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La tendencia «verde»: biopolímeros para artículos biodegradables

Por preocupación ambiental, se hacen tendencia materias primas de primera generación y segunda generación de origen biológico. European Bioplastics considera como bioplástico los polímeros que son biodegradables, bio-basados, o ambos.

Materiales convencionales como los polímeros plásticos de origen petroquímico y metal, son usados en diversas aplicaciones: en empaque para alimentos, en la industria biomédica, entre otras. De los plásticos basados en el petróleo, el Polietilen Tereftalato (PET), el Cloruro de Polivinilo (PVC), la Poliamida (PA), el Poliestireno (PS), el Polietileno (PE), entre otros, son usados como material de empaque debido a su rigidez, flexibilidad, excelentes propiedades de barrera, bajo costo y fácil producción [1].

La naturaleza no-biodegradable de los plásticos y la lixiviación de productos químicos del material plástico hacia los alimentos son los principales problemas del empaque plástico. Actualmente, los consumidores, los cuerpos regulatorios, y la industria de los alimentos están alarmados acerca de la calidad de los alimentos y los empaques sustentables, el riesgo de los empaques de plástico sobre la salud humana, y el medio ambiente. En consecuencia, las industrias buscan el reemplazo adecuado y ecológico de los polímeros sintéticos, materias primas de primera generación y segunda generación de origen biológico [2].

Los plásticos de origen biológico, un subgrupo de materiales bioplásticos, se fabrican utilizando biomasa y productos químicos derivados de la biomasa que se someten a todo un proceso químico, físico o biológico para su conversión en plásticos y se consideran seguros para desecharlos. Los plásticos se pueden fabricar utilizando una diversa variedad de materias primas. Las materias primas renovables de primera generación que ocurren naturalmente, como el maíz, el trigo, la papa, la caña de azúcar, entre otros, son las fuentes primarias, además de la utilización de biomasa agrícola, de residuos de la industria alimentaria y de lignocelulosa como materias primas de segunda generación para la producción de plásticos de origen biológico [3].


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En 2020, el plástico de origen biológico utilizado en el envasado de alimentos fue de 0,99 millones de toneladas, lo que equivale al 47% del total del plástico de origen biológico producido. Asia es el mayor productor de plásticos de origen biológico, con una participación del 46% en la producción total en todo el mundo (European Bio-plastics, 2020) [4].

Plásticos de origen biológico

El término bioplástico fue acuñado por la “European Bioplastics” como polímeros que son biodegradables, bio-basados, o pueden ser ambos. Se enmarcan principalmente en tres categorías de bioplásticos, i.e., parcialmente bio-basados o bio-basados y plásticos no-biodegradables como Polipropileno bio-basado (Bio-PP), Polietileno bio-basado (Bio-PE), Polietilén Tereftalato bio-basado (Bio-PET); los plásticos biodegradables bio-basados, tales como el Polihidroxialcanoatos (PHA), Ácidos Polilácticos (PLA), o Polibutilén Succinato (PBS), y plásticos que son elaborados de fuentes fósiles y que son también biodegradables, como la Policaprolactone (PLC) o Tereftalato de Adipato de Polibutileno (PBAT).

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Los consumidores empiezan a demandar productos de plásticos biodegradables

Biodegradabilidad de plásticos de fuentes biológicas

La biodegradabilidad de cualquier material hace referencia a la degradación por la acción de microrganismos de origen natural, como bacterias, hongos y algas (ASTM-D883). La biodegradación de polímeros depende de varios factores y condiciones ambientales (temperatura, humedad, pH, entre otros), la estructura química del compuesto, el enlace químico y la acción microbiana. Ello conlleva pocos días a un año o más.

Los plásticos originales de base biológica como el Bio-PET y el Bio-PE no tienen diferencias con sus homólogos derivados del petróleo y no son biodegradables en el agua, el suelo y ni siquiera en el entorno de compostaje industrial [3],[5]. Esos pueden ser regresados a la economía circular a través del reciclado en la misma corriente de reciclaje que la convencional y disminuyendo la huella de carbono.

Desafíos de los plásticos de origen biológico

Con el cambio del plástico petroquímico, también está surgiendo la confusión con respecto a la palabra plástico de origen biológico. Todavía existe una creencia incorrecta de que todos los polímeros de origen biológico son biodegradables [6]. Es importante comprender la diferencia entre los plásticos de origen biológico y los plásticos biodegradables.

La biodegradabilidad de los plásticos no depende de la materia prima utilizada en su generación, sino de la composición del material producido y del entorno requerido para su degradación [7]. En ese sentido, también se ha usado materia prima de tercera generación (biomasa de algas).

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Una de las acciones clave para lograr una economía circular es disponer correctamente los materiales postconsumo

En el ámbito biomédico, el uso de polímeros de origen biológico depende de la interacción con los tejidos celulares, y el aspecto del diseño de los materiales, incluyendo la composición, las propiedades mecánicas, la estructura molecular y las propiedades tribológicas [8],[9]. Un ejemplo son los hidrogeles elaborados con alginato constituido por bloques de residuos de β-D-manuronato (M) y α-L-guluronato (G). La proporción de residuos M y G y su conformación macromolecular determinan las propiedades físicas y la afinidad del alginato por los metales pesados divalentes [10]. Con cationes divalentes, como el calcio (Ca+2), forman estructuras similares a la que se presenta en la Figura 1.

La tendencia "verde", Biopolímeros para artículos biodegradables

Autores:  Dr. José Antonio Sánchez Fernández, investigador, Departamento de Procesos de Polimerización, Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA)

Referencias

 

[1]          Saurabh, R. S. Mor, A. Kishore, and V. S. Sharanagat, “Bio-sourced polymers as alternatives to conventional food packaging materials: A review,” Trends Food Sci. Technol., 2021, doi: 10.1016/j.tifs.2021.06.026.

[2]          Y. Van Fan, H. H. Chin, J. J. Klemeš, P. S. Varbanov, and X. Liu, “Optimisation and process design tools for cleaner production,” J. Clean. Prod., vol. 247, 2020, doi: 10.1016/j.jclepro.2019.119181.

[3]          H. Karan, C. Funk, M. Grabert, M. Oey, and B. Hankamer, “Green Bioplastics as Part of a Circular Bioeconomy,” Trends Plant Sci., vol. 24, no. 3, pp. 237–249, 2019, doi: 10.1016/j.tplants.2018.11.010.

[4]          E. Bio-plastics, 2020. https://www.european-bioplastics.org/market/ (accessed Jul. 05, 2021).

[5]          A. Beaucamp, Y. Wang, M. Culebras, and M. N. Collins, “Carbon fibres from renewable resources: The role of the lignin molecular structure in its blendability with biobased poly(ethylene terephthalate),” Green Chem., vol. 21, no. 18, pp. 5063–5072, 2019, doi: 10.1039/c9gc02041a.

[6]          A. C. Mendes and G. A. Pedersen, “Perspectives on sustainable food packaging:– is bio-based plastics a solution?,” Trends Food Sci. Technol., vol. 112, no. October 2020, pp. 839–846, 2021, doi: 10.1016/j.tifs.2021.03.049.

[7]          D. Briassoulis, A. Pikasi, and M. Hiskakis, “Recirculation potential of post-consumer /industrial bio-based plastics through mechanical recycling – Techno-economic sustainability criteria and indicators,” Polym. Degrad. Stab., vol. 183, p. 109217, 2021, doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2020.109217.

[8]          M. Hedayati, M. J. Neufeld, M. M. Reynolds, and M. J. Kipper, “The quest for blood-compatible materials: Recent advances and future technologies,” Mater. Sci. Eng. R Reports, vol. 138, no. March, pp. 118–152, 2019, doi: 10.1016/j.mser.2019.06.002.

[9]          H. Samadian, H. Maleki, Z. Allahyari, and M. Jaymand, “Natural polymers-based light-induced hydrogels: Promising biomaterials for biomedical applications,” Coord. Chem. Rev., vol. 420, 2020, doi: 10.1016/j.ccr.2020.213432.

[10]        V. Bertolino et al., “Effect of the biopolymer charge and the nanoclay morphology on nanocomposite materials,” Ind. Eng. Chem. Res., vol. 55, no. 27, pp. 7373–7380, 2016, doi: 10.1021/acs.iecr.6b01816.

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