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Los bioplásticos son materiales plásticos producidos a partir de fuentes renovables de biomasa , como grasas y aceites vegetales , almidón de maíz , paja , astillas de madera , aserrín , residuos de alimentos reciclados , etc. El bioplástico se puede fabricar a partir de subproductos agrícolas y también de plásticos usados ​​(es decir, botellas de plástico y otros recipientes) mediante el uso de microorganismos. Los bioplásticos generalmente se derivan de derivados del azúcar, incluidos el almidón , la celulosa y el ácido láctico. Plásticos comunes, como combustibles fósilesLos plásticos (también llamados polímeros a base de petróleo ) se derivan del petróleo o del gas natural .

En 2014, los bioplásticos representaban aproximadamente el 0,2% del mercado mundial de polímeros (300 millones de toneladas). [1] Aunque los bioplásticos no tienen importancia comercial, la investigación continúa sobre este tema. [2]

Definición IUPAC
Polímero de base biológica derivado de la biomasa o emitido a partir de monómeros derivados
de la biomasa y que, en alguna etapa de su procesamiento en
productos terminados , puede moldearse por flujo.
Nota 1 :El bioplástico se usa generalmente como lo opuesto al polímero derivado de
recursos fósiles.
Nota 2 :El bioplástico es engañoso porque sugiere que cualquier polímero derivado
de la biomasa es ecológico .
Nota 3 :Se desaconseja el uso del término "bioplástico". Utilice la expresión
"polímero de base biológica".
Nota 4 :Un polímero de base biológica similar a uno de base petrolera no implica ninguna
superioridad con respecto al medio ambiente a menos que la comparación de las respectivas
evaluaciones del ciclo de vida sea ​​favorable. [3]
Utensilios de plástico biodegradables
Envasado de cacahuetes hechos de bioplásticos (almidón termoplástico)
Envases de plástico hechos de bioplásticos y otros plásticos biodegradables

Además de estar desacoplados de la industria petroquímica, los bioplásticos son atractivos porque pueden ser biodegradables. No todos los bioplásticos son biodegradables ni se biodegradan más fácilmente que los plásticos básicos derivados de combustibles fósiles. [4] [3]

Aplicaciones propuestas

Envoltorio de flores hecho de bio-flex de mezcla de PLA

Los bioplásticos se utilizan para artículos desechables, como envases , vajilla, cubiertos, ollas, cuencos y pajitas. [5] Existen pocas aplicaciones comerciales para los bioplásticos. El costo y el rendimiento siguen siendo problemáticos. Típico es el ejemplo de Italia, donde las bolsas de plástico biodegradables y los compradores son obligatorios desde 2011 con la introducción de una ley específica. [6] Más allá de los materiales estructurales, se están desarrollando bioplásticos electroactivos que prometen transportar corriente eléctrica . [7]

Los biopolímeros están disponibles como recubrimientos para papel en lugar de los recubrimientos petroquímicos más comunes. [8]

Los bioplásticos llamados bioplásticos de inserción son químicamente idénticos a sus homólogos de combustibles fósiles, pero están hechos a partir de recursos renovables. Los ejemplos incluyen bio-PE , bio-PET , bio-propileno , bio-PP , [9] y nailon de base biológica. [10] [11] [12] Los bioplásticos incorporados son fáciles de implementar técnicamente, ya que se puede utilizar la infraestructura existente. [13] Una vía específica de base biológica permite producir productos que no se pueden obtener mediante reacciones químicas tradicionales y puede crear productos que tienen propiedades únicas y superiores, en comparación con las alternativas basadas en fósiles. [14]

Tipos

Plásticos a base de almidón

El almidón termoplástico representa el bioplástico más utilizado y constituye aproximadamente el 50 por ciento del mercado de bioplásticos. [15] Se puede hacer una película de bioplástico de almidón simple en casa gelatinizando almidón y fundiendo en solución . [16] El almidón puro es capaz de absorber la humedad y, por lo tanto, es un material adecuado para la producción de cápsulas de medicamentos por parte del sector farmacéutico. Sin embargo, el bioplástico puro a base de almidón es frágil. Plastificante como glicerol , glicol y sorbitol y también se puede agregar para que el almidón también se pueda procesar termoplásticamente. [17]Las características del bioplástico resultante (también llamado "almidón termoplástico") se pueden adaptar a las necesidades específicas ajustando las cantidades de estos aditivos. Se pueden usar técnicas de procesamiento de polímeros convencionales para procesar almidón en bioplástico, tales como extrusión, moldeo por inyección, moldeo por compresión y moldeo en solución. [17] Las propiedades del bioplástico de almidón están influenciadas en gran medida por la relación amilosa / amilopectina . Generalmente, el almidón con alto contenido de amilosa da como resultado propiedades mecánicas superiores. [18] Sin embargo, el almidón con alto contenido de amilosa tiene menos procesabilidad debido a su temperatura de gelatinización más alta [19] y su viscosidad de fusión más alta. [20]

Los bioplásticos a base de almidón a menudo se mezclan con poliésteres biodegradables para producir mezclas de almidón / ácido poliláctico, [21] almidón / policaprolactona [22] o almidón / Ecoflex [23] (adipato de polibutileno-co-tereftalato producido por BASF [24] ). Estas mezclas se utilizan para aplicaciones industriales y también son compostables. Otros productores, como Roquette, han desarrollado otras mezclas de almidón / poliolefina . Estas mezclas no son biodegradables, pero tienen una menor huella de carbono que los plásticos a base de petróleo utilizados para las mismas aplicaciones. [25]

El almidón es barato, abundante y renovable. [26]

Las películas a base de almidón (que se utilizan principalmente para el envasado) están hechas principalmente de almidón mezclado con poliésteres termoplásticos para formar productos biodegradables y compostables. Estas películas se ven específicamente en envases de bienes de consumo de envoltorios de revistas y películas de burbujas. En el envasado de alimentos, estas películas se consideran bolsas de panadería o de frutas y verduras. Las bolsas de compostaje con estas películas se utilizan en la recogida selectiva de residuos orgánicos. [26] Además, las películas a base de almidón se pueden utilizar como papel. [27] [28]

Los nanocompuestos a base de almidón se han estudiado ampliamente y muestran propiedades mecánicas mejoradas, estabilidad térmica, resistencia a la humedad y propiedades de barrera a los gases. [29]

Plásticos a base de celulosa

Un blister de embalaje hecho de acetato de celulosa , un bioplástico

Los bioplásticos de celulosa son principalmente los ésteres de celulosa (incluidos el acetato de celulosa y la nitrocelulosa ) y sus derivados, incluido el celuloide .

La celulosa puede volverse termoplástica cuando se modifica mucho. Un ejemplo de esto es el acetato de celulosa, que es caro y, por lo tanto, rara vez se utiliza para el envasado. Sin embargo, las fibras celulósicas agregadas a los almidones pueden mejorar las propiedades mecánicas, la permeabilidad al gas y la resistencia al agua debido a que son menos hidrófilas que el almidón. [26]

Un grupo de la Universidad de Shanghai pudo construir un nuevo plástico verde basado en celulosa mediante un método llamado prensado en caliente. [30]

Plásticos a base de proteínas

Los bioplásticos se pueden fabricar a partir de proteínas de diferentes fuentes. Por ejemplo, el gluten de trigo y la caseína muestran propiedades prometedoras como materia prima para diferentes polímeros biodegradables. [31]

Además, la proteína de soja se está considerando como otra fuente de bioplástico. Las proteínas de soja se han utilizado en la producción de plástico durante más de cien años. Por ejemplo, los paneles de la carrocería de un automóvil Ford original estaban hechos de plástico a base de soja. [32]

Existen dificultades con el uso de plásticos a base de proteína de soja debido a su sensibilidad al agua y su costo relativamente alto. Por lo tanto, la producción de mezclas de proteína de soja con algunos poliésteres biodegradables ya disponibles mejora la sensibilidad al agua y el costo. [33]

Algunos poliésteres alifáticos

Los bio alifáticos poliésteres son principalmente polihidroxialcanoatos (PHAs), como el poli-3-hidroxibutirato (PHB), polihidroxivalerato (PHV) y polyhydroxyhexanoate (PHH).

Ácido poliláctico (PLA)

Película de mantillo hecha de ácido poliláctico (PLA) -blend bio-flex

El ácido poliláctico (PLA) es un plástico transparente producido a partir de maíz [34] o dextrosa . Superficialmente, es similar a los plásticos en masa convencionales basados ​​en petroquímicos como el PS . Tiene la clara ventaja de degradarse a productos no tóxicos. Desafortunadamente, presenta una resistencia al impacto, una robustez térmica y propiedades de barrera inferiores (bloqueando el transporte de aire a través de la membrana). [1] Las mezclas de PLA y PLA generalmente vienen en forma de granulados con varias propiedades y se utilizan en la industria de procesamiento de plástico para la producción de películas, fibras, envases de plástico, vasos y botellas. El PLA es también el tipo de filamento de plástico más común utilizado para el hogar.modelado de deposición fundida .

Poli-3-hidroxibutirato

El biopolímero poli-3-hidroxibutirato (PHB) es un poliéster producido por ciertas bacterias que procesan glucosa, almidón de maíz [35] o aguas residuales. [36] Sus características son similares a las del polipropileno petroplástico . La producción de PHB está aumentando. La industria azucarera sudamericana , por ejemplo, ha decidido expandir la producción de PHB a escala industrial. PHB se distingue principalmente por sus características físicas. Se puede procesar en una película transparente con un punto de fusión superior a 130 grados Celsius y es biodegradable sin dejar residuos.

Polihidroxialcanoatos

Los polihidroxialcanoatos son poliésteres lineales producidos en la naturaleza por fermentación bacteriana de azúcares o lípidos . Son producidos por las bacterias para almacenar carbono y energía. En la producción industrial, el poliéster se extrae y purifica de las bacterias optimizando las condiciones para la fermentación del azúcar. Se pueden combinar más de 150 monómeros diferentes dentro de esta familia para dar materiales con propiedades extremadamente diferentes. El PHA es más dúctil y menos elástico que otros plásticos y también es biodegradable. Estos plásticos se utilizan ampliamente en la industria médica.

Poliamida 11

PA 11 es un biopolímero derivado de aceite natural. También se conoce con el nombre comercial Rilsan B, comercializado por Arkema . PA 11 pertenece a la familia de los polímeros técnicos y no es biodegradable. Sus propiedades son similares a las del PA 12 , aunque durante su producción se reducen las emisiones de gases de efecto invernadero y el consumo de recursos no renovables. Su resistencia térmica también es superior a la del PA 12. Se utiliza en aplicaciones de alto rendimiento como líneas de combustible para automóviles, tubos de frenos de aire neumáticos, revestimiento antitermita de cables eléctricos, tubos flexibles de aceite y gas, umbilicales de fluidos de control, calzado deportivo, componentes de dispositivos electrónicos y catéteres.

Un plástico similar es Polyamide 410 (PA 410), derivado en un 70% del aceite de ricino , bajo el nombre comercial EcoPaXX, comercializado por DSM. [37] PA 410 es una poliamida de alto rendimiento que combina los beneficios de un alto punto de fusión (aprox. 250 ° C), baja absorción de humedad y excelente resistencia a diversas sustancias químicas.

Polietileno bioderivado

El componente básico ( monómero ) del polietileno es el etileno. El etileno es químicamente similar y puede derivarse del etanol, que puede producirse mediante la fermentación de materias primas agrícolas como la caña de azúcar o el maíz. El polietileno bioderivado es química y físicamente idéntico al polietileno tradicional: no se biodegrada pero puede reciclarse. El grupo químico brasileño Braskem afirma que utilizando su método de producción de polietileno a partir de etanol de caña de azúcar se captura (elimina del medio ambiente) 2,15 toneladas de CO
2 por tonelada de polietileno verde producido.

Materias primas modificadas genéticamente

Dado que el maíz transgénico es una materia prima común, no es sorprendente que algunos bioplásticos se fabriquen a partir de esto.

Dentro de las tecnologías de fabricación de bioplásticos existe el modelo de "fábrica de plantas", que utiliza cultivos modificados genéticamente o bacterias modificadas genéticamente para optimizar la eficiencia.

Polihidroxiuretanos

La condensación de poliaminas y carbonatos cíclicos produce polihidroxuretanos. [38] A diferencia de los poliuretanos reticulados tradicionales, los polihidroxiuretanos reticulados son, en principio, susceptibles de reciclarse y reprocesarse mediante reacciones dinámicas de transcarbamoilación. [39]

Polímeros derivados de lípidos

Se han sintetizado varias clases de bioplásticos a partir de grasas y aceites derivados de plantas y animales. [40] Se han desarrollado poliuretanos , [41] [42] poliésteres , [43] resinas epoxi [44] y varios otros tipos de polímeros con propiedades comparables a las de los materiales a base de petróleo crudo. El reciente desarrollo de la metátesis de olefinas ha abierto una amplia variedad de materias primas a la conversión económica en biomonómeros y polímeros. [45] Con la creciente producción de aceites vegetales tradicionales, así como de aceites derivados de microalgas de bajo costo , [46] existe un enorme potencial de crecimiento en esta área.

Impacto ambiental

Envases de confitería hechos de bio-flex de mezcla de PLA
Frascos de acetato de celulosa biogrado
Pajitas para beber hechas de bio-flex de mezcla de PLA
Tarro hecho de bio-flex de mezcla de PLA, un bioplástico

Materiales como almidón, celulosa, madera, azúcar y biomasa se utilizan como sustitutos de los recursos de combustibles fósiles para producir bioplásticos; esto hace que la producción de bioplásticos sea una actividad más sostenible en comparación con la producción de plástico convencional. [47] El impacto medioambiental de los bioplásticos se debate a menudo, ya que existen muchas métricas diferentes de "verde" (por ejemplo, uso de agua, uso de energía, deforestación, biodegradación, etc.). [48] [49] [50] Por lo tanto, los impactos ambientales de los bioplásticos se clasifican en uso de energía no renovable, cambio climático, eutrofización y acidificación. [51] La producción de bioplásticos reduce significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero y disminuye el consumo de energía no renovable. [47]Las empresas de todo el mundo también podrían aumentar la sostenibilidad medioambiental de sus productos mediante el uso de bioplásticos [52].

Aunque los bioplásticos ahorran más energía no renovable que los plásticos convencionales y emiten menos gases de efecto invernadero en comparación con los plásticos convencionales, los bioplásticos también tienen impactos ambientales negativos como la eutrofización y la acidificación. [51] Los bioplásticos inducen un mayor potencial de eutrofización que los plásticos convencionales. [51] La producción de biomasa durante las prácticas agrícolas industriales hace que el nitrato y el fosfato se filtren en los cuerpos de agua; esto provoca la eutrofización, el proceso por el cual una masa de agua obtiene una riqueza excesiva de nutrientes. [51] La eutrofización es una amenaza para los recursos hídricos de todo el mundo, ya que provoca la proliferación de algas nocivas que crean zonas muertas de oxígeno y matan a los animales acuáticos. [53]Los bioplásticos también aumentan la acidificación. [51] El elevado aumento de la eutrofización y la acidificación causadas por los bioplásticos también se debe al uso de fertilizantes químicos en el cultivo de materias primas renovables para producir bioplásticos. [47]

Otros impactos ambientales de los bioplásticos incluyen la menor ecotoxicidad humana y terrestre y potenciales cancerígenos en comparación con los plásticos convencionales. [51] Sin embargo, los bioplásticos ejercen una mayor ecotoxicidad acuática que los materiales convencionales. [51] Los bioplásticos y otros materiales de base biológica aumentan el agotamiento del ozono estratosférico en comparación con los plásticos convencionales; esto es el resultado de las emisiones de óxido nitroso durante la aplicación de fertilizantes durante la agricultura industrial para la producción de biomasa. [51] Los fertilizantes artificiales aumentan las emisiones de óxido nitroso, especialmente cuando el cultivo no necesita todo el nitrógeno. [54]Los impactos ambientales menores de los bioplásticos incluyen la toxicidad a través del uso de pesticidas en los cultivos utilizados para fabricar bioplásticos. [47] Los bioplásticos también provocan emisiones de dióxido de carbono de los vehículos recolectores. [47] Otros impactos ambientales menores incluyen el alto consumo de agua para el cultivo de biomasa, la erosión del suelo, las pérdidas de carbono del suelo y la pérdida de biodiversidad, y son principalmente el resultado del uso de la tierra asociado con los bioplásticos. [51] El uso de la tierra para la producción de bioplásticos conduce a la pérdida del secuestro de carbono y aumenta los costos del carbono al tiempo que desvía la tierra de sus usos existentes [55]

Aunque los bioplásticos son extremadamente ventajosos porque reducen el consumo no renovable y las emisiones de GEI, también afectan negativamente al medio ambiente a través del consumo de tierra y agua, uso de pesticidas y fertilizantes, eutrofización y acidificación; por lo tanto, la preferencia de uno por los bioplásticos o los plásticos convencionales depende de lo que uno considere el impacto ambiental más importante. [47]

Otro problema con los bioplásticos es que algunos bioplásticos se fabrican a partir de las partes comestibles de los cultivos. Esto hace que los bioplásticos compitan con la producción de alimentos porque los cultivos que producen bioplásticos también se pueden utilizar para alimentar a las personas. [56] Estos bioplásticos se denominan "bioplásticos de materia prima de primera generación". Los bioplásticos de materia prima de segunda generación utilizan cultivos no alimentarios (materia prima celulósica) o materiales de desecho de materia prima de primera generación (por ejemplo, aceite vegetal de desecho). Los bioplásticos de materia prima de tercera generación utilizan algas como materia prima. [57]

Biodegradación de bioplásticos

Almohada de aire de embalaje hecha de bio-flex de mezcla de PLA

La biodegradación de cualquier plástico es un proceso que ocurre en la interfaz sólido / líquido mediante el cual las enzimas en la fase líquida despolimerizan la fase sólida [58] Ciertos tipos de bioplásticos, así como plásticos convencionales que contienen aditivos, pueden biodegradarse. [59] Los bioplásticos pueden biodegradarse en diferentes entornos, por lo que son más aceptables que los plásticos convencionales. [60] La biodegradabilidad de los bioplásticos se produce en diversas condiciones ambientales, incluidos el suelo, los entornos acuáticos y el compost. [60] Tanto la estructura como la composición del biopolímero o el biocompuesto tienen un efecto sobre el proceso de biodegradación, por lo que cambiar la composición y la estructura podría aumentar la biodegradabilidad. [60]El suelo y el compost como condiciones ambientales son más eficientes en la biodegradación debido a su alta diversidad microbiana. [60] El compostaje no solo biodegrada los bioplásticos de manera eficiente, sino que también reduce significativamente la emisión de gases de efecto invernadero. [60] La biodegradabilidad de los bioplásticos en ambientes de compostaje puede mejorarse agregando más azúcar soluble y aumentando la temperatura. [60] Por otro lado, los entornos del suelo tienen una gran diversidad de microorganismos, lo que facilita la biodegradación de los bioplásticos. [60] Sin embargo, los bioplásticos en el suelo necesitan temperaturas más altas y más tiempo para biodegradarse. [60]Algunos bioplásticos se biodegradan de manera más eficiente en cuerpos de agua y sistemas marinos; sin embargo, esto causa peligro para los ecosistemas marinos y el agua dulce. [60] Por tanto, es exacto concluir que la biodegradación de los bioplásticos en los cuerpos de agua que conduce a la muerte de los organismos acuáticos y al agua insalubre puede considerarse uno de los impactos ambientales negativos de los bioplásticos.

Industria y mercados

Bolsitas de té de polilactida (PLA), (té de menta)

Mientras que los plásticos basados ​​en materiales orgánicos fueron fabricados por empresas químicas a lo largo del siglo XX, la primera empresa centrada exclusivamente en bioplásticos, Marlborough Biopolymers, se fundó en 1983. Sin embargo, Marlborough y otras empresas que siguieron no lograron tener éxito comercial, con la primera de tales empresa para asegurar el éxito financiero a largo plazo siendo la empresa italiana Novamont, fundada en 1989. [61]

Los bioplásticos siguen siendo menos del uno por ciento de todos los plásticos fabricados en todo el mundo, [62] [63] La mayoría de los bioplásticos aún no ahorran más emisiones de carbono de las necesarias para fabricarlos. [64] Se estima que reemplazar 250 millones de toneladas del plástico fabricado cada año con plásticos de base biológica requeriría 100 millones de hectáreas de tierra, o el 7 por ciento de la tierra cultivable de la Tierra. Y cuando los bioplásticos llegan al final de su ciclo de vida, aquellos diseñados para ser compostables y comercializados como biodegradables a menudo se envían a vertederos debido a la falta de instalaciones adecuadas de compostaje o clasificación de desechos, donde luego liberan metano a medida que se descomponen anaeróbicamente. [sesenta y cinco]


COPA (Comité de Organización Agrícola de la Unión Europea) y COGEGA (Comité General para la Cooperación Agrícola de la Unión Europea) han realizado una evaluación del potencial de los bioplásticos en diferentes sectores de la economía europea:

SectorToneladas por año
Productos de catering450.000450000
 
Bolsas de residuos orgánicos100.000100000
 
Láminas de mantillo biodegradables130.000130000
 
Láminas biodegradables para pañales80.00080000
 
Pañales 100% biodegradables240.000240000
 
Envases de papel de aluminio400.000400000
 
Envasado de verduras400.000400000
 
Componentes de llantas200.000200000
 
Total:2,000,000

Historia y desarrollo de los bioplásticos

  • 1862: En la Gran Exposición de Londres, Alexander Parkes muestra Parkesine, el primer plástico. La parkesina está hecha de nitrocelulosa. (White 1998) [66]
  • 1897: Todavía se produce hoy en día, Galalith es un bioplástico a base de leche que fue creado por químicos alemanes en 1897. Galalith se encuentra principalmente en botones. (Thielen 2014) [67]
  • 1907: Leo Baekeland inventó la baquelita, que recibió el Hito Químico Histórico Nacional por sus propiedades de no conductividad y resistencia al calor. Se utiliza en carcasas de radios y teléfonos, menaje de cocina, armas de fuego y muchos más productos. (Pathak, Sneha, Mathew 2014)
  • 1912: Brandenberger inventa el celofán de madera, algodón o celulosa de cáñamo. (Thielen 2014) [67]
  • Década de 1920: Wallace Carothers encuentra plástico de ácido poliláctico (PLA). El PLA es increíblemente caro de producir y no se produce en masa hasta 1989 (Whiteclouds 2018).  
  • 1926: Maurice Lemoigne inventa el polihidroxibutirato (PHB), que es el primer bioplástico elaborado a partir de bacterias. (Thielen 2014) [67]
  • Década de 1930: Henry Ford fabricó el primer automóvil bioplástico a partir de semillas de soja. (Thielen 2014) [67] [68]
  • 1940-1945: Durante la Segunda Guerra Mundial, se observa un aumento en la producción de plástico, ya que se utiliza en muchos materiales de guerra. Debido a la financiación y la supervisión del gobierno, la producción de plásticos de los Estados Unidos (en general, no solo bioplásticos) se triplicó durante 1940-1945 (Rogers 2005). [69] El cortometraje del gobierno de EE. UU. De 1942 El árbol en un tubo de ensayo ilustra el papel principal que desempeñaron los bioplásticos en el esfuerzo por la victoria de la Segunda Guerra Mundial y la economía estadounidense de la época.
  • Década de 1950: Se cultivó con éxito amilomaiz (> 50% de maíz con contenido de amilosa) y se comenzaron a explorar las aplicaciones comerciales de bioplásticos. (Liu, Moult, Long, 2009) [70] Se observa una disminución en el desarrollo de bioplásticos debido a los bajos precios del petróleo, sin embargo, el desarrollo de plásticos sintéticos continúa.
  • Década de 1970: el movimiento medioambiental estimuló un mayor desarrollo de los bioplásticos. (Rogers 2005) [69]
  • 1983: Se inicia la primera empresa de bioplásticos, Marlborough Biopolymers, que utiliza un bioplástico a base de bacterias llamado biopal. (Feder 1985) [71]
  • 1989: El Dr. Patrick R. Gruber realiza un mayor desarrollo de PLA cuando descubre cómo crear PLA a partir de maíz. (Nubes blancas 2018). Se crea la empresa líder en bioplásticos llamada Novamount. Novamount utiliza materia-bi, un bioplástico, en múltiples aplicaciones diferentes. (Cantidad de noviembre de 2018) [72]
  • 1992: Se informa en Science que la planta Arabidopsis thaliana puede producir PHB. (Poirier, Dennis, Klomparens, Nawrath, Somerville 1992) [73]
  • Finales de la década de 1990: el desarrollo de almidón TP y BIOPLAST a partir de la investigación y producción de la empresa BIOTEC condujo a la película BIOFLEX. La película BIOFLEX se puede clasificar como extrusión de película soplada, extrusión de película plana y líneas de moldeo por inyección. Estas tres clasificaciones tienen aplicaciones de la siguiente manera: Películas sopladas: sacos, bolsas, bolsas de basura, láminas para mantillo, productos de higiene, películas para pañales, películas para burbujas de aire, ropa protectora, guantes, bolsas de doble cinta, etiquetas, cintas de barrera; Películas planas: bandejas, macetas, productos y envases para congeladores, vasos, envases farmacéuticos; Moldeo por inyección: cubiertos desechables, latas, recipientes, piezas realizadas, bandejas de CD, artículos de cementerio, tees de golf, juguetes, materiales de escritura. (Lorcks 1998) [74]
  • 2001: Metabolix inc. compra el negocio de biopol de Monsanto (originalmente Zeneca), que utiliza plantas para producir bioplásticos. (Barber y Fisher 2001) [75]
  • 2001: Nick Tucker utiliza pasto elefante como base bioplástica para fabricar piezas de plástico para automóviles. (Tucker 2001) [76]
  • 2005: Cargill and Dow Chemicals cambia de nombre a NatureWorks y se convierte en el principal productor de PLA. (Pennisi, 2016)   [77]
  • 2007: Metabolix inc. Market prueba su primer plástico 100% biodegradable llamado Mirel, elaborado a partir de la fermentación del azúcar de maíz y bacterias transgénicas. (Digregorio 2009)  [78]
  • 2012: Se desarrolla un bioplástico a partir de algas marinas que demuestra ser uno de los bioplásticos más respetuosos con el medio ambiente según una investigación publicada en la revista de investigación farmacéutica. (Rajendran, Puppala, Sneha, Angeeleena, Rajam 2012)  [79]
  • 2013: se patenta un bioplástico derivado de la sangre y un reticulante como azúcares, proteínas, etc. (derivados iridoides, diimidatos, dionas, carbodiimidas, acrilamidas, dimetilsuberimidatos, aldehídos, factor XIII, ésteres dihomo bifuncionales del NHS, carbonildiimida, glioxilos, proantocianidina, reuterina). Esta invención se puede aplicar utilizando el bioplástico como tejido, cartílago, tendones, ligamentos, huesos y se puede utilizar en la administración de células madre. (Campbell, Burgess, Weiss, Smith 2013)  [80]
  • 2014: se encuentra en un estudio publicado en 2014 que los bioplásticos se pueden fabricar mezclando residuos vegetales (perejil y tallos de espinaca, cáscaras de cacao, cáscaras de arroz, etc.) con soluciones de TFA de celulosa pura que crea un bioplástico. (Bayer, Guzmán-Puyol, Heredia-Guerrero, Ceseracciu, Pignatelli, Ruffilli, Cingolani y Athanassiou 2014) [81]
  • 2016: Un experimento encuentra que un parachoques de automóvil que pase la regulación se puede fabricar a partir de biomateriales bioplásticos basados ​​en nanocelulosa utilizando cáscaras de plátano. (Hossain, Ibrahim, Aleissa 2016) [82]
  • 2017: Una nueva propuesta de bioplásticos elaborados a partir de recursos lignocelulósicos (materia vegetal seca). (Brodin, Malin, Vallejos, Opedal, Area, Chinga-Carrasco 2017) [83]
  • 2018: Se producen muchos desarrollos, incluido Ikea que comienza la producción industrial de muebles de bioplástico (Barret 2018), Project Effective que se centra en reemplazar el nailon por bio-nailon (Barret 2018) y el primer envase hecho de fruta (Barret 2018). [84]
  • 2019: el 'Instituto de Investigación de Tecnología Química de Corea' extrajo y sintetizó cinco tipos diferentes de nanomateriales de quitina para verificar una fuerte personalidad y efectos antibacterianos. Cuando se enterraba bajo tierra, era posible una biodegradación del 100% en 6 meses. [85]

*Esta no es una lista comprensible. Estos inventos fueron del autor para mostrar la versatilidad de los bioplásticos e importantes avances. Cada año se producen nuevas aplicaciones e invenciones de bioplásticos.

AñoDescubrimiento o desarrollo de bioplásticos
1862Parkesine - Alexander Parkes
1868Celuloide - John Wesley Hyatt
1897Galalith - químicos alemanes
1907Baquelita - Leo Baekeland
1912Celofán - Jacques E. Brandenberger
1920Ácido poliláctico (PLA) - Wallace Carothers
1926Polihidroxibutirato (PHB) - Maurice Lemoigne
1930Coche bioplástico a base de soja - Henry Ford
1983Biopal - Biopolímeros de Marlborough
1989PLA de maíz - Dr. Patrick R. Gruber; Materia-bi - Novamount
1992El PHB puede ser producido por Arabidopsis thaliana (una pequeña planta con flores)
1998La película Bioflex (soplada, plana, moldeada por inyección) conduce a muchas aplicaciones diferentes de bioplástico
2001PHB puede ser producido por pasto elefante
2007Mirel (plástico 100% biodegradable) de Metabolic inc. está probado en el mercado
2012El bioplástico se desarrolla a partir de algas
2013Bioplástico elaborado a partir de sangre y un agente de reticulación que se utiliza en procedimientos médicos.
2014Bioplástico elaborado a partir de residuos vegetales
2016Parachoques de coche fabricado con bioplástico de cáscara de plátano
2017Bioplásticos elaborados a partir de recursos lignocelulósicos (materia vegetal seca)
2018Muebles de bioplástico, bio-nailon, envases de frutas.
Centro de desarrollo de bioplásticos - Universidad de Massachusetts Lowell
Un bolígrafo elaborado con bioplásticos (polilactida, PLA)

Procedimientos de prueba

Una botella de champú bioplástico hecha de bio-flex de mezcla de PLA

Compostabilidad industrial - EN 13432, ASTM D6400

Se debe cumplir la norma industrial EN 13432 para poder afirmar que un producto de plástico es compostable en el mercado europeo. En resumen, requiere múltiples pruebas y establece criterios de aprobación / reprobación, incluida la desintegración (descomposición física y visual) del artículo terminado en 12 semanas, biodegradación (conversión de carbono orgánico en CO2) de ingredientes poliméricos dentro de 180 días, toxicidad para las plantas y metales pesados. La norma ASTM 6400 es el marco regulatorio para los Estados Unidos y requisitos similares.

Muchos de almidón basados en plásticos, plásticos a base de PLA y cierta alifático - aromáticos co- poliéster compuestos, tales como succinatos y adipatos , se han obtenido estos certificados. Los bioplásticos a base de aditivos vendidos como fotodegradables u Oxo Biodegradables no cumplen con estos estándares en su forma actual.

Compostabilidad - ASTM D6002

El método ASTM D 6002 para determinar la compostabilidad de un plástico definió la palabra compostable de la siguiente manera:

el que es capaz de sufrir descomposición biológica en un sitio de compostaje de manera que el material no se distingue visualmente y se descompone en dióxido de carbono, agua, compuestos inorgánicos y biomasa a una velocidad consistente con los materiales compostables conocidos. [86]

Esta definición generó muchas críticas porque, contrariamente a la forma en que la palabra se define tradicionalmente, divorcia completamente el proceso de "compostaje" de la necesidad de que lleve al humus / compost como producto final. El único criterio que describe este estándar es que un plástico compostable debe parecer que desaparece tan rápido como cualquier otra cosa que uno ya haya establecido para ser compostable según la definición tradicional .

Retiro de ASTM D 6002

En enero de 2011, la ASTM retiró la norma ASTM D 6002, que había proporcionado a los fabricantes de plástico la credibilidad legal para etiquetar un plástico como compostable . Su descripción es la siguiente:

Esta guía cubrió los criterios sugeridos, los procedimientos y un enfoque general para establecer la compostabilidad de los plásticos ambientalmente degradables. [87]

La ASTM aún tiene que reemplazar esta norma.

De base biológica - ASTM D6866

El método ASTM D6866 se ha desarrollado para certificar el contenido de bioplásticos de origen biológico. Los rayos cósmicos que chocan con la atmósfera significan que parte del carbono es el isótopo radiactivo carbono-14 . Las plantas utilizan el CO 2 de la atmósfera en la fotosíntesis , por lo que el nuevo material vegetal contendrá tanto carbono 14 como carbono 12 . En las condiciones adecuadas y en escalas de tiempo geológicas, los restos de organismos vivos pueden transformarse en combustibles fósiles . Después de ~ 100.000 años, todo el carbono 14 presente en el material orgánico original habrá sufrido una desintegración radiactiva dejando solo carbono-12. Un producto elaborado a partir de biomasatendrá un nivel relativamente alto de carbono-14, mientras que un producto elaborado a partir de petroquímicos no tendrá carbono-14. El porcentaje de carbono renovable en un material (sólido o líquido) se puede medir con un espectrómetro de masas con acelerador . [88] [89]

Existe una diferencia importante entre biodegradabilidad y contenido de base biológica. Un bioplástico como el polietileno de alta densidad (HDPE) [90] puede ser 100% de base biológica (es decir, contener 100% de carbono renovable), pero no ser biodegradable. No obstante, estos bioplásticos como el HDPE desempeñan un papel importante en la reducción de los gases de efecto invernadero, especialmente cuando se queman para la producción de energía. El componente de base biológica de estos bioplásticos se considera carbono neutral ya que su origen es la biomasa.

Biodegradabilidad anaeróbica - ASTM D5511-02 y ASTM D5526

ASTM D5511-12 y ASTM D5526-12 son métodos de prueba que cumplen con estándares internacionales como el ISO DIS 15985 para la biodegradabilidad del plástico.

Ver también

  • Alcano
  • Angewandte Chemie
  • Biocombustible
  • Biopolímero
  • Plástico BioSphere
  • Organismos que descomponen el plástico
  • Celuloide
  • Vajilla comestible
  • Alimentos contra combustible
  • Galalith
  • Problemas de salud de ciertos envases de plástico para alimentos no biodegradables (a base de combustibles fósiles)
  • Energía fotovoltaica orgánica

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Lectura adicional

  • Plásticos sin petróleo Historia y política de los plásticos 'verdes' en los Estados Unidos
  • Plásticos y medio ambiente
  • "La construcción social de la baquelita: hacia una teoría de la invención" en La construcción social de los sistemas tecnológicos , págs. 155-182

Enlaces externos

  • Reto Plásticos 2020 : debate sobre el papel futuro de los bioplásticos
  • Evaluación del mercado chino de plásticos biodegradables , mayo de 2017, GCiS China Strategic Research