20 x 14 cm

S/. 6

Total:

S/. 6992

CRONOGRAMA Actividades

septiembre 2017

octubre 2017

noviembre 2017

diciembre 2017

DESARROLLO Materiales experimentación caracterización resultados presentación

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almidon de maiz

Glicerina comercial

Vaso de precipitados

Agua destilada

ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

40

HCL comercial

Soda caustica comercial

ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

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Masa almidón: 5-6 gr Glicerina: 4-5 ml NaOH: 2-3 ml N

X1

X2

X3

A

G

NaOH

1

-1

-1

-1

5

4

2

2

-1

+1

-1

5

5

2

3

-1

-1

+1

5

4

3

4

+1

-1

-1

6

4

2

5

+1

+1

-1

6

5

2

6

+1

-1

+1

6

4

3

7

-1

+1

+1

5

5

3

8

+1

+1

+1

6

5

3

Y

FORMULAS PROTOTIPO DEL PLASTICO DEGRADABLE DE ALMIDON DE MAIZ Formula 1: Secado a temperatura ambiente por 3 dias MATERIA PRIMA

PORCENTAJE

Almidon de maiz

5 gr

ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

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Agua destilada

40 ml

Acido Clorhidrico 0.1 M

6 ml

Glicerina

4 ml

Hidroxido de sodio 0.1 M

2 ml

Formula 2: Secado a temperatura ambiente por 3 dias MATERIA PRIMA

PORCENTAJE

Almidon de maiz

5 gr

Agua destilada

40 ml

Acido Clorhidrico 0.1 M

6 ml

Glicerina

5 ml

Hidroxido de sodio 0.1 M

2 ml

Formula 3: Secado a temperatura ambiente por 3 dias MATERIA PRIMA

PORCENTAJE

Almidon de maiz

5 gr

Agua destilada

40 ml

Acido Clorhidrico 0.1 M

6 ml

Glicerina

4 ml

Hidroxido de sodio 0.1 M

3 ml

Formula 4: Secado a temperatura ambiente por 3 dias MATERIA PRIMA

PORCENTAJE

ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

43

Almidon de maiz

6 gr

Agua destilada

40 ml

Acido Clorhidrico 0.1 M

6 ml

Glicerina

4 ml

Hidroxido de sodio 0.1 M

2 ml

Formula 5: Secado a temperatura ambiente por 3 dias MATERIA PRIMA

PORCENTAJE

Almidon de maiz

6 gr

Agua destilada

40 ml

Acido Clorhidrico 0.1 M

6 ml

Glicerina

5 ml

Hidroxido de sodio 0.1 M

2 ml

Formula 6: Secado a temperatura ambiente por 3 dias MATERIA PRIMA

PORCENTAJE

Almidon de maiz

6 gr

Agua destilada

40 ml

Acido Clorhidrico 0.1 M

6 ml

Glicerina

4 ml

Hidroxido de sodio 0.1 M

3 ml

Formula 7: Secado a temperatura ambiente por 3 dias MATERIA PRIMA

PORCENTAJE

Almidon de maiz

5 gr

Agua destilada

40 ml

Acido Clorhidrico 0.1 M

6 ml

Glicerina

5 ml

Hidroxido de sodio 0.1 M

3 ml

ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

44

Formula 8: Secado a temperatura ambiente por 3 dias MATERIA PRIMA

PORCENTAJE

Almidon de maiz

6 gr

Agua destilada

40 ml

Acido Clorhidrico 0.1 M

6 ml

Glicerina

5 ml

Hidroxido de sodio 0.1 M

3 ml

ELABORACION DEL PLASTICO BIODEGRADABLE

ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

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SECADO DEL BIOPASTICO

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PLASTICOS SECOS

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ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

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ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

50

Prueba de espesor de los plásticos biodegradables La película de bioplastico obtenida, en todos los casos, no fue uniforme si se compara con un plástico común ya que no se disponía de una maquina extrusora que es la que se encarga de dar el espesor característico de una película de plástico común. Instrumento de medición: micrómetro Prototipo

Espesor promedio (mm)

2

0.51

8

0.88

EVALUACION DE LA BIODEGRADABILIDAD Este ensayo se realizó solamente para los prototipos 2 y 8. Se colocaron rectángulos de plástico biodegradable de 2.5 x 2.5 cm en contacto con compost orgánico, enterrando las muestras a 2 cm de profundidad. Se medirían los cambios por el método gravimétrico evaluando la pérdida de peso en 30 días bajo condiciones aeróbicas Se calculó la pérdida de peso según la siguiente fórmula.

ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

51

Peso inicial: Prototipo

Peso inicial mg

2

639

8

809

ELABORACION Y CARACTERIZACION DE PLASTICOS BIODEGRADABLES DE ALMIDON DE MAIZ

52

PRUEBAS DE RESISTENCIA A LA TRACCION La resistencia a la tracción, que es la medida de la capacidad de un polímero a resistir a los esfuerzos de estiramiento, normalmente se mide aplicando un esfuerzo a una probeta. Durante este análisis se utiliza una probeta de 5 x 10 cm. La expresión que se utilizó para calcular este parámetro se presenta a continuación:

Prototipo

Resistencia Mega pascales

2 8

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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