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FABRICACIN DE BIOPOLMEROS BIODEGRADABLES A PARTIR DE ALMIDON DE MAZ
Universidad Nacional de Colombia Sede Amazona Leticia Amazonas, Junio 3 de 2014
FABRICACIN DE BIOPOLMEROS BIODEGRADABLES A
PARTIR DE ALMIDON DE MAZ.
Edwin J. Estupian Cadena1
Hristo f. Teteye Giagrekudo2
RESUMEN
En este trabajo experimental podremos demostrar cmo se producen polmeros de forma orgnica a partir del
almidn de maz, que se caracteriza por poseer componentes biodegradables por causas fsicas del ambiente.
En este trabajo mostraremos una pequea explicacin con base a las problemticas que existen entorno a los
polmeros sintticos derivados del petrleo que no son biodegradables, los cuales estn ocasionando un
impacto ambiental negativo en el planeta y cmo se han creado alternativas de solucin para reducir este tipos
de impactos negativos. Despus, se mostrara los diferentes materiales y metodologas utilizadas para lograr
hacer el experimento y en ltimo lugar los resultados obtenidos. Para la elaboracin de estos polmeros se
parti de un video gua filmado por Manuel Freddy Molina profesor de Principios de Qumica de la Universidad
Nacional de Colombia y tambin se tomaron en cuenta libros de investigacin acerca de elaboracin de
polmeros biodegradables. Se realizaron diferentes procesos de mezcla con distintas proporciones de cantidad
de reactivo, al finalizar el proceso experimental obtuvimos 8 muestras polimricas consistentes y algunas ms
flexibles que otras. Estos resultados fueron sometidos a factores expuestos a una temperatura ambiente entre
29C Y 32C temperatura promedio de Leticia (Amazonas), por ltimo cada una de las modelos de polmeros
fueron examinados con base a sus propiedades fisicoqumicas.
PALABRAS CLAVE: experimento; biopolmeros; biodegradables; almidn de maz; alternativa;
1 Ingeniera Geolgica, Universidad Nacional de Colombia. [email protected]
2 Ingeniera de Minas y Metalurgia, Universidad Nacional de Colombia. [email protected]
FABRICACIN DE BIOPOLMEROS BIODEGRADABLES A PARTIR DE ALMIDON DE MAZ
INTRODUCCIN
El uso de los polmeros sintticos no biodegradable,
est generando un elevado volumen de residuos de
este material, los cuales son recolectados en
depsitos residuales o rellenos sanitarios sin recibir
una efectiva forma de eliminacin, provocando
impactos ambientales negativos considerables en el
planeta. Los polmeros sintticos son provenientes
del petrleo el cual es un recurso no renovable y
que posee una alta resistencia de degradacin
demorando ms de 500 aos en descomponerse y
ser asimilado por la naturaleza [1]
Por este motivo, es preciso encontrar otras
alternativas de solucin a estos problemas, que
sean sostenibles para que ayuden a la disminucin
impactos ambientales ocasionados por estos
residuos no orgnicos. Actualmente se han
generado como alternativa la fabricacin de
polmeros biodegradables que son producidos a
partir de materias primas de fuentes renovables [2].
A pesar de todas las ventajas biopolmeros tienen
algunas limitaciones tcnicas que hacen que sea
difcil su proceso y su uso como producto final. Por
lo tanto, muchos grupos de investigacin se han
dedicado al estudio de la modificacin de polmeros
para facilitar el procesamiento y uso de los mismos
en diversas aplicaciones. [3]
Los polmeros (del Griego: poly: muchos y mero: parte, segmento) son macromolculas (generalmente orgnicas) formadas por la unin de molculas ms pequeas llamadas monmeros.
El almidn, la celulosa, la seda y el ADN son ejemplos de polmeros naturales, entre los ms comunes de estos y entre los polmeros sintticos encontramos el nailon, el polietileno y la baquelita. [4]
En el presente experimento se elabor un
biopolmero que proviene de fuentes naturales
utilizando como material principal el almidn de
maz. Adems se utilizaron otras sustancias que
ayudaron a la obtencin de un producto plstico
con caractersticas de resistencia, permeabilidad,
plasticidad muy similares al polmero sinttico, con
la diferencia que este producto biodegradable se
degrada en menos tiempo.
En este trabajo el principal objetivo es mostrar los
ensayos realizados en la elaboracin de
biopolmeros, empleando formas eficaces para la
produccin de plsticos biodegradables que
contribuyan al desarrollo de tecnologas amigables
con el medio ambiente. .
MATERIALES Y MTODOS
Para la fabricacin o elaboracin de los
biopolmeros se tuvieron en cuenta parmetros ya
establecidos, y los ingredientes que se utilizaron
fueron almidn de maz, vinagre (cido actico),
glicerina, agua, colorantes y los utensilios para su
preparacin fueron un sartn antiadherente,
jeringas (se usan para medir las proporciones de
las sustancias), esptula o herramienta para
mezclar, acetatos (sirve para poner a secar los
biopolmeros) (Tabla 1)
Tabla 1: Materiales para la elaboracin de biopolmeros.
Jeringas
Acetato
Sartn antiadherente
Almidn de maz
Agua
cido actico
(Vinagre)
Glicerina
Colorantes
FABRICACIN DE BIOPOLMEROS BIODEGRADABLES A PARTIR DE ALMIDON DE MAZ
PROCEDIMIENTO DE ELABORACIN Para la elaboracin del biopolmero utilizamos:
1. Sartn antiadherente 2. Jeringas 3. Acetato 4. 30 ml de Agua 5. 5 ml de cido actico (vinagre) diluido al
5% 6. 3 ml de Glicerina 7. 3 cucharaditas de Almidn de maz.
PROCEDIMIENTO
Utilizamos el sartn antiadherente para que la
mezcla sea fcilmente removible.
El fuego a baja intensidad fue muy importante en la
elaboracin de los polmeros, ya que permita que
el almidn se disolviese bien y facilitaba la mezcla
de los ingredientes.
Utilizamos el agua como solvente, ya que permita
que las sustancias se mezclaran con facilidad.
El vinagre tiene la funcin de dar propiedad a todos
los elementos mezclados para as obtener un mejor
biopolmero. Como el almidn est compuesto de
amilosa y amilopectina, lo que hace el vinagre a
travs de la hidrlisis acida es poder acabar con
algunas de las ramas de la amilopectina y as evitar
que el plstico sea quebradizo o dbil.
La glicerina es un plastificante y adems brinda
humectacin al polmero.
Se obtiene una mezcla homognea si mezclamos
los ingredientes y enseguida agregar el almidn
maz.
FABRICACIN DE BIOPOLMEROS BIODEGRADABLES A PARTIR DE ALMIDON DE MAZ
Como anteriormente dicho, el almidn tiene dos
componentes esenciales: amilosa y amilopectina.
La primera tiene las propiedades que estamos
investigamos y encontramos que es un polmero
muy largo y recto; Al contrario, amilopectina es un
polmero ramificado y corto, lo que significa que
dar plstico que se puede quebrar y eso no nos
sirve.
Para distinguir los polmeros uno de otros y mejorar
la visualizacin, le agregamos colorante al agua. En
este caso estamos agregando colorante azul.
Al finalizar la coccin, se esparce el gel que sali
como resultado en una lmina de acetato.
Para realizar el experimento se necesitan seguir estos pasos, las cantidades de los ingredientes pueden variar dependiendo de la cantidad desea agregarle el investigador. Realizamos una variable por biopolmero, para ver cul nos sala mejor, y nos dimos cuenta que es esencial la intensidad del fuego, as, que decidimos hacer todos los biopolmeros a fuego bajo, para que de esta forma las muestras se disolviesen mejor que antes, y los resultados sean mejores.
BIOPOLIMERO 1
Le agregamos al agua colorante blanco. Iniciamos calentando el sartn a fuego bajo, vertimos primero 30 ml de agua, luego 3 ml de glicerina y 5 ml de vinagre, revolvimos las sustancias para luego agregar las 3 cucharadas de almidn de maz. Mantuvimos la mezcla en constante movimiento para que se cocine homogneamente hasta que forme una especie de gel que es la consistencia que deseamos. Terminada la coccin, depositamos la mezcla en una lmina de acetato esparcindola por la superficie de la lmina. El tiempo que nos tom hacer todo esto fue de 2 minutos con 40 segundos. Dejamos secando el biopolmero, el primer da nos dimos cuenta que tena una grieta, y los das siguientes se sec ms, fuera de eso no mostr ms cambios.
FABRICACIN DE BIOPOLMEROS BIODEGRADABLES A PARTIR DE ALMIDON DE MAZ
BIOPOLIMERO 2
Al agua le agregamos colorante azul. Calentamos el sartn a fuego bajo, vertimos 30 ml de agua, luego 3 ml de glicerina y 5 ml de vinagre, mezclamos bien las sustancias y le agregamos esta vez 4 cucharadas de almidn de maz. Revolvimos la mezcla durante proceso de coccin hasta que espesara y cogiera la consistencia que desebamos. Terminado esto, la depositamos en una lmina de acetato esparcindola por la superficie de la lmina. Esto nos tom un tiempo de 2 minutos y 15 segundos. La dejamos secar, al primer da no mostr cambios adems de secarse, al segundo da se fraccion en tres y al tercer da se fracciono ms.
BIOPOLIMERO 3
Le agregamos al agua colorante azul. Calentamos el sartn a fuego bajo, vertimos 30 ml de agua, despus vertimos 3 ml de glicerina y 5 ml de vinagre, revolvimos las sustancias y agregamos esta vez 2 cucharadas de almidn de maz reduciendo las cucharadas. Revolvimos la mezcla mientras se cocinaba hasta que cogiera la consistencia que desebamos. Despus de esto depositamos la mezcla en una lmina de acetato y las esparcimos por la superficie de la lmina. La elaboracin nos tom 2 minutos con 32 segundos. La dejamos secando, el primer da no mostro cambios, el segundo da le apareci una grieta en la parte que se le acumulo un poco ms de mezcla, al tercer da no mostro ningn cambio ms a excepcin de que se sec ms.
BIOPOLIMERO 4
Le agregamos al agua colorante rojo. Empezamos calentando el sartn a fuego bajo, vertimos 30 ml de agua, despus vertimos 4 ml de glicerina subiendo la dosis y 5 ml de vinagre, revolvimos las sustancias y agregamos 3 cucharadas de almidn de maz. Revolvimos la mezcla mientras se cocinaba hasta que cogiera la consistencia que desebamos. Despus de esto depositamos la mezcla en una lmina de acetato y las esparcimos por la superficie de la lmina. La elaboracin nos tom 1 minutos con 51 segundos. Dejamos secando el biopolmero, el primer da no mostro ningn cambio, al segundo da tena una grieta, los das siguientes no mostro cambios adems de secarse ms.
BIOPOLIMERO 5
Esta vez agregamos colorante rojo al agua. Comenzamos calentando el sartn a fuego bajo, vertimos 30 ml de agua, despus vertimos 2 ml de glicerina y 5 ml de vinagre, revolvimos las sustancias y agregamos 3 cucharadas de almidn de maz. Revolvimos la mezcla mientras se cocinaba hasta que cogiera la consistencia que desebamos. Despus de esto depositamos la mezcla en una lmina de acetato y las esparcimos por la superficie de la lmina. Esto nos tom 2 minutos con 32 segundos. La dejamos secando, durante el transcurso del primer da mostro una grieta relativamente grande, al segundo da no mostro cambio a excepcin de que se sec ms y los das siguientes tampoco mostraron cambios, solo se secaba ms.
FABRICACIN DE BIOPOLMEROS BIODEGRADABLES A PARTIR DE ALMIDON DE MAZ
BIOPOLIMERO 6
Al agua le agregamos colorante verde. Empezamos calentando el sartn a fuego bajo, vertimos primero 30 ml de agua, luego 3 ml de glicerina y 7,5 ml de vinagre aumentando la dosis, revolvimos las sustancias para luego agregar las 3 cucharadas de almidn de maz. Mantuvimos la mezcla en constante movimiento para que se cocine por igual hasta que cogiese la consistencia que deseamos. Terminada la coccin, depositamos la mezcla en una lmina de acetato esparcindola por la superficie de la lmina. El tiempo que nos tom hacer todo esto fue de 2 minutos con 36 segundos. Dejamos secando el biopolmero, el primer da no mostro cambios, el segundo da tampoco mostro cambios, al tercer da nos dimos cuenta de que le biopolmero se poda estirar, tena propiedades elsticas.
BIOPOLIMERO 7
Le agregamos colorante verde al agua. Iniciamos calentando el sartn a fuego bajo, vertimos primero 30 ml de agua, luego 3 ml de glicerina y 2,5 ml de vinagre reduciendo la dosis a la mitad, revolvimos las sustancias para luego agregar las 3 cucharadas de almidn de maz. Mantuvimos la mezcla en constante movimiento para que se cocine por igual hasta que espeso y cogiese la consistencia que deseamos. Terminada la coccin, depositamos la mezcla en una lmina de acetato esparcindola por la superficie de la lmina. El tiempo que nos tom hacer todo esto fue de 3 minutos con 35 segundos. Dejamos secando el biopolmero, el primer da se fraccion un poco al secarse, el segundo da se fraccion un poco ms, despus no mostro ms cambios adems de secarse.
BIOPOLIMERO 8
Le agregamos al agua colorante amarillo Calentamos el sartn a fuego bajo, vertimos 40 ml de agua subiendo 10 ml, despus vertimos 3 ml de glicerina y 5 ml de vinagre, revolvimos las sustancias y agregamos 3 cucharadas de almidn de maz. Revolvimos la mezcla mientras se cocinaba hasta que cogiera la consistencia que desebamos. Despus de esto depositamos la mezcla en una lmina de acetato y las esparcimos por la superficie de la lmina. La elaboracin nos tom 3 minutos con 32 segundos. La dejamos secando, el primer da no mostro cambios, el segundo da nos dimos cuenta de que estaba empezando a ser elstica, al tercer da no mostro ningn cambio, los das siguientes no mostro muchos cambios y la elasticidad no era resistente.
BIOPOLIMERO 9
Le agregamos al agua colorante amarillo. Calentamos el sartn a fuego bajo, esta vez vertimos 20 ml de agua, despus vertimos 3 ml de glicerina y 5 ml de vinagre, revolvimos las sustancias y agregamos 3 cucharadas de almidn de maz. Revolvimos la mezcla mientras se cocinaba hasta que cogiera la consistencia que desebamos. Despus de esto depositamos la mezcla en una lmina de acetato y las esparcimos por la superficie de la lmina. La elaboracin nos tom 3 minutos con 32 segundos. La dejamos secando, el primer da no mostro cambios, el segundo da le apareci una grieta en el centro del biopolmero, tena elasticidad pero no era resistente, al tercer da el biopolmero se sec ms pero al estirarla se rompa.
FABRICACIN DE BIOPOLMEROS BIODEGRADABLES A PARTIR DE ALMIDON DE MAZ
BIOPOLIMERO 10
Le agregamos al agua colorante rojo. Comenzamos Calentando el sartn a fuego bajo, vertimos 40 ml de agua, despus vertimos 6 ml de glicerina y 6 ml de vinagre, revolvimos las sustancias y agregamos 6 cucharadas de almidn de maz. Revolvimos la mezcla mientras se cocinaba hasta que cogiera la consistencia que desebamos. Despus de esto depositamos la mezcla en una lmina de acetato y las esparcimos por la superficie de la lmina. La elaboracin nos tom 2 minutos con 10 segundos. La dejamos secando, desde que comenz a secarse un poco le sali una grieta, Cumplido el primer da ya tena una grieta ms grande, el segundo da le salieron ms grietas, al tercer da no mostro ningn cambio ms a excepcin de que se sec ms.
RESULTADOS Y DISCUSIN
Juzgamos los resultados que obtenidos en la
elaboracin de los biopolmeros a partir de tres
puntos: Elasticidad, resistencia, maleabilidad.
BIOPOLIMERO 1
Elasticidad: Este biopolmero tiene una elasticidad
muy dbil, se estira 2 mm y se rompe
Resistencia: Es un poco resistente, ya que no se
rompe tan rpido.
Maleabilidad: Es maleable al estar caliente por que
se le puede dar la forma que uno quiere, pero
despus de enfriarse no es maleable, aunque si se
puede doblar.
BIOPOLIMERO 2
Elasticidad: Tiene una elasticidad muy dbil, se
estiro 3 mm despus de eso se rompe.
Resistencia: No tiene mucha resistencia, ya que se
estira rpidamente y se rompe.
Maleabilidad: Cuando estuvo caliente era maleable
despus de frio ya nos
BIPOLIMERO 3
Elasticidad: Tiene poca elasticidad, se expandi
alrededor de 4 mm
Resistencia: No tiene mucha resistencia, se rompe
con facilidad
Maleabilidad: Es maleable al estar caliente,
cuando se enfra pierde la maleabilidad.
BIOPOLIMERO 4
Elasticidad: Muestra un poco ms de elasticidad,
se estiro 6 mm.
Resistencia: Es un poco resistente
Maleabilidad: al enfriarse deja de ser maleable.
BIOPOLOMERO 5
Elasticidad: Tiene poca elasticidad, se estiro 3mm.
Resistencia: La resistencia es muy poca, se rompe
con facilidad al superar los 3mm.
Maleabilidad: Maleable solo cuando est caliente.
BIPOLIMERO 6
Elasticidad: Tiene poca elasticidad, se estiro 5mm.
Resistencia: Se rompe con facilidad al superar los
6mm, no tiene mucha resistencia.
Maleabilidad: Es maleable cuando todava sigue
caliente, al estar frio no porque ya adopto una
forma.
BIOPOLIMERO 7
Elasticidad: No tiene mucha elasticidad, se estiro
alrededor de 0 mm
Resistencia: Es un poco resistente. Al forzarlo un
poco ms se rompe.
Maleabilidad: Se torn muy duro al secarse, por lo
que no es maleable frio si no caliente.
BIOPOLIMERO 8
FABRICACIN DE BIOPOLMEROS BIODEGRADABLES A PARTIR DE ALMIDON DE MAZ
Elasticidad: No es muy elstica, casi ni se estiro y
se rompi, se expandi 1 mm.
Resistencia: No es resistente
Maleabilidad: Es maleable cuando est caliente.
BIOPOLIMERO 9
Elasticidad: Es elstica, se estiro 1,5 cm, superada
esa medida se rompe.
Resistencia: Es resistente si no se estira
superando el 1,5 cm.
Maleabilidad: Es maleable cuando est caliente.
BIOPOLIMERO 10
Elasticidad: Es elstica, se estiro 1,2 cm.
Resistencia: Es resistente si no se fuerza a
expandirse ms del 1,2 cm.
Maleabilidad: Maleable solo si no se ha enfriado.
DISCUSIN
De acuerdo con los resultados expuestos,
podemos concluir, en primer lugar, que los
polmeros 4, 5, 6, 9 y 10 presentan y renen los
aspectos de manera positiva esto es debido a las
altas cantidades de proporcin con respecto al
almidn de maz que se agreg en la mezcla, la
cual actuara como agente principal de
gelatinizacin y flexibilidad al entrar en contacto con
otros reactivos como el agua, cido actico y
glicerina, Tambin cabe decir que factores fsicos
como la temperatura, ayudo a formar biopolmeros
consistentes y de excelente maleabilidad.
Con respecto a los polmeros 1, 2, 3, 7, 8 estos no
presentan los resultados esperados, puede que sea
por las proporciones en cantidad que se le agrego
para su elaboracin, obteniendo una muestra
viscosas, pegajosas y con poca consistencia o tal
vez estas muestras necesitan someterse a una
mayor cantidad de tiempo para saber si acurren
cambios o siguen presentando las mismas
propiedades.
Con relacin a los resultados e investigaciones
hechas, tuvimos idea de cmo los biopolmeros
podran jugar un papel muy importante en la
industria y comercio que nos rodea, y planteamos
algunas propuestas como la creacin de objetos de
recreacin y diversin para nios, tambin,
emplearlo en la proteccin y recubrimiento de
objetos que resultaran riesgosos para estos nios,
cabe mencionar que esto tambin con el fin de
ayudar a proteger el ambiente.
CONCLUSIONES
Durante el proceso de produccin de los polmeros
logramos obtener mezclas que mostraron buenas
resultados, adecuadas para ser trabajadas a nivel
industrial, utilizando equipos adecuados para su
procesamiento, esto porque las tcnicas caseras se
utiliza mtodos no muy eficientes para elaborar
polmeros de mejor calidad.
Salindonos de la produccin, los biopolmero
ayudan a la humanidad a proteger el planeta de la
contaminacin, ya que, los biopolmeros como su
nombre lo indica son la opcin ms relevante, ya
que su degradacin es ms llevadera ya que estn
hechos con reactivos orgnicos. Lastimosamente
el proyecto de polmeros biodegradables es una
opcin que no se le da mucha importancia.
REFERENCIAS BIBLIOGRFICA
[1] STEVENS, E. S. 2002. Green plastics: an introduction to the new science of biodegradable plastics. New Jersey: Princeton University Press. Pg. 238. [2] G. F. Brito, P. Agrawal, E. M. Arajo, T. J. A. Mlo. 2011. Biopolmeros, Polmeros Biodegradveis e Polmeros Verdes. Revista Eletrnica de Materiais e Processos, v.6.2. pgs. 127-139. [3] Fechine, G. J. M. A. 2010. Era dos Polmeros Biodegradveis. Plstico Moderno. n. 423. [4] http://es.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADmero. (Fecha de consulta 23 de mayo de 2014) [5] OFICINA EUROPEA DE PATENTES EP670863 Biodegradable compositions comprising starch, www.european-patent-office.org