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Ácido poliláctico, polímero biodegradable base de materiales sintéticos (página 2)




Partes: 1, 2


En envases y embalajes reciclables por compostaje y BD, según las siguientes normas.

ASTM D-5488. Esta norma estadounidense que indica el origen del material de envases de plásticos BD, con especificaciones sobre su producción, uso y eliminación.

Existen razones económicas que apoyan el valor de los materiales BD (39-41):

Mercados potenciales. Está en desarrollo en una fase entre las pruebas de laboratorio y su comercialización, dado que los 15 países más poderosos miembros de la Unión Europea podrían utilizar por lo menos unos 40 millones de toneladas de APL (26,51). Los BD se usan en sectores como: envase-embalaje, agricultura, juguetes, etc., pero sus niveles de consumo mercado son todavía mínimas, la tendencia puede acelerarse con políticas industriales que impulsen los BD, frente a los plásticos convencionales que son recalcitrantes en el ambiente (11-14).

Propiedades del Acido Polilactico (APL)

Es un polímero que reemplaza a los basados en hidrocarburos, es termoplástico, amorfo o semicristalino, forma parte de los hidroxiacidos molécula precursora del APL, con un átomo de carbono asimétrico, esta molécula tiene cuatro formas estereoisoméricas: L, D, meso y mezcla racémica hecha de maíz, remolacha, trigo y otros granos ricos en almidón, desde el estado amorfo al cristalino por manipulación de mezclas (23,37) de los isómeros D(-) y L(+). El AL se genera en los músculos humanos durante una actividad física se forma por fermentación de carbohidratos como se muestra en el cuadro 1 en donde se señalan algunas de las propiedades fisicoquímicas del APL (47-49).

El APL tiene alto valor de fuerza mecánica, plasticidad térmica, manejable, BD.

Cuadro 1. Algunas propiedades del ácido poliláctico en comparación con el acero y el hueso cortical.

Material

Tm (°C)

Tg (°C)

E (GPa)

Tiempo mineralización (meses)

L-APL

173-178

60-65

2.7

>24

DL-AOL

Amorfo

55-60

1.9

12-16

Hueso

10-20

Acero

210

Fuente (42-44)

El APL esta aprobado por la FDA (Food and Drug Administration) es un polímero rígido, mientras que al combinar el DL-APL con policaprolactona (PCL) es proporción 60:4º, como lo señala la figura 1 (8,18,28).

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Figura 1. Estereoisómeros del ácido láctico

Síntesis del APL

Fue descubierto en 1780 por Scheele, mediante síntesis química y por el metabolismo de organismos vivos. La síntesis del APL la definió Carothers en 1932, por polimerización del anillo del diester cíclico, con metales iniciadores como el cinc, estaño, o con organometalicos del tipo: tetrafenil de estaño, cloruro estañoso y octato estañoso como se describe en la figura 2 .

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Figura 2. Síntesis del ácido poliláctico

Existen dos rutas en la síntesis a partir de ácido láctico (AL), la polimerización condensada directa, o por del anillo abierto, la primera requiere remover el agua por condensación y un solvente en alto vacío y temperatura, se obtienen polímeros de bajo peso molecular, la otra ruta se basa en la policondensación del L- AL, la polimerización del anillo abierto del láctido intermediario; el agua se elimina para producir un prepolímero de bajo peso molecular, catalíticamente roto para forma un diómero cíclico intermediario, se purifica por destilación. El láctido es polimeriza como anillo abierto y se obtiene un pellet APL, que se procesa como las poliolefinas y otros termoplásticos (13,35,38).

Aplicaciones del APL

El APL es uno de los polímeros aprobados por la FDA desde 1995, su principal ventaja y de los BD, sobre los implantes metálicos en ortopedia, es que los primeros transfieren las cargas al área dañada con el tiempo, permiten la reparación del tejido evitan una segunda cirugía para retirar el implante. El APL se utiliza en materiales mecánicos como clavos en la unión de ligamentos, en la reparación de meniscos, suturas, tornillos, en la fijación de fracturas y cirugía maxilofacial, cardiovascular y fármacos de lenta liberación [49, 50]. El APL no se vende comercialmente en placas de osteosíntesis en el soporte de huesos largos por los altos requerimientos mecánicos, aunque investigación de BD intenta generar aquellos con mayor resistencia y rigidez en placas de osteosíntesis, con una matriz polimérica reforzada con fibras o partículas cerámicas o vítreas o del mismo polímero [25,48). En ingeniería de tejidos terapia para la regeneración de células de piel, hepáticas, cardiovasculares y recientemente de cartilago y óseas [29]. El criterio de selección del APL depende de sus aplicaciones ya sea mayor fuerza mecánica como la amorfa (DL-APL) o BD a largo plazo como la forma semicristalina (L-APL). Los copolímeros de L/DL-APL se usan para conservar tanto las propiedades mecánicas como la velocidad de BD [7].

El futuro de materiales a base de APL

Para el 2010, se espera que el crecimiento de la capacidad global instalada para la producción de BD sea de 75%. Aunque los valores no alcanzan el 1% de la demanda total de resinas plásticas en el mundo, su avance es vigoroso, en el mercado de empaques[14, 35].

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Monografias.comFigura 4. Película Biophan para empaque de alimentos fresco..

El crecimiento y aceptación de las resinas BD depende del alto precio de las producidas de petróleo, de la conciencia de los consumidores para proteger el ambiente, la tecnológica alcanzada en la generación de resinas BD y las leyes gubernamentales países europeos, en los últimos cinco años los proveedores de empaques lanzan al mercado formas de plásticos BD vegetales como el maíz, algunas compañías predicen que el mercado crecerá en Europa a una tasa de 20% anual, la Asociación de Polímeros Biodegradables (IBAW), estiman que con la calidad y precios existentes es posible un potencial para cerca del 10% del mercado materiales plásticos, que en Europa es 40 millones de toneladas/año [12, 20]. Como se muestea en la figura 4 una bolsa que cadenas de supermercados y almacenes en Europa usan para reducir el las producidas con materiales fósil y que evitar el cambio climático (43).

En la industria alimenticia en empaque alimentos, juguetería, envoltura de dulces y de flores, en la elaboración de cajas, envases para leche, botellas de refrescos, botellas de aceite; en el hogar en cortinas, sábanas, almohadas, manteles, tapicería, fibras textiles, los productos del APL son útiles las bolsas para los contenedores de residuos orgánicos en platos y vasos desechables, se espera que el mercado de productos a base de APL tengan un incremento importante en los próximos años (11,28).

Mineralización del APL

La BD de los plásticos depende de la estructura química del material, de la composición del producto final, no sólo de la materia prima empleada. La "American Society of Testing and Materials" (ASTM) define un material biodegradable como " aquel que se mineraliza en CO2, H2O, componentes inorgánicos o biomasa por acción microobiana" que puede ser medida por pruebas estandard en un periodo especifico de tiempo, en condiciones normalizadas de deposito. La velocidad de BD depende de los artículos (9,33). El APL biocompatible por ser un intermediario del metabolismo de los carbohidratos en humanos como se muestra en el esquema de la figura 3.

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Figura 3. Esquema del metabolismo del ácido poliláctico en seres humanos.

La ruta metabólica del AL comienza con su conversión en piruvato la enzima lactato dehidrogenasa, luego por decarboxilación oxidativa genera acetilcoenzima A, molécula que entra al ciclo del ácido cítrico, a nivel mitocondrial que produce ATP por fosforilación oxidativa con H2O y CO2, eliminados en la respiración, excretados por los riñones [40].

Conclusión

La cifra total de residuos de plásticos y caucho aumenta anualmente, genera un problema para su gestión, se requiere una solución técnica y ambientalmente satisfactoria. Los BD los son desde su origen con este material, los residuos se mineralizan en tiempo razonable, evitan los derivados del petróleo base los plásticos convencionales. El APL es un polímero que puede reemplaza a los derivados del petróleo, que no daña el ambiente y permite el uso de materiales para el mercado que son reciclables, reutilizables y ayudan a conservar recursos naturales renovables, principio un mundo mejor para las generación futuras.

Se agradece a la CIC-UMSNH (2009) por las facilidades para la publicación de este trabajo.

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Autor:

Juan Carlos Carrillo Amezcua

Juan Manuel Sánchez-Yáñez

1 Microbiología Ambiental/Instituto de Investigaciones Químico Biológicas/Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Edificio B-1, Circuito Universitario, Fco. J. Múgica s/n, Col. Felicitas del Rio, C.P. 58060; Morelia, Mich, México.


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