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FASE 4 - EJECUCIÓN DEL PROYECTO: PLASTICOS BIODEGRADABLES.

GRUPO: 212027_77 YULIETH GUZMAN BERMUDEZ: RESPONSABLE DE CRONOGRAMA ADRIANA VILLEGAS: RESPONSABLE DE INGENIERÍA,

TUTOR CESAR FIGUEREDO

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA PROYECTO DE INGENIERÍA II NOVIEMBRE DE 2019

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TABLA DE CONTENIDO

1.

INTRODUCCIÓN..................................................................................................................................iii

2.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA......................................................................................................iv

3.

OBJETIVOS...........................................................................................................................................v

4.

JUSTIFICACION....................................................................................................................................vi

5.

RECURSOS REQUERIDOS....................................................................................................................vii

6.

Diagrama de GANT............................................................................................................................viii

7.

MÉTODOS Y MATERIALES...................................................................................................................ix

8.

HIPOTESIS:...........................................................................................................................................x

9.

MARCO TEORICO.................................................................................................................................x 

BIOPOLÍMEROS................................................................................................................................x



EL ALMIDÓN, COMO MATERIA PRIMA PARA LA ELABORACIÓN DE UN BIOPLÁSTICO.....................x



EL MAÍZ Y SU ALMIDÓN..................................................................................................................xi



USOS Y APLICACIONES MÁS COMUNES DEL ALMIDÓN DE MAÍZ...................................................xii



VENTAJAS DEL ALMIDÓN COMO MATERIA PRIMA, PARA ELABORACIÓN DE BIOPLÁSTICOS.........xii



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



BIOPLÁSTICOS...............................................................................................................................xiii



FÓRMULAS PROTOTIPO................................................................................................................xiv



ESPESOR DEL BIOPLÁSTICO...........................................................................................................xiv

1.

RESULTADOS......................................................................................................................................xv

2.

RESULTADOS VISUALES: VIDEO.........................................................................................................xvi

3.

CONCLUSIONES.................................................................................................................................xvi

4.

RECOMENDACIONES........................................................................................................................xvii

5.

ANEXOS...........................................................................................................................................xviii 

6.

ANEXO 1: Poster científico fabricación de bioplasticos...............................................................xviii BIBLIOGRAFÍA....................................................................................................................................xix

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1. INTRODUCCIÓN

El bioplástico es un material biodegradable que logra remplazar el plástico común, nuestro biopolímero está realizado por medio de maicena, agua, glicerina, vinagre blanco y colorante vegetal que en conjunto forman una masa similar a la del plástico realizado con petróleo, flexible al momento de moldear, pero solida al momento de usar, además no daña el medio ambiente, es más lo favorece al momento de su degradación ya que se convierte en abono orgánico. Además, demostramos que hay maneras de realizar plástico sin ningún contamine y libre de tóxicos químicos.

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2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El plástico tiene gran demanda en el mercado, ya que es necesario en diversos sectores del comercio y en la sociedad, la utilización de plásticos no biodegradables trae como consecuencias problemas ecológicos y de salud, este no produce beneficios y se necesita el petróleo para su fabricación en lugar de darle otro uso. La problemática generada por el uso excesivo de plásticos convencionales y su efecto contaminante ha llevado a proponer nuevos materiales que sean amigables con el ambiente y que a partir de sus componentes tengan un menor tiempo de degradación con menores costos de fabricación. En base a la problemática planteada se dice que los plásticos biodegradables son la forma más natural de cuidar el medio ambiente e inducir a las industrias al cambio de rumbo en su producción, para ir reconstruyendo nuestro entorno vital, de forma que los derivados del petróleo vayan en disminución y nuestra contribución a la contaminación

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3. 

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL: Fabricar plásticos de material biodegradable con el propósito de caracterizar cómo se comporta la maicena como alternativa de bioplastico para envases y recipientes.



OBJETIVOS ESPECIFICOS:



Caracterizar las propiedades de un plástico biodegradable para observar en qué medida se puede minimizar la generación de residuos plásticos.



Innovar Desarrollar un novedoso producto, servicio, proceso o modelo de negocio requerido y altamente valorado por el mercado.

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4. JUSTIFICACION

Este proyecto se realiza para comprobar que es posible realizar un biopolímero a base de maicena, y después de analizar los resultados comprobar que es posible la creación de un plástico amigable con el planeta. Los productos biodegradables ya que brindan seguridad y bienestar a nuestro planeta al no producir residuos tóxicos o químicos cuando se descomponen lo que ayuda a no contribuir al efecto invernadero.  Los materiales o productos biodegradables provocan un menor impacto en los ecosistemas ya que su proceso de descomposición es mucho más rápida o los materiales pueden ser reciclados, así mismo los bioplasticos permiten los siguientes beneficios, los cuales son útiles para nuestro entorno. Ampliación de la materia prima, con la calidad y el precio correcto. Esto mejorará la competencia. • Uso de procesos de tecnología existentes. • Nuevo ámbito de negocios, incluyendo un nicho de productos. • Posible reducción de los fósiles de carbón en el ciclo de la vida del producto. • Beneficios adicionales para la función de un producto a través de la biodegradabilidad. • Promociones de ciertos productos como comida para llevar en un embalaje orgánico.

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5. RECURSOS REQUERIDOS

Una de las tantas recetas para fabricar bioplástico en casa tiene como materia prima principal a la maicena (fécula o almidón de maíz). Para hacer este tipo de plástico 30 gramos de maicena serán suficientes. Otros productos y herramientas necesarios son agua, vinagre, glicerina un recipiente y una cuchara, a poder ser antiadherentes para facilitar el proceso de despegar la mezcla resultante del proceso.  

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6. Diagrama de GANT

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7. MÉTODOS Y MATERIALES.

Prueba 1: realizamos los siguientes pasos; utilizamos un sartén hondo de teflón para que este fuera adherible, colocamos una cuchara de maicena, 1 cuchara raza de vinagre, 1 cuchara de glicerina, 4 cucharas agua, revolvimos y posteriormente lo sometimos a temperaturas altas, para lograr esto encendimos la estufa y movimos frecuentemente para que la consistencia no se quemara. Revolvimos durante 7 a 10 m aprox. y nos dimos cuenta que está ya estaba espesa, gusto para moldearla le dimos distintas formas, de las cuales dejamos secar por 3 días dentro de un gabinete, para que este endureciera y se solidificara.

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8. HIPOTESIS:

Obtener bioplástico a base de maicena y adecuarlo a algunas necesidades básicas para el ser vivo.

9. MARCO TEORICO

•

BIOPOLÍMEROS.

Los biopolímeros son macromoléculas presentes en 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). Él biopolímero más abundante en la tierra es la celulosa. El almidón también es un polímero natural cuyos gránulos consisten en 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 profundizará 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: •

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

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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 cristalinidad residual está relacionada con la temperatura y el esfuerzo de corte aplicado 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 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.

•

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

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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.

•

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 

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.

•

VENTAJAS DEL ALMIDÓN COMO MATERIA PRIMA, PARA ELABORACIÓN DE BIOPLÁSTICOS.

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1. 2. 3. 4.

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). 5. Intrínsecamente antiestático. 6. Hidrosoluble. 7. Versátil, ya que se puede modificar quimicamente. •

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

1. Material muy sensible a la humedad. Elevada WVTR (water vapor transmission rate, tasa de tramsmisión de vapor de agua). 2. Elevada densidad. 3. Procesado complicado por extrusión. 4. Fragilidad. •

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

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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 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. •

FÓRMULAS PROTOTIPO.

El ejercicio 5 fue la que cumplió con las expectativas para la realización de la pasta de bioplástico ya que presentaba muy buena consistencia y mejores propiedades elásticas, no era quebradiza y fue relativamente más resistente que los otros prototipos. En todos los casos solo se logró la producción de una película, no fue posible obtener un prototipo con forma de bandeja que fuera satisfactorio, esto debido mayormente a la falta de una extrusora. •

ESPESOR DEL BIOPLÁSTICO.

La pasta de bioplástico 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.

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1. RESULTADOS

Con base a los análisis del experimento se obtuvieron los siguientes resultados del producto elaborado: el bioplastico retuvo una forma rígida después de los 3 días de solidificación, se desarrollaron 5 intentos cada uno con un margen de 3 a 4 días, en el quinto intento se obtuvo una consistencia no tan similar al polímero común, pero claramente resulto una alternativa eficaz.

Numero de intentos y nivel de exito obtenido Columna1

Exponential (Columna1)

7 6 5 4 3 2 1 0

I n t en t o 1

I n t en t o 2

I n t en t o 3

I n t en t o 4

I n t en t o 5

En la gráfica 1: la cual se evidencia nos podemos visualizar que los primeros intentos fueron fallidos ya que la mezcla después de haberla preparado, se partía y se oxidaba, lo cual no permitía la observación del plástico biodegradable, así mismo nos dimos cuenta que la mezcla de la maicena en conjunto con el agua, el vinagre y la glicerina debería ser proporcionada, en este caso no se le debía colocar menos agua y más maicena ya que la mezcla tiende a pegarse en el material antiadherente, y al batir los ingredientes quedara una mezcla pastosa la cual era imposible de darle forma, lo contrario de nuestro último intento descubrimos que la formación del bioplastico se forma cuando mezclamos más agua que maicena de tal forma que la mezcla sea más liquida y posteriormente con el fuego pase a hacer más sólida, lo cual permitirá darle

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forma al bioplastico y de esta manera esperar que seque a los tres días para observar el producto final del mismo.

CUANTIFICACIÓN DEL BIOPLASTICO SEGÚN PREPARACIÓN

PRIMERA MUESTRA

MATERIALES MAIZENA CUCHARADAS SOPERAS DE AGUA CUCHARADA DE GLICERINA CUCHARADA DE VINAGRE

CANTIDAD OCHO GRAMOS 4 1 1

TIEMPO TOTAL DE COCION DE LA MEZCLA: SESENTA SEGUNDOS PESO DEL BIOPLASTICO: 14 GRAMOS

SEGUNDA MUESTRA MATERIALES MAIZENA CUCHARADAS SOPERAS DE AGUA CUCHARADAS DE GLICERINA CUCHARADAS DE VINAGRE

CANTIDAD 21 GRAMOS 12 3 3

TIEMPO TOTAL DE COCION DE LA MEZCLA: 2 MINUTOS 50 SEGUNDOS. PESO DEL BIOPLASTICO: 57 GRAMOS

xvii

•

FLUJOGRAMA

RESULTADOS VISUALES: VIDEO

https://www.youtube.com/watch?v=uQw22XEEroI&t=3s

xviii

CONCLUSIONES.



Obtener plástico biodegradable por medio de almidones como lo es la maicena y distintos

aditivos,

ya

que

logramos

obtener

un

biopolímero

libre

de

contaminantes, además analizamos que el almidón debe estar completamente pulverizado, la temperatura alta es un factor clave para la realización del mismo y requiere aproximadamente un proceso de 48 horas para que sea rígida. El biopolímero que realizamos tarda aprox. 6 meses en su degradación y al momento del mismo se convierte en abono, un factor clave para el crecimiento de las plantas, y así mostramos que es sencillo realizar un biopolímero con bajo costo, al alcance, y sobretodo amigable con el planeta. 

Cabe mencionar que no se pudo obtener un prototipo en forma de bandeja que fuera satisfactorio.



De la elaboración del plástico biodegradable se determinó que la velocidad de secado y cantidades de almidón y glicerina son factores muy importantes, ya que afectan la elasticidad y estabilidad de la película a través del tiempo. Si el secado es rápido y a altas temperaturas se produce un material quebradizo, frágil; por otro lado si esta operación se realiza de forma gradual se obtiene una película elástica y sin cortes. En cuanto a la relación almidón/glicerina, al aumentar las proporciones de esta última en la formulación se obtenía un producto más elástico.



En cuanto a las pruebas mecánicas, el bioplástico es un material débil a la resistencia débil y, por ese motivo no es apto para aplicaciones que requieran

xix

una alta resistencia a la compresión. Sin embargo, puede usarse como material de empaque si este no se expone a altas temperaturas.

RECOMENDACIONES Esta ejecución de proyecto solo se limitó hasta la elaboración de una plancha de bioplástico, se recomienda seguir con el proceso hasta la obtención del prototipo de plato o bolsa. Involucrar una investigación de tipo económica para conocer la viabilidad de este tipo de material.

xx

10. ANEXOS

•

ANEXO 1: Poster científico fabricación de bioplasticos

xxi

11. BIBLIOGRAFÍA

3.1 Lerma, H. D. (2009). Metodología de la investigación: propuesta, anteproyecto y proyecto (pp. 147-155). Bogotá, Colombia: Ecoe Ediciones.  Recuperado de  https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2968/ehost/ebookviewer/ebook/bmxlYmtfXzQ4MzM 1NF9fQU41?sid=2a57a30c-df14-464c-a591-c79ba6d49cb9@pdc-vsessmgr01&vid=5&format=EB&rid=2 3.2 Lozano, J. R. (2012). Presentación en cartel de trabajos de investigación. Investigación

en

Educación

Médica,

1(2),

96-98.

Recuperado

de

http://www.redalyc.org/pdf/3497/349736303008.pdf Recursos educativos adicionales para el curso (Bibliografía complementaria) Otros recursos bibliográficos que puede consultar para ampliar las temáticas tratadas en esta Unidad son: 3.3 Van’t, A. (2013). Cómo elaborar un cartel científico. Revista de El Colegio de San Luis,

III(5), 134-145.

Recuperado

de http://www.redalyc.org/pdf/4262/426239579006.pdf

3.4. PRAKASH, J., SIVAKUMAR, V., THIRUGNANASAMBANDHAM, K. y SRIDHAR, R. Comportamiento de degradación de biocompuestos a base de almidón de yuca enterrado en condiciones de suelo interior. Polímeros de carbohidratos 101 (1), 2014, p. 20-28. 3.5. ILES, A. y MARTIN, A. Bioplásticos en expansión producción: innovación empresarial sostenible en La industria química. Journal of Cleaner Production 45 (1), 2013, p. 38-49.

xxii

[SOROUDI, A. y JAKUBOWICZ, I. Reciclaje de bioplásticos, sus mezclas y biocompuestos: A revisión. European Polymer Journal 49 (10), 2013, pags. 2839-2858. REDDY, M., VIVEKANANDHAN, S., MISRA, M., BHATIA, S. y MOHANTY, A. Plásticos de base biológica. y bionanocomposites: estado actual y oportunidades futuras. Progreso en la ciencia de polímeros, 38 (10-11), 2013, p. 165-1689. XIE, F., POLLET, E., HALLEY, P. y AVÉROUS, L. Nano-biocompuestos a base de almidón. Avances en Polymer Science 38 (10-11), 2013, p. 1590-1628. SEYMOUR, R., y CARRAHER Jr, C. Introducción a la química de los polímeros. 2 ed. Barcelona (España): Reverté S.A., 2002, 716 p.