Polímeros biodegradables en aplicaciones de envases alimentarios.

29 septiembre, 2018 0 Por admin

La actitud de la sociedad cada vez más proactiva hacia una reducción en el impacto ambiental producido por los envases alimentarios plásticos, ha centrado la atención de la industria e investigadores en el desarrollo de nuevos envases fabricados de forma que resulten sostenibles para el medioambiente, para lo cual se deben encontrar soluciones rentables y compatibles con la minimización y/o reutilización de residuos [1]. El proceso de fabricación de estos productos debe consumir el mínimo de energía, así como también el mínimo de materias primas no renovables. Para ahorrar recursos y minimizar residuos, debería optimizarse todo el sistema en el que los envases forman parte, incluyendo la prevención, así como la reutilización y recuperación de los residuos [2].

Por otra parte, resulta ampliamente aceptado que el uso de materiales plásticos de larga duración para aplicaciones de corta duración, como es el caso de los envases alimentarios, no es del todo adecuado [3]. Existe cada vez más conciencia por parte de las industrias de la necesidad de promover nuevas técnicas de producción basadas en recursos renovables [4] y por ello el uso de polímeros más sostenibles, como son los biopolímeros o los polímeros biodegradables, ha desplazado a los polímeros derivados del petróleo, representando una solución para resolver el consumo del mismo para la producción de plásticos y el problema de la acumulación de plástico en el medio ambiente, respectivamente.

Así, esta nueva generación de polímeros más sostenibles es aquellos que producen un menor impacto sobre el medioambiente: los bioplásticos y los plásticos biodegradables. Los bioplásticos son plásticos biobasados, que significa que tienen un origen natural renovable u origen “bio” debido a que provienen de las plantas, animales y/o microorganismos, es decir no son basados en el petróleo [5]. El Comité Europeo de Normalización (CEN) define el término “biobasado” como derivado de la biomasa y a un “producto biobasado” como aquel producto total o parcialmente derivado de la biomasa [5]. Es decir, bioplástico se refiere al origen del material y no a la gestión final de su ciclo de vida [6]. Así, las materias primas utilizadas en la producción de bioplásticos, provienen de la biomasa, principalmente de la agricultura y es por ello que también se los conoce como agropolímeros. Son producidos a partir de plantas ricas en carbohidratos, a partir del almidón (como patatas, trigo o maíz), de azúcares (como la remolacha o la caña de azúcar). La agroindustria también proporciona la materia prima a partir de la cual a través de biotecnología se producen distintos monómeros que permitirán la obtención de bioplásticos a gran escala.

Por su parte, los polímeros biodegradables son aquellos capaces de descomponerse en elementos químicos naturales por la acción de microorganismos: experimentan descomposición en moléculas simples que se encuentran en el medio ambiente como dióxido de carbono, metano, agua, compuestos inorgánicos o biomasa. Durante la descomposición el mecanismo predominante es la acción enzimática de los microorganismos, en un período determinado de tiempo e incluye la formación de compost que puede ser utilizado como acondicionador de terrenos [7, 8]. En la Figura I se muestran algunos polímeros biodegradables y sus distintos orígenes. Actualmente la mayoría de los plásticos biodegradables son también bioplásticos [6], pero los plásticos biodegradables también pueden estar fabricados de recursos basados en el petróleo, como por ejemplo la poli(caprolactona) (PCL). Así mismo, algunos bioplásticos no son biodegradables, como el biopolietileno producido a partir de bioetanol.

 

De entre todos estos polímeros sostenibles destacan los polímeros biobasados y biodegradables, ya que engloban los dos conceptos: son obtenidos a partir de recursos naturales renovables y presentan características biodegradables, lo que les permite ser reabsorbidos por la naturaleza completando así el ciclo de vida del material. El mercado de los biopolímeros y/o polímeros biodegradables termoplásticos es el que más se ha desarrollado. En la actualidad existen muchos materiales termoplásticos biodegradables que ofrecen una gran versatilidad en cuanto a propiedades mecánicas, térmicas, etc. La creciente demanda de estos materiales más sostenibles se refleja en el crecimiento substancial de las capacidades de producción de bioplásticos, la cual en el año 2012 ascendió a aproximadamente a 1.4 millones de toneladas y se espera que la capacidad de producción se multiplique para el año 2017 a más de 6 millones de toneladas Figura II [9].

En este sentido, los biomateriales han cobrado especial interés en la industria del embalaje, porque presentan una serie de propiedades prometedoras en aplicaciones de envases alimentarios y representan una alternativa adecuada para reemplazar a los polímeros convencionales derivados del petróleo. Específicamente los biopolímeros termoplásticos, presentan un excelente equilibrio de propiedades, además de ser procesables utilizando la misma maquinaria que se utiliza para procesar los plásticos convencionales, incluyendo la inyección por moldeo, extrusión, moldeo por soplado y termoconformado [10]. El poli(ácido láctico) (PLA) es uno de los biopolímeros comerciales más atractivos y se utiliza en la actualidad en muchas aplicaciones industriales.

 

POLI (ÁCIDO LÁCTICO) (PLA)

El PLA, es un polímero biodegradable cuyo monómero (ácido láctico) puede obtenerse de recursos renovables, productos agrícolas simples, como el maíz [11, 12, 13], celulosa [11], caña de azúcar y remolachas azucareras [13]. Presenta propiedades similares a algunos de los materiales plásticos de uso común, tales como el polietileno (PE) o el policloruro de vinilo (PVC), a un precio competitivo [14]. Se procesa en los equipos disponibles para el procesado de plásticos de uso común. El PLA es uno de los plásticos biodegradables que mayor crecimiento ha tenido en los últimos años. Se encuentra disponible en el mercado en aplicaciones plásticas prácticas como cubiertos, platos, tazas, tapas, pajitas de bebidas, bolsas, films [15], envases de fruta fresca o vegetales, botellas y helados [16].

Después de su uso, los productos de PLA pueden ser degradados en sistemas de compostaje o reciclados ya sea química o mecánicamente, por hidrólisis en ácido láctico o reprocesando el material (triturado y transformación térmica), respectivamente [17]. Los envases de materiales biodegradables, tras su uso, en lugar de ser desechados con el resto de materiales plásticos, pueden ser tratados junto con los residuos orgánicos, incorporándose a la corriente de biomasa [18].

 

Referencias:

[1] Martino VP, Jimenez A, Ruseckaite RA. Processing and Characterization of Poly(lactic acid) Films Plasticized with Commercial Adipates. J Appl Polym Sci. 2009;112(4):2010-2018.

[2] Martino VP, Jimenez A, Ruseckaite RA, Averous L. Structure and properties of clay nano-biocomposites based on poly(lactic acid) plasticized with polyadipates. Polymers for Advanced Technologies. 2011;22(12):2206-2213.

[3] Auras R, Harte B, Selke S. An overview of polylactides as packaging materials. Macromolecular Bioscience. 2004;4(9):835-864

[4] Chien YC, Liang CJ, Yang SH. Exploratory study on the pyrolysis and PAH emissions of polylactic acid. Atmos Environ. 2011;45(1):123-127

[5] Arrieta M, Prats Moya MS. Free amino acids and biogenic amines in Alicante Monastrell wines. Food Chemstry 2012;135(3):1511-1519.

[6] Parres F, Balart R, Crespo JE, Lopez J. Effects of the injection-molding temperatures and pyrolysis cycles on the butadiene phase of high-impact polystyrene. J Appl Polym Sci. 2007;106(3):1903-1908.

[7] Scharfman HE, Hintz TM, Gomez J, Stormes KA, Barouk S, Malthankar-Phatak GH, et al. Changes in hippocampal function of ovariectomized rats after sequential low doses of estradiol to simulate the preovulatory estrogen surge. European Journal of Neuroscience. 2007;26(9):2595-2612.

[8] Mosquera LH, Moraga G, de Cordoba PF, Martinez-Navarrete N. Water ContentWater Activity-Glass Transition Temperature Relationships of Spray-Dried Borojo as Related to Changes in Color and Mechanical Properties. Food Biophys. 2011;6(3):397-406

[9] Westphal C, Perrot C, Karlsson S. Py-GC/MS as a means to predict degree of degradation by giving microstructural changes modelled on LDPE and PLA. Polymer Degradation and Stability. 2001;73(2):281-287.

[10] Kopinke FD, Mackenzie K. Mechanistic aspects of the thermal degradation of poly(lactic acid) and poly(beta-hydroxybutyric acid). Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 1997;40-1:43-53.

[11] Badia JD, Santonja-Blasco L, Martinez-Felipe A, Ribes-Greus A. A methodology to assess the energetic valorization of bio-based polymers from the packaging industry: Pyrolysis of reprocessed polylactide. Bioresource technology. 2012;111:468-475.

[12] Fan YJ, Nishida H, Shirai Y, Endo T. Racemization on thermal degradation of poly(Llactide) with calcium salt end structure. Polym Degrad Stabil. 2003;80(3):503-511.

[13] Almen P, Ericsson I. Studies of the thermal degradation of polysulfones by filament-pulse pyrolysis gas chromatography. Polym Degrad Stabil. 1995;50(2):223-228.

[14] Soto-Oviedo MA, Lehrle RS, Parsons IW, De Paoli MA. Thermal degradation mechanism and rate constants of the thermal degradation of poly(epichlorohydrin-co-ethylene oxide), deduced from pyrolysis-GC-MS studies. Polym Degrad Stabil. 2003;81(3):463-472.

[15] Bate DM, Lehrle RS, Pattenden CS, Place EJ. A critical comparison of procedures for evaluating rate constants in thermal degradation, illustrated by pyrolysis-gc results from four polymers. Polym Degrad Stabil. 1998;62(1):73-83.

[16] Khabbaz F, Karlsson S, Albertsson AC. Py-GC/MS an effective technique to characterizing of degradation mechanism of poly (L-lactide) in the different environment. J Appl Polym Sci. 2000;78(13):2369-2378.

[17] Bate DM, Lehrle RS. Kinetic measurements by pyrolysis-gas chromatography, and examples of their use in deducing mechanisms. Polym Degrad Stabil. 1996;53(1):39-44.

[18] Costa D, Valente AJM, Graca Miguel M, Lindman B. Light triggered release of solutes from covalent DNA gels. Colloids and Surfaces a-Physicochemical and Engineering Aspects. 2011;391(1-3):80-87