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. ejestupinanc@unal.edu.co

2 Ingeniera de Minas y Metalurgia, Universidad Nacional de Colombia. jmteteyegi@unal.edu.co

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.

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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.

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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.

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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.

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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

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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