Ácido poliláctico, polímero biodegradable base de materiales sintéticos (página 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.

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).

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 .

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].

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.

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.