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CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN QUÍMICA APLICADA
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLASTICOS DEGRADABLES
PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O
ECOLOGICA
CASO DE ESTUDIO
PRESENTADO COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO DE:
ESPECIALIZACIÓN EN QUÍMICA APLICADA
OPCIÓN: AGROPLASTICULTURA
PRESENTA:
Ing. Gorgonio López Tolentino
CEWTRC) DE INFORMACióli.
1 2 NOV 201
R ECIBmQ'
SALTILLO, COAHUILA
SEPTIEMBRE DE 2012
CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN QUÍMICA APLICADA
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLASTICOS DEGRADABLES
PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O
ECOLOGICA
CASO DE ESTUDIO
PRESENTADO COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO DE:
ESPECIALIZACIÓN EN QUÍMICA APLICADA
OPCIÓN: AGROPLASTICULTURA
PRESENTA:
¡ng. Gorgonio López Tolentino
Ó t UWUO
12 NOV L3IZ
R ECIBQ
SALTILLO, COAHUILA SEPTIEMBRE DE 2012
CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN QUÍMICA APLICADA
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLASTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O
ECOLOGICA
CASO DE ESTUDIO
PRESENTADO COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO DE:
ESPECIALIZACIÓN EN QUÍMICA APLICADA
OPCIÓN: AGROPLASTICULTURA
PRESENTA:
Ing. Gorgonio López Tolentino
/,a - M.C. Adrián Méndez Prieto
EVALUADORES:
M.C. Juanita
CINTRO O ÇORMACIÓ
12 NOV 2OL
ZECIB4flO
SALTILLO, COAHUILA SEPTIEMBRE DE 2012
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
INDICE GENERAL
Pagina
INDICEGENERAL .......................................................................
INDICEDE CUADROS ...........................................................
INDICEDE FIGURAS ............................................................ iv
DEDICATORIA.... ............................................................................ vi
AGRADECIMIENTOS...................................................................... Vii
INTRODUCCION........................................................................................ 01
Objetivos...................................................................................... 03
REVISION BIBLIOGRAFICA ................................................ . ......... 04
Plástico......................................................................................... 04
Clasificación de los Plásticos............................................................... 04
Segúnsu Origen .............................. . ................................................ ... 04
Según su Comportamiento Frente al Calor....................................... 05
Aplicación de los Plásticos en la Agricultura............................................. 06
Plásticos Convencionales .................... . .............................................. 17
Situación Actual del Plástico en la Agricultura Mundial.............................. 18
Situación del Plástico en la Agricultura Mexicana............................... 19
Agricultura Sustentable ó Ecológica ............. ... ............................... 20
La Agricultura Sustentable en México ............................... . ......... 25
Degradación del Plástico................................................................... 26
Clasificación del Plástico de Acuerdo a la Facilidad de la Degradación............. 28
Formas de Degradación de Plásticos...................................................... 30
Degradación Termo Oxidativa ..................... . .................. . ............. 30
Degradación Hidrolítica ........................... . ................................. 32
Fotodegradación ............................ . .......... . .... . ......................... 33
Termodegradación.................................................................... 36
Oxodegradación...................................................................... 37
Biodegradación....................................................................... 39
Factores que Afectan en la Biodegradación ............................... ..... 41
Polímeros Biodegradables.................................................................. 46
Polímeros Naturales Biodegradables ........................................... .... 47
Polímeros Naturales Biológica o Químicamente Modificados ....... . ......... 54
Acetato de Celulosa (CA)....................................................... 56
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA"
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Esteres de Lignocelulosa......................................................... 57
Polihidroxialcanoatos (PHA)..................................................... 58
Poli vinil Alcohol (PVA) ..................................................... . ... 60
Polímeros Sintéticos Biodegradables ..................................... . ......... 62
Polihidroxibutirato-polihidroxihexanoato (PHBH)........................... 63
Acido Poli láctico (PLA) ........................... . ............................. 63
Policaprolactona (PCL).......................................................... 65
Ácido Poliglicólico (PGA)...................................................... 65
Acetatode Polivinilo ............................................................. . 66
Polietileno........................................................................... 66
Polietileno Modificado con Aditivos ......................... . ...................... 67
Ventajas de los Polímeros Degradables.......................................... 68
V. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO SOBRE EL TEMA............ 71
VI. AREAS DE OPORTUNIDAD....................................................................... 83
VII. CONCLUSIONES................................................................................ 86
VIII. LITERATURA REVISADA .................................... . ............................. . ..... 87
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INDICE DE CUADROS Pagina
Cuadro 1. Polímeros sintéticos más utilizados en la agricultura y sus aplicaciones.............. . ........................ . ............................ 17
Cuadro 2. Estimaciones de consumo de plástico para producción agrícola, entoneladas ...................... . ........................ . ............. .. 18
Cuadro 3. Afiliados a la IFOAM según región continental (2002)............ 23
Cuadro 4. Mercado de productos ecológicos, adquisiciones realizadas 1997 y2000..................................................................... 24
Cuadro 5 Destino de la producción agroecológica en el año (2000).......... 25
Cuadro 6. Diferentes plásticos degradables y sus aplicaciones................. 29
Cuadro 7. Diferentes formas de degradación, el agente causante, el efecto y los productos de la degradación........................................ 30
Cuadro 8. Diferentes microorganismos involucrados en la biodegradación de polímeros naturales, sintéticos y degradación del almidón en mezclas poliméricas sintéticas.......................................... 45
Cuadro 9. Plásticos de acolchado evaluados....................................... 74
Cuadro 10. Temperatura (°C) media del suelo a una profundidad de 5 cm 80
Cuadro 11. Rendimiento promedio de maíz y algodón............................ 81
Cuadro 12. Las tasas de degradación de las películas de PE enterradas en el suelo............................... . ............... . ................. . ...... 81
Cuadro 13. Estimaciones de consumo de plástico para producción agrícola en diferentes áreas, en toneladas....................................... 84
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INDICE DE FIGURAS
Pagina
Figura 1. Instalación mecánica de acolchado plástico sobre el surco para cultivo de papayo .................................................. . ...... 06
Figura 2. Cubierta flotante de polipropileno utilizada para protección inicial del cultivo.......................................................... 07
Figura 3. Aplicación de microtúneles de polietileno para protección del cultivo...................................................................... 07
Figura 4. Aplicación de plástico de polietileno en invernaderos para protección de cultivos..................................................... 08
Figura S. Aplicación del plástico en el sistema de riego por goteo en la agricultura............................................. .. .................. 09
Figura 6. Aplicación del plástico en la hidroponía como depósito de agua............................................. . ......... . ................ 09
Figura 7. Geomembranas aplicados a pozos captadores de agua para riego oganado.................................................................. 10
Figura 8. Aplicación de las mallas para reducción de radiación en los cultivos........................................ . ............................ 10
Figura 9. Ensilado de forraje para alimentación del ganado en tiempos de sequía....................... . ...................................... . ........ 11
Figura 10. Almacenamiento de forraje fermentado para alimentar ganado en épocas de sequía.......................................................... 11
Figura 11. Bolsas de malla de diferentes colores para empaque de productos agrícolas............ . ......... . ............................................ 12
Figura 12. Bolsa plástica de polietileno para envasado de verduras............ 13
Figura 13. Empaque de plástico rígido de polietileno para empaque de ensaladas............ . ................ . .................. .. ................ . 13
Figura 14. Empaques de plástico rígido para frutos pequeños y suaves 14
Figura 15. Bolsa orgánica para el empaque prematuro de banano.............. 14
Figura 16. Plástico orgánico a base de almidón para el empaque de banano deexportación............................................................ 15
Figura 17. Residuos plásticos y vegetales generados de invernadero y acumulados en terrenos baldíos........................................ 16
Figura 18. Acumulación de residuos plásticos agrícolas en los campos agrícolas.................................... . ......... .... ............. ... 16
Figura 19. Incineración de residuos plásticos generados por la agricultura 16
Figura 20. Agricultura ecológica con rotación de cultivos....................... 22
Figura 21. Porcentaje de afiliados por región a la IFOAM (2012)...................................................................................24
Figura 22. Espectro de radiación electromagnético ............ . .................. 34
Figura 23. Escisión o ruptura al azar a lo largo de la cadena polimérica del poliestireno......................... .....................................37
Figura 24 Mecanismo de la biodegradación por mi ..
croorganismos bajo
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condiciones aeróbicas (Mueller, 2003)................................43
Figura 25. Polímeros biodegradables de uso más generalizado................47
Figura 26. A la izquierda la representación de una proteína, que incluye un grupo amida (derecha superior) para formar la poliamida..........48
Figura 27. Niveles de organización de las proteínas (Ruiz, 2009)..............49
Figura 28. PE-15 (Parte expuesta)................................................... 75
Figura 29. PE-15 (Parte cubierta)................................................... 75
Figura 30. MAT-15 (Parte expuesta) .................... . ........................ ... 75
Figura3l. MAT- 15 (Parte cubierta) ................................................ 75
Figura 32. SOLP G-80 (Parte expuesta) ......................................... ... 76
Figura 33. SOLP G-80 (Parte cubierta)............................................. 76
Figura 34. BARB LN-1 (Parte expuesta).......................................... 76
Figura 35. BARB LN-1 (Parte cubierta) ....................... . .................... 76
Figura 36. Porcentaje de biodegradación de almidón plastificado con glicerina.................................................................... 77
Figura 37. Empaque de plástico natural a base de almidón para el empaque debanano.................................................................. 78
Figura 38. Empaque de polietileno convencional para el empaque de banano................................................................ . .... 78
Figura 39. Resultados por el uso de empaque con polietileno convencional 78
Figura 40. Aplicación de acolchado y microtúnel en cultivo protegido de fresa............................................... . ........................ 80
Figura 41 Instalación interior de la recicladora de plástico TYRMA......... 82
Figura 42. Instalación interior de equipo y maquinaria de la recicladora de plástico TYRMA .............................. . .......................... 82
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DEDICATORIA
Dedico este trabajo a Dios, por permitirme realizarlo y por poner en mi camino a personas que
contribuyeron de manera directa en la perfección del documento, aprovechando también para
pedirle que siga cuidando mi camino y me guíe por el sendero más correcto. GRACIAS
DIOS
A mi madre Adela Tolentino San Agustín, que en estos momentos no puede estar conmigo
por la distancia que nos separa, pero le dedico este trabajo con todo cariño. A mi papá
Guillermo López González, que ya no está conmigo, pero que desde donde esta, él me esta
mirando.
A mi familia, a mi esposa Mayra Guadalupe Vázquez Gutiérrez, a mis hijos Goretti
Guadalupe y Diego Misael, les dedico este trabajo con todo mi amor y por todo el apoyo que
me brindaron.
A mis Hermanos Martha, Domingo y a todos los que ya no puedo ver
A mis suegros Ruperto Vázquez y Carmela Gutiérrez, por el apoyo de su parte, que de
alguna manera contribuyeron.
A mis amigos Aidé, Marcos, Habacuc, gracias.
A mis compañeros de la especialidad, Zoila, Nadia, Enrique, Eddy y Román.
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AGRADECIMIENTO
A CIQA (Centro de Investigación en Química Aplicada), por la estancia que me brindó,
por los conocimientos que obtuve en esta institución y por todo el apoyo que obtuve para
realizar este trabajo.
Al personal de posgrado, Dr. Luis Ernesto Elizalde, M.C. Gladys de los Santos, Nancy
Espinosa e Imelda, Gracias.
Al Dr. Ricardo Hugo Lira Saldivar, por su apoyo y colaboración para dirigir éste trabajo.
A mis evaluadores M.C. Juanita Flores Velásquez y M.C. Adrián Méndez, que se
empeñaron en perfeccionar este trabajo y por todo el apoyo que me brindaron
A mis profesores de la especialidad, Dr. Antonio Cárdenas, Dr. Luis Ibarra, Dr. Luis
Villarreal, Dr. Santiago Sánchez, M.C. Rosario Quezada, M.C. Juanita Flores, M.C.
Eduardo Treviflo e Ing. Felipe Hernández.
i.
II
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INTRODUCCION
El uso de plásticos sintéticos se ha extendido ampliamente en el mercado, debido a sus
propiedades consistentes en peso ligero, hidrofobicidad, estabilidad química, resistencia
especial a los químicos corrosivos y al deterioro biológico. Esto lo caracteriza de ser
difícilmente degradables y permanecer durante siglos en la naturaleza. De todos los sectores
de aplicación de los materiales plásticos, el 60% representa los que desechan en corto tiempo
debido a esto en los últimos diez años se ha puesto gran interés en el desarrollo de nuevos
plásticos degradables que posean propiedades comparables con estos polímetros a un costo
equivalente (Odusanya et al., 2000) para evitar la acumulación de materiales sólidos en el
medio ambiente.
Desde el punto de vista económico y social, uno de los problemas más fuertes e
importantes a que se enfrenta México es llevar a cabo las actividades agrícolas, provocado en
gran parte por las condiciones climáticas tan variables que imperan en el país. La variación en
la distribución de las lluvias y las temperaturas producen una gran diversidad de climas. En las
regiones áridas la precipitación es escasa o nula por lo que es necesario cambiar los patrones
de cultivos utilizando cultivares resistentes a la sequía y mejorando las prácticas de riego
como: Precisión en la aplicación y cantidad para otorgar a la planta la cantidad de agua que
necesita y en el momento adecuado para hacer el uso eficiente de este recurso, (Morán et al.,
2005).
El plástico es una herramienta agrícola en permanente evolución constituyendo uno de
los elementos que contribuye a impulsar el rendimiento de la agricultura moderna.
El uso de plásticos en agricultura responde a la necesidad de lograr incrementos en
calidad y cantidad en la producción agrícola. Su uso favorece una disminución del consumo de
agua y consigue un microclima en la zona de crecimiento de las plantas, con lo que se
incrementa la productividad. Además, posee una ventaja clave respecto a otros materiales por
su peso, esta baja densidad favorece su manejo, colocación y transporte. Las principales
aplicaciones del sector son los invernaderos, túneles, acolchados, mallas de sombreo, tuberías
de riego por goteo, bolsas para cultivos hidropónicos y plásticos foto selectivos para control de
plagas y enfermedades. El material que goza de mayor demanda es el polietileno de baja
densidad (PEBD) (Robles et al., 2005).
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Sin embargo, uno de los principales problemas que afectan al medio ambiente ha sido
el incremento en el uso de los materiales plásticos y sus desechos. Si se considera que a nivel
mundial se cultivan en aproximadamente 780,000 hectáreas (ha) de invernaderos y túneles, de
los cuales 138,000corresponden a Asia, 95,000 a la Cuenca Mediterránea y 15,600 en el
Continente Americano (Ambiente Plástico, s/f) y que se calcula que para túneles altos se
utiliza un promedio de 2,250 kgha-1 de plástico y para invernaderos de 3 a 4,000 kg•ha-1,
con una vida útil de 2.5 a 3 años, se tendría un desecho anual de plástico de 902 y 1,500
kg'ha-1 para túneles altos e invernaderos, eso sin contar con los desechos de acolchado
plástico, malla sombra, bolsa para cultivo sin suelo, rafia para tutoreo y cintilla de riego, entre
otros. Esto nos da una idea del nivel de desechos plásticos agrícolas y que actualmente a la
mayoría de ellos no se les da ningún tratamiento, reciclado o uso para generación de energía
ya que para deshacerse de ellos los queman o los confinan en el suelo, representando un
problema ambiental ya que una vez cumplida su misión hay que retirar miles de kilómetros
cuadrados de plástico sucio, además de contaminado con residuos de los agroquímicos
utilizados en el control fitosanitario de los cultivos, lo que representa un problema para su
reciclado (Reyes, 2008).
Otra solución a la problemática generada por el uso indiscriminado de plásticos
sintéticos y su persistencia en el ambiente ha estimulado la investigación para el desarrollo de
nuevos materiales y métodos de producción que permitan generar plásticos que presenten las
mismas propiedades pero que tengan un periodo de degradación más corto. Se han
desarrollado cuatro tipos de plásticos degradables: los fotodegradables, los biodegradables, los
biodegradables sintéticos y los completamente biodegradables naturales (Segura et al., 2007).
Sin embargo, no en todas las técnicas de agrícolas que utilizan plásticos (películas para
acolchado, micro y macrotúneles, cubiertas flotantes e invernaderos) es deseable que sean
degradables para evitar la acumulación de residuos plásticos, es por eso que los objetivos de
este trabajo son:
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OBJETIVOS
Generar información para los productores sobre las ventajas y desventajas de utilizar
plásticos degradables, para que sean aplicados a los sistemas de producción obteniendo
los mismos efectos que los plásticos convencionales como: Incremento en el
rendimiento, precocidad, resistencia mecánica y más características que proporcionan
los plásticos sintéticos.
Recopilar información sobre la situación actual del uso indiscriminado de plásticos, de
los problemas que se están causando a la biodiversidad y analizar de que manera
podemos contribuir a la disminución de estos daños mediante la utilización de
materiales que puedan ser regresados al suelo, que puedan ser utilizados por los
microorganismos y estos a la vez contribuyan a mejoramiento de los suelos.
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REVISION BIBIOGRAFICA
Plásticos
La palabra plástico se refiere a ciertos tipos de materiales sintéticos obtenidos mediante
fenómenos de polimerización o multiplicación artificial de los átomos de carbono en largas
cadenas moleculares de compuestos orgánicos. En general, son derivados del petróleo, aunque
algunos se pueden obtener a partir de otras sustancias naturales (Segura et al., 2007).
Inicialmente el término plástico hacía referencia a la propiedad de la arcilla de poder
ser moldeada, aunque en realidad, se hace referencia a que un polímero también es un plástico:
ciertos materiales sintéticos que pueden moldearse fácilmente y en cuya composición entran
principalmente derivados de la celulosa, proteínas y resinas (Flores 2009). Por su parte,
Montelongo y Valdez (2010) mencionan que el término plástico en su significación más
general, se aplica a las sustancias de distintas estructuras y naturalezas que careceñ de un
punto fijo de ebullición y poseen durante un intervalo de temperaturas propiedades de
elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y
aplicaciones.
Los plásticos están constituidos por macromoléculas llamadas polímeros, cuya base
son unidades más pequeñas llamadas monómeros unidas entre sí (Chandra y Rustgi, 1998).
Clasificación de los Plásticos
La mayoría de los plásticos proceden de productos obtenidos del petróleo y en menor
medida de derivados del carbón y la celulosa de las plantas, de manera que se pueden
clasificar de diferentes maneras: Según el origen del monómero, por su comportamiento frente
al calor, la reacción de síntesis, según su estructura molecular y en elastómeros o cauchos
Según su Origen
Con base a lo reportado por Escudero (2011) los polímeros se clasifican de acuerdo a
su origen en naturales, semisinteticos y sintéticos.
/ Polímeros Naturales: Son polímeros cuyos monómeros son derivados de productos de
origen natural como la celulosa, el caucho, las caseínas, etc. Algunos ejemplos son
celuloide, celofán, madera, goma.
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( Polímeros Semisintéticos: Se obtienen por la transformación química de los polímeros
naturales, sin destruir su naturaleza macromolecular como la seda artificial obtenida a
partir de la celulosa.
'7 Polímeros Sintéticos: Son aquellos que tienen origen en productos elaborados por el
hombre, derivado principalmente del petróleo, se obtienen por vía sintética, por al
menos dos métodos, el de adición y el de condensación a partir de sustancias de bajo
peso (Flores, 2009).
Según su Comportamiento Frente al Calor
Una de esas características de los polímeros, es de que si se eleva la temperatura del
material a un rango de entre 150 y 225°C, en promedio, se convierte en un material que puede
ser conformado o moldeable ya que se encuentra en un estado de plasticidad, sin embargo, hay
algunos materiales que una vez que han pasado por este proceso de calentamiento ya no es
posible volverlos a calentar. De esta característica tan importante de los polímeros podemos
obtener una nueva forma de clasificarlos:
De acuerdo a un reporte reciente de Escudero (2011) los polímeros se clasifican en
base a sus propiedades químicas.
'7 Termoestables: Son materiales que una vez que han sufrido el proceso de
calentamiento-fusión y formación-solidificación, se convierten en materiales rígidos
que no vuelven a fundirse. Generalmente para su obtención se parte de un aldehído.
(resinas fenólicas, úricas, melamínicas, de poliésteres, epóxido y poliuretano).
'7 Elastómeros: Son polímeros que pueden deformarse por un agente y al momento de
ausentarse ese agente deformador, el polímero puede volver a su estado normal. Se
caracterizan por su gran elasticidad, adherencia y baja dureza, estructuralmente son
intermedios entre los termoestables y los termoplásticos. Los elastómeros pueden ser
naturales (celuloide, celofán, galatita o cuero artificial, goma dura y esponjosa) o
sintéticos (caucho, neopreno, silicona).
'7 Termoplásticos: Estos polímeros tienen la facilidad para ser fundidos y por lo tanto
pueden ser moldeados con nuevas formas que se conservan al enfriarse debido a que
las moléculas están unidas por débiles fuerzas que se rompen con el calor
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(polivinílicos, poliestireno, poliolefinas, polimetacrilatos, poliamidas, policarbonatos,
fluorocarbonos) (Galdón, 2010).
Aplicación de los Plásticos en la Agricultura
De acuerdo a las aplicaciones de los plásticos y los beneficios de las diferentes
técnicas, se presentan una pequeña puntualización de cada una de ellas.
Acolchado de suelo: Esta técnica consiste en colocar una película plástica sobre el
surco o cama de cultivo y se utiliza para ahorrar agua, obtener cosechas más precoces y
mayores, de mejor aspecto comercial y estado sanitario ya que conserva la humedad, mantiene
buena estructura, mejora la utilización de los abonos, brinda protección en la germinación y
emergencia de las plantas, disminuye el número de frutos dañados y elimina malas hierbas
cuando se utilizan plásticos opacos. Entre los polímeros aplicados a la agricultura se destaca al
polietileno de baja densidad por las características de flexibilidad y precio económico (Figura
1).
Figura 1. Instalación mecánica de acolchado plástico sobre el surco para cultivo de papayo
(eldialogo.ning.com/photo/acolchado-para-papaya-en-oaxaca-2).
Cubiertas flotantes: Son láminas de materiales plásticos (polietileno de baja densidad,
polipropileno y poliésteres) que se colocan sobre el cultivo después de la siembra o la
plantación y se van elevando con su crecimiento. Las cubiertas flotantes o mantas térmicas
crean un microclima favorable para las plantas en una época y zona determinada del
crecimiento y con ello, se favorece una calidad más homogénea, mayores calibres y cierta
precocidad (1 a 2 semanas de protección). También disminuye la necesidad de tratamientos
fitosanitarios. En general es una técnica de bajo costo y fácil de utilizar (Figura 2).
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Figura 2. Cubierta flotante de polipropileno utilizada para protección inicial del cultivo
(Fuente: Dr. R. Hugo Lira).
Microtúneles: Son láminas de plástico flexible que se adaptan perfectamente a
estructuras semicirculares y sencillas que producen el efecto invernadero deseado en los
cultivos de porte bajo (Figura 3). Los pequeños túneles tienen como objetivo principal
aumentar la precocidad en la plantación, protege contra frío, viento o heladas, mayor
eficiencia abonos y riego, además protege de plagas y enfermedades. El polímero más
utilizado es el polietileno de baja densidad, por la flexibilidad y bajo costo.
Figura 3. Aplicación de microtúneles de polietileno para protección del cultivo
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Figura 7. Geomambranas aplicados a pozos captadores de agua para riego o ganado
(perutapiz.com/geomenbrana.php).
Mallas plásticas: La aplicación de las mallas en la agricultura tiene dos vertientes bien
definidas que son las aplicaciones para producción, y las de postproducción o envasado. Los
materiales con los que se fabrican mallas y tutores son fundamentalmente, polietileno de alta
densidad y polipropileno; estas pueden ser tejidas o extruidas (Figura 8). En España o Italia,
por ejemplo, se emplea más la malla tejida que la extruida; sin embargo en Estados Unidos la
tendencia es a la inversa.
Figura 8. Aplicación de mallas para reducción de radiación en cultivos.
(sanquets.com/aplicaciones.php).
Además de las aplicaciones mencionadas el uso de los plásticos también se ha
introducido en las explotaciones agropecuarias, sistemas de ensilado de forrajes (Figuras 9 y
10) para alimentar al ganado en épocas de sequia y cubierta de las naves y cercado de corrales
para el ganado.
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 10
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
(Fuente: Dr. R. Hugo Lira).
Invernaderos: Son construcciones que sirven para optimizar el control de las
condiciones climáticas del cultivo mediante el uso cubiertas plásticas (Figura 4) que filtran la
radiación solar y la distribuyen en toda el área de cultivo y lo aíslan del exterior. La película
plástica permite el paso de la radiación emitida por el sol, que es responsable del
calentamiento del invernadero e impide la salida de la radiación emitida por el suelo con la
agregación de aditivos para darle termicidad. También permite producir en épocas y en zonas
en la que es casi imposible producir a campo abierto.
Figura 4. Aplicación de plástico de polietileno en invernaderos (Fuente: Dr. R. Hugo Lira).
Riego: La modernización de los sistemas de riego implica el empleo masivo de
materiales plásticos (Figura 5). Los materiales plásticos en general, y más concretamente las
tuberías de polietileno, se utilizan tanto en las canalizaciones primarias para el transporte
como en las redes secundarias de distribución y en los ramales del riego localizado para
conducir el agua al cultivo. El segundo material plástico utilizado en sistema de riego es el
PVC, por su alta resistencia a la ruptura, la desventaja es su alto costo, por esta razón, muchos
agricultores se inclinan por el uso del polietileno.
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Figura 9. Ensilado de forraje para alimentación del ganado en tiempos de sequía
(312898.blogspot.mx/).
Figura 10. Almacenamiento de forraje fermentado para alimentar ganado en épocas de sequía.
(plasticosdeempaque.com/polietileno-agricola.php).
Empaque: La importancia de los plásticos utilizados para empaque radica en que
debe garantizar la conservación de su contenido y minimizar los riesgos de pérdidas a lo largo
de toda la cadena, desde la fabricación del producto hasta el consumo. Puede actuar como
barrera ante el oxígeno, la luz, la humedad ambiente, etc. Es por eso que más del 60% de los
plásticos utilizados en el empaque se desechan en corto tiempo, pasando a ocupar un gran
volumen en los rellenos sanitarios, Ramos (2011) menciona que solo en la Ciudad de México
en los últimos 10 años, se ha duplicado la generación de basura de plástico al pasar de 750
toneladas en promedio diario a 1,500, lo que representa aproximadamente el 14% del total de
los residuos generados al día en el DF, unas 12,500 toneladas.
Además de los plásticos para empaque de productos lácteos, cárnicos, agua, refrescos,
etc., se encuentran los que se utilizan para empaque en la agricultura como son los envases de
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 11
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Figura 5. Aplicación del plástico en el sistema de riego por goteo en la agricultura
(civiagro.com/sistemas_de_riego_por_goteo.php).
Hidroponía: El cultivo "sin suelo" es una tecnología aplicada a los cultivos hortícolas,
fue desarrollado por la necesidad de mejorar el control nutricional de las plantas y de
prescindir de suelos muy contaminados (Figura 6). Durante la década de los 80's se basaron en
la utilización de materiales plásticos, fundamentalmente fabricados con lámina coextruída de
polietileno.
Figura 6. Aplicación del plástico en hidroponía como depósito de agua.
Bordos de captación de agua: En el mundo se calcula que hay un volumen de 18 mii
millones de m3 de agua acumulada en pequeños embalses impermeabilizados mediante el uso
de láminas plásticas o geomembranas (Figura 7) la mayoría repartidas entre Europa, América
y el norte de África. El plástico más utilizado es el polietileno de baja densidad.
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
pesticidas y otros productos agrícolas, así como los plásticos utilizados para el empaque de
frutas y verduras.
Bolsas de malla: Este tipo de material tiene amplio uso, siendo frecuente encontrar en
ellos papas, cebolla, repollo, nabos y cítricos (Figura 11). Además de su costo bajo, la malla
tiene la ventaja de permitir el paso de las corrientes de aire, aunque entre sus desventajas se
encuentran que no se apilan bien y las bolsas pequeñas no ocupan eficientemente el espacio
interior de los empaques de fibra corrugada, además no ofrecen protección a la luz o los
contaminantes y el producto puede llegar al consumidor en mal estado.
Figura 11. Bolsas de malla de diferentes colores para empaque de productos agrícolas
(poscosecha.com/es/empresas/sacosconbanda/_id: 36697,seccion:catalogo_de_pro
ductos,producto: 10144/).
Bolsas plásticas: Este tipo de empaque (compuestos por películas de polietileno) es el
material predominante para envasar frutas y vegetales (Figura 12), tienen bajos costos, son
claros, permiten la inspección fácil del contenido. La desventaja es que presentan unas
propiedades muy pobres al funcionar como barreras, ante los gases y la humedad, muchos
frutos producen etileno como parte de su actividad metabólica, provocando su madurez y
envejecimiento y que los productos conserven su calidad por menos tiempo.
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Figura 12. Bolsa plástica de polietileno para el envasado de verduras
Empaques rígidos plásticos: Los empaques con tapa y fondo formados por uno o dos
pedazos de plástico son generalmente plástico rígido (Figuras 13 y 14). Este tipo de empaques
ganan popularidad porque son baratos, versátiles, brindan protección óptima al producto y su
presentación es muy agradable. Se emplean en productos de alto valor comercial, como
algunas frutas pequeñas, bayas, setas o productos que se dañan fácilmente al ser aplastados,
como en productos pre cocido y ensaladas.
(angelfire.com/ia2/ingenieriaagricOla/empaqUes.htm).
Figura 13. Empaque de plástico rígido de polietileno para empaque de ensaladas
(infoagro.com/noticias/20 11 / 11 / 1921 2_envasebiodegradableproductos_frescO
s.asp).
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 13
VENTAJAS Y DESVENTAUS Pp LOS PLÁST!COS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLOGICA
Figura 14. Empaques de plástico rígido para frutos pequeños y suaves
En Colombia se empiezan a utilizar plásticos orgánicos para el empaque prematuro de
bananos (Figura 15) para proteger a los racimos del ataque de bajas temperaturas. Otro
plástico orgánico que está elaborado a base de almidón (Figura 16) que utilizan para el
empaque de banano cosechado, estos tienen la ventaja de intercambiar gases con el exterior
evitando la acumulación de etileno para disminuir la aceleración de la madurez de las frutas
prolongando su vida de anaquel y así se puedan embarcar a grandes distancias.
Tienen la ventaja de ser permeables al vapor y oxigeno evitando que los productos
suden y se mantengan frescos por más tiempo. Las fundas bananeras se colocan cuando
todavía ninguna de las brácteas ha abierto para evitar daños por insecto, logrando mayor
rendimiento y calidad (Cubillo et al., 2002).
Figura 15. Bolsa orgánica para el empaque prematuro de banano (Cubillo et al., 2002).
EpeciaIización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 14
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLOGICA
Figura 16. Plástico orgánico a base de almidón para el empaque de banano de exportación
(alecoconsult.com/index.php?id=empaques-biodegradables).
e las a !'9! 4 en la
anteriormente, en las que se utilizan plásticos convencionales que son persistentes en el medio
ambiente, por lo que un tratamiento inadecuado de eliminación de los residuos de materiales
plásticos es una fuente significativa de contaminación ambiental, teniendo también un impacto
muy costoso sobre la gestión de los residuos, produciendo una contaminación ambiental de
gran consideración, además de la contaminación visual que se deja ver por los campos
agrícolas (Figuras 17 y 18) una vez que ha finalizado el ciclo del cultivo.
De ninguna manera se justifica el uso de plásticos de larga duración para aplicaciones
de vida corta, sobre todo cuando existe un peligro creciente de perturbación del medio
ambiente. El uso indiscriminado de plásticos en la agricultura ha tenido muchos impactos
ambientales negativos como:
' Impactos visuales desagradables
1 Generación de grandes cantidades de residuos plásticos
1 Disminución de la biodiversidad en todo el ámbito natural, (Knickel, 1999).
si Destrucción ecológica y medio ambiente atmosférico debido al uso de energías para su
elaboración, (Lewuan, 2000).
si Invasión en todas las aéreas de insectos exóticos, (Andow, 2003).
si Cambios en el equilibrio de la infiltración y escorrentía del agua
EspehIaln en Química Aplicada cpn opción en "AGOPLAST1CULTJJM" 1
VENTAJAS y SYENTA4 L iSTICOS DEGRADA13LES PAR4 S!J APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLOGICA
Algunos agricultores ven como alternativa la incineración (Figura 19) pero esto causa
problemas al medio ambiente deteriorando la capa de ozono y nos generan problemas
respiratorios por la liberación toxica de gases. (agricultura-en-linea.com/20 1 0/02/plasticos-en-
la-agricultura-historia.html).
Figura 17. Residuos plásticos y vegetales generados de invernadero acumulados en terrenos
baldíos. (infoagro.com/galeria/foto.asp?id=378).
Figura 18. Acumulación de residuos plásticos agrícolas en los campos agrícolas
Figura 19. Incineración de residuos plásticos generados por la agricultura
(gem.es/descargas/residuos—agricolas/residuos_agricolas.html).
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 16
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Muchos de estos materiales pueden ser reciclados, sin embargo, este proceso produce
grandes cantidades de sustancias tóxicas que afectan notablemente el medio ambiente. Como
alternativa viable a esta problemática surgieron los plásticos biodegradables. En contraste con
los plásticos convencionales estos pueden ser producidos a partir de fuentes renovables de
energía como carbohidratos (Bello, 2009).
No todas las técnicas de agroplasticultura pueden utilizar plásticos degradables ya que
por ejemplo en las películas para cubierta de macrotúneles e invernaderos, lo que se requiere
es que su vida útil sea de al menos 3 afios y que sus propiedades físico mecánicas no cambien
durante este periodo, sin embargo los plásticos que se utilizan por un solo ciclo de cultivo,
entre los que se encuentran principalmente las películas para acolchado, microtúneles y
películas de empaque con ciertos usos específicos pudieran sustituirse por plásticos
degradables, así como también aquellos plásticos utilizados especialmente para aplicaciones
en la industria del envase y embalaje, sobre todo para los envases no recuperables (Bello,
2009).
Plásticos Convencionales
Los plásticos más utilizados en agricultura (Cuadro 1) según Gallego (2004) y Aamer y
colaboradores (2008) son los que a continuación se mencionan.
Cuadro 1. Polímeros sintéticos más utilizados en la agricultura y sus aplicaciones.
PLÁSTICO USO
F,tllen 4e pehft1a ngu1a para ln\ernaderos Anidad Polietileno de PcI iculas flux iblcs para invurnaderus, inicro y macrt tuneles, Baja Densidad acolu hados y mallas.
oruicf pVot ip wa In\ernaderos, Wheria' para pohvnuto s1s*1a" de rlegçl Polipropileno Principalmente en el uso de cubiertas flotantes y en la fabricación
de mallas para casa sombra v' rafia.
Polj*Inato
de cuhleftas pl 1tIc s para in ernaderos y algunas JJicciones corno eu u tura por sti rtsistenc1 i il iumpimiento
(Vona etal., 1965).
En México se utiliza principalmente polietileno de baja y alta densidad. Las cintas de
riego por goteo y los accesorios para riego ocupan el mayor volumen de plástico, seguido por
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 17
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
el plástico para acolchado de suelos, y después el plástico para cubierta de invernadero
(Esperanza, 2010).
Situación Actual de¡ Plástico en la Agricultura Mundial
Se calcula que el consumo mundial de plástico utilizado para la agricultura se ha
duplicado pasando de 1'485,000 toneladas en 1985 a 2'847,000 toneladas en 1999 (Takakura
y Fang 2002).
El consumo de plásticos para la agricultura mundial ha aumentado en un 60% desde
1991, alcanzando un nivel de 2'847,000 toneladas, agregándole el consumo directo antes y
después de la producción (envasado, botellas) representa 3300,000 toneladas más, estimando
un consumo mundial de 6'347,000 ton con un costo aproximado de 12 a 13 billones de dólares
(Joüet, 2001), en tanto que para el atio 2005 el consumo de plásticos utilizados para la
producción agrícola ascendió a 3'366,300 toneladas métricas conjuntando las diferentes
técnicas de agroplasticultura (Cuadro 2), de las cuales se utilizaron para cubrir 14'000,000 ha
de acolchado, 4'270,000 ha con sistemas de micro irrigación, 945,000 ha con túneles bajos,
780,000 ha entre invernaderos y túneles altos, 110,000 ha con cubiertas flotantes, 550,000 ha
con ensilado y 26,250 ha con sistemas hidropónicos, en el caso de los cordeles de PP para
heno y paja, se consumieron 190,000 toneladas de plástico para su fabricación
Cuadro 2. Estimaciones de consumo de plástico para producción agrícola, en toneladas
'Éécnica 1985 1991 1999 2002 2005 unle ba 16800 - 10€0Í) 178,0
Acolchado 270,000 3)70,000 6 () 000 070.000 730,300
27,000 40()Q0 42000 48,000 fl4tn Invernaderos y 180,000 350,000 450,000 475,000 513,000 túneles altos
nsilado 14Q000 25 000 540 0000 5 60 000 60,000 Cordiks de PP lOO 000 140,000 204 00) 1 O 000 190.000
Sisteniç 5000 10000 20000 2000 26000 hidropónicos Muro irru acion 21 60,000 000 625, 000 720,000 920,000
4 €00 j000 10,000 l75O00 201,000
TOTAL 1'145,000 1'739,000 2'847,000 3'038,000 3366,300
Los plásticos agrícolas para invernaderos se usan más en dos regiones que son
principalmente: El lejano oriente (China, Japón y Corea) con casi el 80% de¡ total y el
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 18
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Mediterráneo con cerca del 15% de la superficie total cubierta por invernaderos en todo el
mundo. El desarrollo de esta actividad en Europa ha sido más lento, sin embargo en África y
el Medio Oriente su crecimiento anual es del 15-20%. El país más interesado en esta actividad
es China que ha aumentado la superficie de invernaderos de 4200 ha en 1981 a 125,000 ha en
el año 2002 (Salmerón et al., 2006).
Situación del Plástico en la Agricultura Mexicana
En México, el uso de los plásticos en la agricultura iniciaron con el uso de bolsas de
polietileno negro para la producción forestal hasta hoy, muchos son los avances que se han
producido aunque el crecimiento aún es incipiente y la historia del plástico en la agricultura
recién comienza (Munguía et. al., 2003). Los datos actuales indican que sólo 3.8% del
consumo de plástico de nuestro país se destina a la agricultura, pero el tamaño potencial que
este mercado podría tener es inmenso. Principalmente porque en México la diversidad de
suelos, climas y microclimas favorece el desarrollo de la agricultura protegida.
Los plásticos en la agricultura es una manera muy efectiva de elevar la productividad
del campo de México y su principal beneficio es el ahorro de agua. El plástico es una
herramienta agrícola en permanente evolución y, en todo el mundo, es uno de los elementos
que más sigue contribuyendo a impulsar el rendimiento de la agricultura moderna. Cada año
nuevas tecnologías y productos abren la puerta a una gran cantidad de posibilidades que recién
han comenzado a explorarse.
Las principales técnicas que se utilizan en México son el acolchado de suelos,
invernaderos sistemas de riego y más recientemente es el uso de las mallas y casas sombra,
utilizándose principalmente polietileno de baja y alta densidad. Las cintas de riego por goteo y
los accesorios para riego ocupan el mayor volumen de plástico, seguido por el plástico para
acolchado de suelos, y después el plástico para cubierta de invernadero (Esperanza, 2010).
En México, la horticultura protegida está en amplio crecimiento y desarrollo. En el año
se reportaron alrededor de 10,000 ha, 300 con este sistema de producción presentado un
elevado crecimiento en los últimos años (entre 20 y 25% anual). La Secretaría de Agricultura
Ganadería, Pesca y Alimentación (SAGARPA), en 2010 reportó 11,760 ha, mientras que para
el mismo año la Asociación Mexicana de Agricultura Protegida, Asociación Civil (AMHPAC)
censó 15,300 ha. En general, los invernaderos constituyen 44% y la malla sombra 51% de la
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 19
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
superficie total (Perea, 2011). Los Estados que concentran el mayor número de hectáreas de
cultivo en invernadero son: Sinaloa (22%), Baja California (14%), Baja California Sur (12%)
y Jalisco (10%); en estas cuatro entidades se encuentra más del 50% de la producción total de
cultivos protegidos (Juárez etal., 2011).
AMHPAC reporta que cuenta con más de 200 miembros distribuidos en 25 estados de
la República Mexicana, los cuales producen bajo agricultura protegida en más de 5,664.4
hectáreas y distribuyen sus productos (pimiento, tomate, pepino y berenjena, entre otros)
principalmente a Nogales, Arizona, San Diego California y Mc Allen, Texas
(www.houseofproduce.com) . Entre sus miembros se encuentra, por ejemplo, Agrícola San
Isidro, en Navolato, Sonora, quienes producen berenjena y pimiento en casi 24 ha de
invernadero y 300 ha de campo abierto (Castro, 2007). Tricar/Del Campo cuenta con casi
1,000 ha con tecnología de riego y 50 ha con hidroponía para la producción de tomate roma,
uva y TOV, además de pimiento y pepino europeo (Ley, 2010).
A nivel nacional existen alrededor de 15 empresas que producen y comercializan
películas para uso agrícola, además de tuberías y diversos implementos elaborados con
plásticos sumando alrededor de 280 mil toneladas, de las cuales 60 mil provienen de
importación (21.4%). Ente las empresas productoras de plásticos agrícolas en México son:
PLAFUSA (Plásticos del Futuro S.A), Agrotemac, EPINSA (Equipos y Plásticos para
Invernaderos S.A), POLINOR (Polietilenos del Norte), SUMIPPLAST (Suministro de
películas plástiças, EPA (Exportadora de Plásticos Agrícolas, S.A. de C.V.).
(ambienteplastico .com/es/cont/PortadaIBajoja_sombra_artificiaprinter.php).
Agricultura Sustentable ó Ecológica
Uno de los grandes retos de la agricultura moderna es desarrollar técnicas que
minimicen el impacto del medioambiente. En ese terreno, el plástico está aportando avances
fundamentales. Los plásticos fotoselectivos para acolchado han demostrado ser herramientas
sensacionales para combatir cierto tipo de plagas reduciendo la aplicación y consumo de
fitosanitarios, también los plásticos especiales para la desinfección de suelos, han reducido
drásticamente la emisión de gases a la atmósfera resultantes en la desinfección de los suelos
agrícolas. Las geomembranas están evitando las habituales filtraciones de aguas
contaminantes al subsuelo. Los envases de plástico, son la alternativa más económica y
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 20
VENTAJAS Y RESYENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGI.ADABLES PARA SU APLICACIÓN EN
fácilmente reutilizable. El medio ambiente y el plástico se llevan cada día mejor para
proporcionar una agricultura menos contaminante (Esperanza, 2010).
La agricultura sustentable es una actividad agropecuaria que contribuye a mejorar la
calidad ambiental y los recursos necesarios para tener una producción de alimentos y fibras
vegetales, sin poner en riesgo la diversidad biológica y cultural. Tiene componentes tanto
económicos, como ecológicos y sociales para lograr:
1 El mejoramiento y la conservación de la fertilidad del suelo con estrategias de manejo.
1 La satisfacción de necesidades humanas.
1 Mejora de la calidad de vida de la sociedad.
/ Minimización de impactos, protección y mejora del ambiente.
1 Durabilidad del sistema a largo plazo.
Las prácticas realizadas por la agricultura sustentable son: abonos verdes, cultivos
tradicionales, integración de sistemas agrícola-pecuarios, rotación de cultivos para posibilitar
la acumulación de residuos de distinta calidad que representan aportes de carbono para el
suelo, mejora el balance tanto por la calidad como por la cantidad de residuos. El beneficio de
estas prácticas consiste en que los cultivos explotan diferentes recursos, evitando la erosión y
pérdida de nutrientes,
(ecQlogismo.com/2010/07/1 0/agricultura-sustentable).
Según el Dr. Darst, vicepresidente ejecutivo de Potash and Phosphate Institute (PPI),
en Georgia, para que la agricultura sustentable se sostenga, para que mantenga satisfechas las
necesidades actuales y futuras del mundo, debe proteger y mejorar la calidad del aire, del
suelo y del agua; esto es, debe ser "amigable" con el medio ambiente. También debe hacer un
mejor trabajo de comunicación con sus "clientes" los consumidores de alimentos del mundo.
(Darts, sin fecha).
La agricultura ecológica es un sistema de explotación agrícola autónoma basada en la
utilización óptima de los recursos naturales evitando el empleo de productos químicos de
síntesis utilizar organismos genéticamente modificados (para combatir plagas y enfermedades
o para abonados) logrando de esta forma obtener alimentos libres de residuos (Figura 20), al
mismo tiempo conservamos la fertilidad del suelo y respetamos el medio ambiente. Todo ello
de manera sostenible y equilibrada (Robert 1978).
1
Especialización en Quíniea Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 21
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Figura 20. Agricultura ecológica con rotación de cultivos.
Según la Comisión Europea, la agricultura ecológica es un sistema de producción
agrícola que proporciona al consumidor, alimentos frescos, sabrosos y auténticos al tiempo
que respeta los ciclos vitales de los sistemas naturales. Para ello, la agricultura ecológica se
basa en una serie de objetivos y principios, así como en unas prácticas comunes diseñadas para
minimizar el impacto humano en el medio ambiente, mientras se asegura que el sistema
agrícola funcione de la forma más natural posible. La agricultura ecológica también forma
parte de una larga cadena de suministro (elaboración de alimentos, su distribución y
comercialización y, finalmente, el consumidor) y está diseñada para aportar beneficios a
grandes áreas como protección ambiental, bienestar de los animales, confianza del
consumidor, la sociedad y la economía ya que se rige por normas y reglamentos que autorizan
que los productos lleven logotipos y etiquetas ecológicos.
(ec .europa.eu/agriculture/organic/organic-farming/what-organices).
El control de plagas bajo cultivo ecológico está basado en métodos preventivos,
potenciando su resistencia natural a estos agentes, se utiliza una buena rotación de cultivos
para romper los ciclos de las plagas y las enfermedades, hacer uso de insectos parásitos o
depredadores de plagas para lograr un equilibrio ecológico, también utiliza productos de
origen natural como las piretrinas que se obtienen de las flores secas de los crisantemos, el
extracto de ajo sirve para repeler la mosca blanca, pájaros y varias especies de chupadores. En
R
cuanto a la fertilización la composta es la base principal, se pueden enterrar plantas de
leguminosas para la aportación de nitrógeno al suelo mejorando su estructura por mayor
u
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 22
YFTAJ44S Y DESYNTAMS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOL53 ICA --
presencia de microorganismos, facilitando el desarrollo de raíces y consecuentemente
mejorando la retención de agua por parte del asuelo. Además se pueden utilizar los residuos de
cosecha como acolchado, delimitando de alguna manera la presencia de malezas y
disminuyendo la evaporación del agua y erosión de los suelos. Todo esto va encaminado a
conservar los pocos ecosistemas que aun tenemos.
(es.wikipedia.org/wiki/Agricultura—ecol%C3%B3gica).
El sector de alimentos ecológicos constituye una actividad comercial en aumento con
buenas perspectivas a largo plazo. A pesar de que se le ha dado mayor atención en el último
decenio, la agricultura ecológica solo ocupa una pequeña parte de las tierras agrícolas que es
aproximadamente un 2% en la unión Europea 0.1% en Estados Unidos y 1.34% en Canadá.
(Willer y Yussefi, 2003).
De acuerdo a datos de la International Federation of Organic Agriculture Movement
(IFOAM) en poco más de 100 países se practica la agricultura ecológica y 750 organizaciones
de productores están registrados. El mayor número de afiliados que representan el 45% del
total, se encuentran en Europa Occidental, seguido por Asia y Oceanía, la región que presenta
el menor número de afiliados es América Central-Sur con solo el 4% (IFOAM, 2002),
mientras que para el año 2011 se incrementó a 870 afiliados (IFOAM, 2012), tal y como se
muestra en el (Cuadro 3 y Figura 21 respectivamente).
Cuadro 3. Afiliados a la IFOAM según región continental (2002).
Región % de afiliados
Asia N, Oceanía
Africa 8
América Central-Sur 4
Especialización en Química Aplicada con opción en 23
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
IFOAM AFFIUATES BY REGION
TiiI *» Affat.s (Mamber Msodiiu md $w*ø)
0ucmb.d 2011
Mrica
Aita - Euloge
Ladi Am&a
Noflh Amnc, Oceaaa
Figura 21. Porcentaje de afiliados por región a la IFOAM (2012).
Los principales mercados demandantes de productos orgánicos se encuentran en
Europa, Estados Unidos y Japón, países industrializados cuya población se caracteriza por su
alto nivel de ingresos, la demanda varia de acuerdo al país (Cuadro 4), así como las cifras en
dólares que indican el desarrollo de las ventas en estos países demandantes.
Cuadro 4. Mercado de productos ecológicos, adquisiciones realizadas 1997 y 2000.
País Ventas, 1997 Ventas, 2000 (millones de dólares) (millones de dólares)
1,1 2400
Italia 750 1050
Reino1indo 4 100 Francia 720 850
Sui - 470
Dinamarca 375
Austtia 275
Holanda Suecia - 200
Europa Occidental 1 335 500
øl111 4OQ 8000
Canadá --- 00
IZOO 20O
Australia 170 - 12
(Pérez 2004)(CIESTAAM, 2002).
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 24
VENTA.!AS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACI JÓN N
La Agricultura Sustentable en México
El desarrollo de la agricultura sustentable en México inicio en la década de los 80'5
multiplicando la superficie constituyéndose en una opción económicamente viable para
muchos pequeños productores. Nuestro país más que consumidor, se ha convertido en
exportador de productos ecológicos generando en el año 2002 casi 140 millones de dólares en
divisas con un crecimiento anual del 42% siendo los estados de Chiapas, Sinaloa y Baja
California Sur quienes tienen una participación del 40%. El producto ecológico mas
importante en México, es el café orgánico que representa del 69% del total (70838 ha)
cultivados con productos orgánicos (Pérez, 2004).
De la producción ecológica de México, el 85% se destina a exportación, el resto se
vende en el mercado domestico principalmente como producto convencional, el destino de las
exportaciones de estos productos con Estados Unidos, Alemania, Holanda, Japón, Inglaterra y
Suiza (Cuadro 5). La comercialización de productos orgánicos o ecológicos implica
inspección y certificación de los métodos de producción empleados y es realizada por agencias
extranjeras de los países importadores. A nivel nacional hay 7 organizaciones de productores
orgánicos afiliados al IFOAM que son: Aires del campo, Sociedad Mexicana de Producción
Orgánica, A.C., (en el Distrito Federal), el Centro de Investigaciones Interdisciplinarias para el
Desarrollo Rural Integral (en Chapingo), Carnes Orgánicas de México, SA de CV. y Cultura
Orgánica Integral, SA de CV (en Nuevo León), así como Trees for People, SA de CV (en
Yucatán) (IFOAM, 2012).
Cuadro S. Destino de la producción agroecológica en el año (2000).
Producto Destino
Cie ETJ. Alcinaffia, Ho1nJa Suiza, lapnn It ilia, Pinarn itci Epan i Itali i y Autraa
lvi in E 1 J 1 ipn Canadá,Inglaterra \ uti u u \ ( hilL
ngJQt Ju Hortalizas El Japón. Inglaterra y Canadá
Et r \A1mttn1tt Vainilla EL y lapón
E U y Aum ni 1
.Ajonjoli E. El JJpa
(CIESTAM, 2002).
Especialiración en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 25
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE OS PLÁT!COS pEGRADABLES PARA SU APUCACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLOGICA
Degradación del Plástico
Los plásticos convencionales se producen a partir de reservas fósiles de energía como el
petróleo. Estos polímeros perduran en la naturaleza por largos períodos de tiempo y por tanto
se acumulan, generando así grandes cantidades de residuos sólidos (Bello, 2009). Aunque no
se degradan debido a que sus moléculas son muy grandes y son hidrofóbicas, sus productos de
oxidación hidrofílicos mucho más pequeños si lo hacen y se degradan lentamente por un
proceso llamado de degradación oxidativa que es una reacción de los radicales libres,
mediante la cual el oxígeno atmosférico se combina con el carbono y el hidrógeno en el las
moléculas de plástico, provocando una serie de consecuencias inevitables como:
y' Reducción del tamaño de las moléculas del polímero y el oxígeno se une a fragmentos
moleculares
y' Pérdida de propiedades mecánicas como resistencia, elasticidad y flexibilidad;
y' Cambios de plástico: de repelente al agua (hidrofóbico) para humectar (hidrofílico)
El plástico se desintegra, se hace quebradizo.
Mientras que la oxidación lenta/biodegradación de las poliolefinas es útil a largo plazo,
es necesario acelerar este proceso drásticamente en dos etapas con el fin de hacerlo práctico en
la gestión de la acumulación de productos de plástico desechados (Gho, el al., 2008).
Para el caso de los materiales fabricados con polímeros sintéticos, es necesario conocer
los procesos que llevan a su degradación no sólo para establecer y, eventualmente, extender su
durabilidad, sino también para permitir su destrucción deliberada, transformación o reciclado
cuando haya finalizado la vida útil para la cual han sido diseñadas, evitando así problemas de
contaminación ambiental. Algunos ejemplos de los efectos de la degradación de materiales
son: el PE se hace quebradizo cuando se encuentra sometido a temperatura mayor que la
ambiente en atmósfera de oxígeno (aumenta su fragilidad y se fragmentan las cadenas); el
PVC se colorea después de períodos prolongados a la intemperie y el caucho se reblandece y
hace pegajoso por rotura de las cadenas causada por agentes oxidantes. La degradación de
polímeros es un proceso irreversible que conileva a la modificación de su estructura química y
de sus propiedades físicas (es.scribd.com/doc/52910625/06-Cap-5-Degradacion-de-Plasticos).
La degradación del plástico es un proceso dirigido a modificar la estructura del
polímero para hacerlo vulnerable y que desaparezca como residuo. En el proceso se observan
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
variaciones tanto físicas como químicas en el mismo. Las modificaciones más palpables se
encuentran en la pérdida de brillo, color, formación de grietas, aparición de zonas pegajosas, y
endurecimientos, provocando pérdidas de las propiedades.
La degradación de los residuos plásticos esta relacionadas con las diferentes formas de
eliminación. En cualquiera de las diferentes formas no debe resultar la contaminación de
suelos, medio ambiente y la seguridad de productos agrícolas. La medición y control de la
degradación de los plásticos esta dado por tres factores.
Mecanismos: En este se realizan cambios químicos produciendo reacciones en el
plástico con agroquímicos o cualquier otras sustancias químicas provocando
fragmentaciones en las cadenas poliméricas y la erosión superficial es el resultado de la
hidrólisis de estas cadenas (Wackett y Hershberger, 2001). Las enzimas como
endoenzimas escinden en enlaces internos dentro de la cadena ó exoenzimas, que
escinden en las unidades del monómero terminal de forma secuencial. Las
endoenzimas pueden escindir en los enlaces internos de la cadena al azar que se
traduce en una disminución rápida del peso molecular; la ruptura secuencial de los
segmentos terminales provoca cambios menos dramáticos en el peso molecular. Bajo
ciertas condiciones los microorganismos contribuyen a la degradación de polímeros a
través de la ingestión, la masticación y la excreción. Todas estas vías son posibles rutas
para la degradación del polímero (Schmitt y Fleming, 1998).
Condiciones ambientales: Son condiciones del ambiente (radiación, humedad,
oxigeno) a la que se exponen durante su uso, también si se encuentra en contacto con
aguas residuales, aguas dulces (Billingham et al., 2004). De acuerdo a la naturaleza del
medio ambiente puede haber algún mecanismo más o menos eficiente para producir la
degradación con un entorno de más o menos concentración de productos químicos que
reaccionan con el plástico durante el proceso de degradación. Los factores que
terminan de afectar la degradación son los microorganismos por la cual se le denomina
"biodegradación" en los que influyen la temperatura, nivel de humedad, presencia de
oxigeno, concentración de enzimas y ácidos de metal (Liu y Horrocks, 2002).
Composición del polímero: Independientemente del medio ambiente, la degradación
depende también de la composición química del polímero debido a que es un sustrato
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YNTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS P4STLC PARA SI) ALCAIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLOGICA
para las enzimas. El factor que determina la degradabilidad o biodegradabilidad es la
naturaleza de los enlaces químicos y estructura química de la cadena.
Clasificación del Plástico de Acuerdo a la Facilidad de la Degradación.
Los plásticos también se clasifican de acuerdo a la facilidad de su degradación durante su
exposición con su entorno (Griffin, 1994) los ordena de la siguiente manera:
Plásticos difícilmente degradables: Son plásticos estables por un determinado tiempo
de vida útil dependiendo de su aplicación y del medio ambiente a que se expongan, a
partir de este momento, comienza la degradación hasta un cierto grado, en algunos
casos permanecen intactos por muchos años (Ohtake et al., 1998). La persistencia de
estos plásticos se deben a sus propiedades como son: resistencia mecánica, son
impermeables a la humedad y no son fácilmente atacados por microorganismos.
Plásticos fácilmente degradables: Son los que se degradan después de un
determinado tiempo autodestruyéndose sin poderse evitar. Esta degradación puede ser
predeterminada de acuerdo a la cantidad de aditivos estabilizadores que contenga el
polímero, durante el tiempo de vida útil, el plástico conserva sus propiedades y al
termino de ese tiempo se vuelve frágil y sus fragmentos se incorporan al ecosistema de
manera inocua (Stevens, 2002).
Plásticos de degradación controlada: Es cuando el polímero se degrada en un tiempo
determinado de acuerdo con las necesidades de sus aplicaciones, se tiene un grado de
control especificado. El objetivo de crear este tipo de plásticos es eliminar los
problemas de los residuos en el medio ambiente basando en la exposición del material
a la radiación promoviendo así la foto degradación (Agamuthu y Faizura, 2005). Esta
técnica consiste en introducir a las cadenas del polímero fotosensibilizadores mediante
procesos químicos que al ser expuesta a la luz solar absorbe la radiación provocando la
ruptura de las cadenas formando fragmentos más pequeños y el plástico se
desestabiliza a través de la fragilidad, erosión por el viento y la lluvia para
complementar la degradación total (Posprsil et al., 2006).
Plásticos degradables por el medio ambiente: Esta fase se compone de dos procesos:
Desintegración y mineralización. En el primer método se asocia con el deterioro de las
propiedades físicas (decoloración, fragilidad, fragmentación) y la segunda fase
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
corresponde a la transformación final de los fragmentos en CO2 y H20 (Agamuthu y
Faizura, 2005).
De acuerdo a Escudero (2011) la degradación requiere de tres componentes esenciales, el
cual la ausencia de alguno de ellos, la degradación no se produce. Dichos componentes son los
siguientes:
y" Tiene que existir un sustrato (sustancia química o materia orgánica).
y" Tiene que existir un agente que efectué la degradación.
y' Tienen que existir características especificas como: humedad, oxigeno en estado
molecular si se considera aportado por el aire, o dentro de los procesos anaerobios el
aportado por las sales (sulfatos), con su correspondiente generación de gas metano,
agua, temperatura adecuada, pH y cantidad básica de nutrientes limitantes.
Debido a la similitud de las propiedades que presentan los plásticos degradables
(Cuadro 6) con respecto a los convencionales, se han desarrollado con éxito en los últimos
años, obteniéndose a partir de plantas modificadas genéticamente para producir estos
polímeros y reemplazar a los convencionales que actualmente se utilizan (Ojumu el al., 2004).
Cuadro 6. Diferentes Dlásticos degradables y sus aplicaciones PLÁSTICO USOS
Ac!d1igboó1ico C011-Ipuimp1adb15 partes de fijac ion osea T1
Acido poliláctico Envases de papel y revestimientos, sistemas de liberación controlada (PLA) para los plaguicidas y fertilizantes, abono, películas y bolsas.
InW y otra pelícuLts d liii. gnci.rltur frbraa qu prA ofltrc'w rnile act bolsas
sst Iihe.r ici6n lptt de los na*dicanlentos.
Polihidroxibutirato Bolsas, pelicula para envasado y pañales desechables, fármacos de (PHB) liberación controlada. Akoiol poliiniho Euvodo y empoqkilrn1ento de aplie.çwne.s que se disuelven en el (PV01) aut pua1flerr los pro?octos como detergente para lavar, pesticidas Acetato de polivinilo Adhesivos, aplicaciones que incluyen la fabricación de cartón para (PVAc) cajas, bolsas de papel, laminación de papel, devanado del tubo y
eticiuetas rehumedecibles. (Ojumu el al., 2004).
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
otros agentes que originen ruptura homolítica de enlaces (energía térmica, radiaciones UV,
radiaciones de alta energía, energía mecánica).
Dentro de los agentes químicos, el más importante es el oxígeno. Todos los materiales
poliméricos reaccionan con él, especialmente a altas temperaturas, aunque su efecto se hace
sentir aún a temperatura ambiente. El mecanismo de autooxidación implica una reacción en
cadena, que comienza con la formación de un radical libre del polímero (p*), del cual se
desconoce con precisión cómo y por qué aparece, pero que está asociado a la presencia de
oxígeno, calor yio luz, es un polímero al cual se le ha sustraído un electrón, y por lo tanto, a
alguno de sus átomos le queda un electrón sin compartir (simbolizado como *) que lo hace
particularmente reactivo. Estos radicales posteriormente reaccionan con el oxígeno presente
(02), generando un nuevo radical (P02*) el que a su vez, para estabilizarse, ataca a otra
cadena polimérica (PH) sustrayéndole un hidrógeno, y generando otro nuevo radical (p*), que
continuará reaccionando. Analizando las ecuaciones de todas las reacciones involucradas, se
puede apreciar que por cada radical polimérico inicialmente formado, se atacan varias cadenas
poliméricas, que a su vez generan otros tantos radicales nuevos. El proceso de autooxidación
de los polímeros está a menudo acompañado de otras reacciones de rotura de la cadena, con lo
que se reduce el peso molecular, y esta disminución se manifesta negativamente en las
propiedades útiles de los polímeros. En una primera etapa, no se observan cambios en el
material pero, microscópicamente, a medida que transcurre el tiempo, se produce una
disminución de las propiedades del polímero hasta dejarlo inutilizable, en algunos casos. Para
evitar este fenómeno se le agregan a los polímeros materiales antioxidantes, de manera de
retrasar este proceso lo más posible. (es.scribd.com/doc/52910625/06-Cap-5-Degradacion-de-
Plasticos).
El mecanismo de degradación térmica de los polímeros es interesante debido a
reacciones y las características de los polímeros que los hacen resistentes al calor (polímeros
de extrusión o inyección). La degradación térmica se realiza de dos formas, en primer lugar la
incisión de los enlaces causando una reducción del peso molecular del polímero y en segundo
lugar la incisión de la cadena generando productos volátiles (Murata et al., 2002).
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Formas de Degradación del Plástico
De acuerdo a Brydson (2000) las formas de degradación de plásticos que existen
actualmente son las siguientes: Fotodegradación, Oxodegradación, Degradación hidrol ítica,
Biodegradación y Degradación química. Entre los más utilizados hoy en día se encuentran la
fotodegradación y la biodegradación, Escudero (2011) reporta las diferentes formas de
degradación, agente causal, efecto, restos en el medio y el alcance que tienen para cada tipo de
plástico, tal y como se muestra en el (Cuadro 7).
Cuadro 7. Diferentes formas de degradación, el agente causante, el efecto y los productos de la degradación.
TIPO DE AGENTE EFECTO RESTOS EN EL ALCANCE DEGRADACIÓN MEDIO Tcoo deradn Tept Perda de calor y Compuestos Todos los
pw, pí6dades fisits 1L11Ol1.O tr s Ii pláslicOS
degradaçn Foto degradación Luz Uy Cambios en las Oxidos de Zn, Fe, PVC, PS, esteres
propiedades fisicas Mg, Ti, de los de celulosa, aditivos poliolefinas
Todos Jç\lcidan el Comp qunrncos Polimros Qtiimica medio ño de toxicidad oxodegradables
contrle variable Biodegradación Hongos, CO2 H20' Residuo asimilable Biopolimeros
algas, humus por las plantas - bacterias 1
Escudero (2011),
Degradación Termo Oxidativa
Esta degradación se asocia a todos los tipos de degradación, o sea, acelera todos los
procesos degradativos. Su estudio particular se clasifica en dos tipos: Con ruptura de la cadena
del polímero, que puede ser terminal (despolimerización) o al azar. Transcurre por un
mecanismo en cadena, y sin ruptura de la cadena del polímero, o sea, por los grupos laterales o
sustituyentes. Puede ser un mecanismo radicálico o no.
Es muy importante en los polímeros que presentan insaturaciones, pues son más
sensibles a reaccionar con el oxígeno. Transcurre por un mecanismo en cadena donde los
centros activos son radicales libres peroxídicos, alcóxidos entre otros radicales presentes. La
variedad de radicales presentes da lugar a las ramificaciones cinéticas de esta reacción. Se le
llama autoxidación térmica cuando se desarrolla la reacción en el rango de temperaturas de 25
a 150 °C. La iniciación es por sustancias capaces de abstraer átomos de H del polímero o por
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Degradación Hidrolítica
La degradación hidrolítica de un polímero se produce como consecuencia del contacto
del material con un medio acuoso. La penetración del agua dentro de la matriz provoca el
inflamiento, ruptura de puentes de hidrógeno intermoleculares, hidratación de las moléculas y
finalmente la hidrólisis de los enlaces inestables. La rotura de los grupos funcionales por
hidrólisis, puede suceder tanto en los grupos situados en la cadena principal como en los
sustituyentes laterales. El concepto de degradación de un polímero se asocia con el
decrecimiento del peso molecular, por este motivo, es necesario que la cadena principal se
rompa en diferentes puntos. Por tanto, aunque la hidrólisis pueda ocurrir tanto a grupos de la
cadena principal como a sustituyentes, la degradación solo se entiende como tal si implica la
hidrólisis de los grupos funcionales que estén situados en la cadena principal
(eis .uva.es/-biopolimeros/virginia/conclusiones .htm).
Este tipo de degradación es más importante en los policondensados (poliésteres,
poliamidas, polianhidridos, etc.), pues en ese caso hay ruptura de la cadena principal del
polímero, pero también en poliadicionados con sustituyentes con grupos hidrolizables, se
degradan por esta vía. En este caso como la degradación es por vía química es fundamental la
interacción entre los grupos reactivos y el agua, de manera que el agua debe permear al
polímero, de esta forma está más favorecido en polímeros amorfos.
El agua, como agente químico, provoca un proceso denominado hidrólisis, que es
especialmente importante en polímeros cuyos grupos funcionales presentan cierta tendencia a
reaccionar con el agua (éster y amida). Esta hidrólisis necesita de la participación de ácidos o
bases, que actúan como catalizadores, para que la reacción ocurra a tiempos cortos. Por eso
que la susceptibilidad de un polímero frente a la hidrólisis está influido por la contaminación
ambiental (óxidos de azufre y de nitrógeno) que, disueltos en agua, generan compuestos
ácidos que, aunque por sí solos no inducen a la degradación de los polímeros, pueden catalizar
los procesos de hidrólisis que sí producen la degradación de los mismos.
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Fotodegradación
La foto degradación es el proceso de descomposición del material por la acción de la
luz y es una de las principales causas de degradación sobre los polímeros sintéticos en
condiciones ambientales, la mayoría de estos plásticos son susceptibles a la degradación por la
luz UV cercana (290-400 nm) y determinan su vida útil (Ranby, 1989).
El mecanismo de foto degradación va aunado a las degradación térmica, ya que los
plásticos al exponerse a las radiación también se genera calentamiento o aumento de
temperatura. Esta degradación térmica se realiza de dos formas, en primer lugar se da la
escisión en los enlaces causando una reducción del peso molecular del polímero y en segundo
lugar la incisión de la cadena generando productos volátiles (Murata el al., 2002).
La sensibilidad de los polímeros a la foto degradación se relaciona con la capacidad de
absorber la parte nociva de la radiación solar en las que se incluyen la UV-B (280-3 15
nanómetros) y UV-A (315-400 nanómetros) (Figura 22) que son las responsables de la foto
degradación directa (fotolisis y foto oxidación), parte visible de la luz solar (400-780
nanómetros) acelera la degradación polimérica por calentamiento o también se le puede llamar
degradación térmica y radiación infrarroja (780-2500 nanómetros) acelera la oxidación
(Gugumus, 1990).
La longitud de onda más perjudicial de la UV, se da a diferentes rangos y para
diferentes tipos de plástico, por ejemplo, para el polietileno la degradación se da en una
longitud de onda de alrededor de 300 nanómetros y 370 nanómetros para el polipropileno
(Martin et al., 2003).
Aunque gran parte de la radiación solar es absorbida por la atmósfera, la comprendida
entre los 280 y 400 nanómetros alcanza la superficie terrestre (UV). La energía que genera
esta radiación va de 72 a 100 Kcal, es suficiente para producir la rotura de los enlaces
covalentes y ocasionar el amarilleo y fragilidad de los polímeros orgánicos.
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Nociones fundamentales: Espectro electromagnético
Rayos X Ufl.raviotata Luz vlsrne InI rarojo - 01 ' WC W4 W.A
solar
00 200 i2IO31s 400 700
Figura 22. Espectro de radiación electromagnético (Radiación visible)
El polietileno, cloruro de polivinilo, poliestireno, poliésteres y el propileno se degradan
cuando se someten a longitudes de onda de 300, 310, 319, 325 y 370 nm, respectivamente.
Así, la mayoría de estos polímeros se fabrican con una gran cantidad de aditivos para evitar la
descomposición por foto degradación.
Entre los factores que determinan el comportamiento polimérico bajo radiación, se
encuentran: la fabricación o procesado, tipo de catalizador, presencia de grupos carbonilo,
hidroperóxido e instauraciones, morfología y propiedades del material, y la cristalinidad. En
polímeros semicristalinos, la escisión de cadenas se produce en la zona amorfa, lo que
conduce a una restructuración del material, con aumento de la fase cristalina y de grietas
superficiales. La combinación de escisiones de cadena y acumulación de esfuerzos favorece la
propagación de grietas que conducen a la fragilidad del polímero.
(upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2009.1/45 36/3lAnexo%20%20B .pdf).
Se ha estado desarrollando una nueva clase de polímeros que tienen enlaces metal-
metal con dímeros organometálicos que son intercambiadas a lo largo de la cadena principal
de polímero (Nieckarz y Tyler, 1996). Se llaman fotodegradables porque estos enlaces se
catalizan por la luz visible, los factores que controlan la tasa de foto degradación es importante
para las aplicaciones tecnológicas de estos materiales.
Es importante resaltar que hay la necesidad de diseñar un material plástico que se
destruya al exponerlo a la luz solar después de cierto tiempo, a pesar de que se han realizado
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muchos esfuerzos para lograr la estabilidad de estos plásticos a la radiación solar, sin embargo
por cuestiones de contaminación se están investigando la posibilidad de crear polímeros
fotodegradables (Guillet, 1985).
Tanto si hablamos de foto degradación como de degradación térmica, los mecanismos
fundamentales de degradación de los polímeros están basados en los mismos principios. La
única diferencia que existe entre ambos es que la foto degradación tiene lugar a una velocidad
más rápida que la degradación térmica y que los hidroperóxidos están térmicamente adheridos
a los radicales reactivos en la degradación térmica.
(eis.uva.es/'-biopolimeros/virginia/conclusiones.htm).
Existen dos maneras de obtener polímeros fotodegradables: Introduciendo en el
polímero grupos funcionales sensibles a la radiación ultravioleta, como los grupos carbonilo,
mediante la modificación del polímero o la copolimerización con monómeros portadores del
grupo carbonilo (como cetonas vinílicas) e Introduciendo aditivos fotosensibles, catalizadores
y peroxidantes que aceleren el proceso de degradación.
La foto degradación empieza con la producción del macro-radical (P') en las regiones
amorfas del sustrato polimérico. Este radical reacciona rápidamente con el oxígeno para dar el
radical peróxido (P00'), que extrae un átomo de hidrógeno de la cadena principal del
polímero para producir un grupo hidroperóxido (POOH). Este grupo está fuertemente adherido
de manera que se producen los radicales altamente reactivos que permiten continuar el ciclo de
degradación de la cadena en el polímero. El ciclo termina cuando se combinan dos radicales.
Los plásticos contienen algunas imperfecciones que permiten reaccionar con la energía
entregada por los rayos ultravioletas y eso puede llevar a cabo la degradación, lo que indica
una tendencia natural a su desintegración.
Al aumentar artificialmente la presencia de algunos grupos funcionales (como los
epoxi) en los plásticos, éstos se vuelven más susceptibles de ser fotodegradados. Esto se logra
a través de modificaciones estructurales incorporadas a la síntesis del polímero. Por ejemplo,
el polietileno puede volverse fotosensible a través de la introducción de los grupos carbonilos
en la cadena polimérica. Otro método consiste en agregar complejos moleculares al plástico
capaces de absorber los rayos ultravioletas. Esos complejos liberan radicales que catalizan la
ruptura de la cadena polimérica.
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El factor condicionante para la foto degradación es la presencia de luz para activar el
proceso. Por lo tanto, los materiales enterrados en los rellenos sanitarios, bajo nieve y ocultos
a la luz no se foto degradan. La foto degradación de los plásticos es útil para productos
agrícolas y para una parte de la basura que queda en la superficie (aquella que flota en las
aguas). Hay preocupación con respecto a las aplicaciones en agricultura, por los efectos de los
productos formados por la foto degradación del material que quedan en el suelo
(eis.uva.es/-.biopolimeros/virginia/conclusiones .htm).
La foto degradación en presencia de oxígeno da lugar a la foto degradación oxidativa,
este tipo de degradación que es la principal causa de deterioro de los polímeros en los climas
tropicales y tiene como agente fundamental la radiación solar desde 2800 A, pues las
radiaciones de menor longitud de onda son filtradas por las capas superiores de la atmósfera,
aproximadamente el 70% de la radiación solar llega a la Tierra. Esta energía solar esta además
sujeta a diferentes condiciones como son el lugar del planeta (continente, océano, país, etc.), la
época del año (estación del año), el momento del día (noche, mañana, tarde) y el estado
climatológico (lluvia, nublados, soleados)
Termodegradación
La degradación térmica consiste en la rotura de las cadenas del polímero ocasionado
por la acción de la temperatura. Una evidencia de ello es que, en algunos casos, esta
degradación lleva a la producción de compuestos gaseosos que se pone de manifiesto por la
disminución del peso del material. La facilidad de un polímero a ser degradado térmicamente
depende fundamentalmente de la magnitud de la energía de los enlaces presentes en la
molécula. De esta manera, compuestos que en su molécula tienen enlaces muy resistentes (que
necesitan alta energía para su rotura) como lo es el caso del enlace C-F en las moléculas de
Teflón, serán más estables térmicamente que aquellas moléculas que contienen principalmente
enlaces C-H, que necesitan menor energía para su ruptura.
El proceso de degradación térmica está caracterizado por una serie de índices
experimentales como lo son la temperatura inicial de degradación (Tid) y la temperatura
media de descomposición (Tmd). La temperatura inicial de degradación, es la temperatura a la
cual el material pierde el 10% de una propiedad física que interese (resistencia a la tracción,
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
resistencia al impacto, etc.) mientras que la segunda, es la temperatura a la cual el material
pierde el 50% de su peso luego de ser calentado durante 30 minutos.
(es.scribd.com/doc/52910625/06-Cap-5-Degradacion-de-Plasticos).
El PVC es uno de los polímeros más sensibles a los efectos de temperatura, puede
manifestar termo descomposición a temperaturas menores a 200 oc y el proceso de
degradación puede iniciar desde su procesado, por tal razón se aditiva con una cantidad de
plastificante muy importante, debido a que en este tipo de polímero no nos interesa que se
degrade, ya que es el material con que fabrican los tubos para conducción de agua en los
sistemas de riego (Horie, 1994).
Este proceso de descomposición es característico de los polímeros obtenidos mediante
el proceso de polimerización por adición y la escisión o ruptura puede ocurrir al azar (a lo
largo de la cadena) o en cadena (iniciando en un extremo). En el primer caso, la fragmentación
al azar y a lo largo de la cadena produce fracciones más pequeñas que el polímero original,
pero de mayor tamaño a las unidades del monómero y de diferente tamaño cada fracción
(Figura 23). Por otro lado la descomposición en cadena se produce una liberación sucesiva de
unidades de monómero (Horta, 1991).
CH2—CH— CH—C CH—CH - CM—CH2 Ruptura al azi
CHI—CH + CH2—CH—CH ..
Figura 23. Escisión o ruptura al azar a lo largo de la cadena polimérica del poliestireno
Oxodegradación
consiste en el ataque del oxígeno activo sobre el polímero; en el fondo, es una reacción
orgánica de oxidación-reducción. Como en la degradación térmica, el oxígeno origina
radicales libres en el polímero, que pueden dar todo tipo de reacciones secundarias
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degradativas. En general, los polímeros con carbonos terciarios son los menos resistentes al
oxígeno debido a la reactividad de los carbonos acrílicos y terciarios.
(upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2009.1/453 6/3/Anexo%20%20B .pdf.).
La degradación es iniciada por la acción de radicales libres muy reactivos originados
por el calor, radiación, fuerza mecánica o algunas impurezas metálicas. La iniciación de estos
radicales libres se puede presentar durante la polimerización que se conoce como etapa de
iniciación y a partir de ese momento se comienza a propagar la degradación, en donde el
radical libre reacciona con una molécula de oxigeno produciendo un radical peroxi (P00), el
cual reacciona con un átomo de hidrogeno disponible dentro del polímero y un hidroperóxido
(POOH) inestable y otro radical libre, en ausencia de un antioxidante, esta reacción continua
produciéndose la degradación del polímero.
(es.scribd.com/doc/56602293/28/C-4-1-1-Fotodegradacion).
Se ha trabajado con plásticos oxo-degradables utilizando aditivos de óxidos metálicos
fotocatalitico que pueden actuar como catalizador térmico oxidativo generando compuestos
carbonilos. Otros oxido-metálicos como el dióxido de titanio (Ti02) que fue encontrado para
catalizar la oxidación térmica y fotolitica (Shawaphun et al., 2010). Este tipo de degradación
ha sido muy estudiada en poliolefinas y depende claramente de la concentración de 02. En una
primera etapa, el oxígeno se fija en los carbonos susceptibles que hay en la cadena, y se forma
un peróxido que se descompone a acetona o aldehído
(upcommons .upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/453 6/3/Anexo%20%20B .pdf).
El dióxido de titanio (Ti02) tiene características importantes como la no toxicidad y
buena estabilidad, se ha convertido en la opción ideal como fotocatalizador con el fin de hacer
que las películas convencionales para empaque como PE y PP se conviertan en degradables
después de ser utilizados. También los compuestos carbonílicos solos se utilizan como oxo-
degradables y catalizador del PE y la degradación del PP (Zhao et al., 2007).
Los aditivos oxobiodegradables se incorporan, habitualmente, en los plásticos
convencionales como el PE, PP, PS, PET e incluso, a veces, el PVC, en el momento de
conversión en productos finales. Estos aditivos se basan en catalizadores químicos que
contienen metales de transición como el manganeso, el hierro, etc., que causan la
fragmentación como resultado de una oxidación química de las cadenas de polímeros de los
plásticos producida por la irradiación de rayos UV o la exposición al calor. Así, en una
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
segunda fase, los fragmentos resultantes experimentan, eventualmente, la biodegradación.
Además de los aditivos que provocan el proceso de fragmentación, los oxobiodegradables
incluyen estabilizadores que se agregan para limitar la fragmentación no deseada de las
cadenas de polímero, mientras los consumidores aún utilizan el plástico. Sin embargo, el
efecto estabilizador de los aditivos es limitado como por ejemplo la película de PE con
aditivos oxobiodegradables pierde sus propiedades mecánicas bastante rápido, en particular
cuando es expuesto a la luz solar. Por tal motivo, se requieren diferentes condiciones de
almacenamiento para prevenir el envejecimiento precoz y la pérdida de propiedades
mecánicas (Plastivida, 2009a).
Biodegradación
Es el resultado de los procesos de digestión, asimilación y metabolización de un
compuesto llevado a cabo por microorganismos, bacterias, hongos y otros organismos
reciclando los elementos de la biosfera restituyendo los elementos esenciales para la
formación y crecimiento de nuevos organismos. La descomposición puede llevarse a cabo en
presencia de oxigeno (aeróbica) o en su ausencia (anaeróbica). La primera es más completa y
libera energía, dióxido de carbono y agua, es la de mayor rendimiento energético. Los
procesos anaeróbicos son oxidaciones incompletas y liberan menor energía (Branco, 1984).
Este tipo de degradación originada por microorganismos u otro tipo de animales puede ocurrir
por interés de alimento u otro interés menos evidente. Los polímeros sintéticos en general son
resistentes a esta degradación, aunque polímeros hidrolizables son más susceptibles a la
biodegradación (PVA, poliláctico) Los polímeros naturales son biodegradables. Los polímeros
biodegradables son aplicables en campos importantes como: la medicina, la agricultura,
envoltorios de alimentos y como materiales ecológicos.
La biodegradación es la transformación y deterioro que se produce en el polímero
debido a la acción de enzimas y/o microorganismos como bacterias, hongos y algas y puede
ser parcial o total. La biodegradación parcial consiste en la alteración en la estructura química
del material y la pérdida de propiedades específicas, en tanto que en la total el material es
degradado totalmente por la acción de microorganismos con la producción de CO2 (bajo
condiciones aeróbicas) y metano (bajo condiciones anaeróbicas), agua, sales minerales y
biomasa. Para que la biodegradación se produzca dependerá de condiciones ambientales
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
(temperatura, humedad, oxígeno) y una población adecuada de microorganismos. Los distintos
procesos metabólicos y enzimáticos intervinientes en la degradación generan productos
asimilables por los mismos intervinientes o por el medio en general.
Según la norma ASTM D-5488-94d, "biodegradable" es algo capaz de sufrir
descomposición a dióxido de carbono, metano, agua, compuestos inorgánicos o biomasa a
través de la acción enzimática de microorganismos, que puede medirse en un periodo
determinado de tiempo. Los polímeros biodegradables están basados en el almidón de maíz
como termoplástico, esto ha tomado un gran auge debido a la necesidad de reemplazar a los
plásticos provenientes de la industria petroquímica (Norma ASTM 135988, 2003).
El valor de los plásticos reside en ser materiales fuertes y resistentes en el tiempo (por
ejemplo en el almacenamiento de comida, el transporte, la edificación y la construcción). La
biodegrabilidad tiene que considerarse como una función añadida, cuando hay que encontrar
una forma barata para desembarazarse del producto una vez que ya haya cumplido su papel
(por ejemplo para embalar, proteger y mantener frescos los alimentos). Unos productos
biodegradables útiles son:
y' Envoltorios de alimentos: Embalajes que pueden descomponerse a la vez que su
contenido cuando está caducado o estropeado
y' Agricultura: Hojas de plástico que pueden mezclarse en la tierra con una capa
biodegradable de mantillo y semillas
/ Medicina: Suturas absorbibles, implantes, microdispositivos que contienen el
medicamento y se deshacen o se reabsorben en el interior del cuerpo.
(futurenergia.org/ww/es/pub/futurenergia/chats/bio_plastics.htm).
La biodegradación es el proceso por el cual una sustancia es degradada por organismos
vivos (bio) a fragmentos más pequeños. Por ejemplo, en condiciones aerobias, los productos
de la biodegradación son: dióxido de carbono (CO2) y agua. Éstos son absorbidos por la
naturaleza y así se cierra el ciclo del carbono. En el mismo el dióxido de carbono se incorpora
en el ciclo de vida en la naturaleza. Una vez que un producto cumple con su vida útil, pasa a la
categoría de residuo y es descartado. Cuando este residuo es recuperado por la naturaleza a
través de la biodegradación, el ciclo se ha completado y esa materia vuelve a entrar en el
proceso (Plastivida, 2007). Según Albertsson y colaboradores (1994) para que se lleve a cabo
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
la biodegradación inducida por el ataque de microorganismos es conveniente considerar un
plástico que contenga un aditivo orgánico a base de almidón que sirva de alimento a los
microorganismos.
Factores que Afectan en la Biodegradación
En el caso de la biodegradación, el agente está dado por los microorganismos como las
bacterias, hongos y algas, que degradan la materia a fragmentos más pequeños, de menor peso
molecular. Estos organismos requieren de ciertos factores ambientales para metabolizar
sustratos: humedad, oxígeno, pH, temperatura adecuada, siendo las enzimas las ejecutoras de
la degradación. Una enzima no es más que una proteína con una función específica sobre un
sustrato (Plastivida, 2007).
Una de las macromoléculas más utilizadas para la producción de plásticos
biodegradables es el almidón, debido a su disponibilidad en productos como el maíz, la yuca y
la papa, que son altamente cultivados a nivel mundial. Además este biopolímero se procesa
para obtener polímeros que pueden sustituir en muchas funciones a los termoplásticos. Para
lograr la plastificación del almidón, éste debe mezclar con un plastificante como la glicerina,
ayudado por la temperatura (Aggarwal, 1999).
Los polímeros biodegradables son degradados por acción enzimática de los
microorganismos bajo condiciones normales del medio ambiente, éstos se obtienen
usualmente por vía fermentativa y se los denomina también Biopolímeros (el BiopolTM,
poliésteres copolímeros del tipo polihidroxibutirato (PHB)/polihidroxivalerato(PHV),
Pululano, que es un polisacárido, el ácido poliláctico, etc.). Existen también bioplásticos
producidos directamente por las bacterias que desarrollan gránulos de un plástico llamado
Polyhydroxyalkanoate (PHA) dentro de la célula misma. La bacteria se desarrolla y reproduce
en un cultivo y el material plástico luego se separa y purifica. Los biopolímeros se fabrican en
pequeña escala, por lo que son más caros, no son de uso masivo y sus aplicaciones están
limitadas a usos de muy alto valor como productos medicinales (suturas, material para
taponajes quirúrgicos, etc.) y aplicaciones con importante mercadeo ecológico (Plastivida,
2009).
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Hongos
La importancia de los hongos como agentes degradantes se centra en la producción de
enzimas que degradan sustratos inertes con el fin de suministrar los nutrientes presentes en las
composiciones de los polímeros, ayudados por factores climáticos como temperatura óptima y
humedad, entre ellos se encuentran los Eumicetes y Basidiomicetes, entre otros.
Dentro de los polímeros sintéticos se encuentran las resinas fenólicas y la
descomposición de sus desechos se realiza únicamente por incineración del material, ya que es
muy resistente a la temperatura, pH extremos, alta humedad, radiación, corrosión y tiene
excelentes propiedades aislantes, sin embargo, el proceso también contamina por lo que una
alternativa es la biodegradación, que puede hacerse con los hongos ligninolíticos (hongos de la
pudrición blanca de la madera) que tienen la capacidad de degradar la lignina mediante
enzimas (peroxidasa, lacasa, fenoloxidasa). Este sistema ligninolítico, ha demostrado ser muy
versátil y atractivo para fines ambientales, porque puede servir para eliminar diversos
contaminantes dificiles de degradar (Ponce et al., 2012). Entre los hongos reportados como
degradadores de las resinas fenólicas están Phanerochaete chrysosporium (Gusse et al. 2006),
Tremetes versicolor (Sundarapandiyan et al. 2010).
Bacterias
Las bacterias no comen como los animales macroscópicos, que ingieren su alimento
para extraerle los nutrientes en el interior del organismo, sino que para absorber alimento del
ambiente que las rodea y convertirlo en los nutrientes que necesitan, liberan enzimas que
descomponen las sustancias útiles en moléculas más pequeñas. Luego la bacteria absorbe estas
moléculas por la pared celular. Las enzimas que efectúan la descomposición son muy
especializadas: cada tipo degrada una clase específica de compuestos, como las amilasas el
almidón y las lipasas la grasa. Las enzimas son esenciales para extraer el carbono de los
compuestos que hay en el entorno de las bacterias. Entre las bacterias que degradan el
poliuretano están la Alicycliphilus, Corynebacterium sp.; Pseudomonas fluorescens, P.
chlororaphis y Bacillus subtilis aunque se tiene que complementar el medio con un extracto de
levadura o glucosa. La única bacteria en la que se había encontrado una posible capacidad de
atacar al poliuretano sólido y emplearlo como fuente de carbono es la Comamonas
acidovorans TB-35 (Guerrero, 2007).
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTJCOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Los grupos dominantes de los microorganismos y las vías de degradación relacionadas
con la degradación del polímero son a menudo determinados por las condiciones ambientales.
Cuando los microorganismos aeróbicos tienen el 02 disponible, son los principales
responsables de la destrucción de los materiales complejos, generando CO2 y H20 (Figura 24)
como los productos finales. Por el contrario bajo condiciones anóxicas o anaeróbicas, los
microorganismos anaeróbicos, son los responsables del deterioro del polímero. Los productos
primarios de la biomasa microbiana son CO2 y H20 (Figura 20) (Barlaz et al., 1989).
CO2, 1120 y otros productos Intermediarios
son asimilados en
Enzimas se adhieren 1 ¡ i las células
a la superficie y
escinden las cadenas
del poli
Intermediarios de
degradación se
distiell nen el
Superficie erosionada Ira
Figura 24. Mecanismo de la biodegradación por microorganismos bajo condiciones aeróbicas
(Mueller, 2003).
Se han clasificado varios microorganismos Aamer et al (2008) que se relacionan con la
biodegradación de acuerdo a los diferentes tipos de plásticos naturales, sintéticos y mezclas
poliméricas (Cuadro 8).
Enzimas
Las enzimas son catalizadores biológicos con la misma acción como catalizadores
químicos. La mayoría de las enzimas son proteínas que tienen una cadena polipeptidica con
una estructura tridimensional y esta estructura crea secuencias especificas de aminoácidos
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
formando un sitio activo, en el sitio activo de la interacción entre la enzima y el substrato se
lleva a cabo la reacción química.
Para una actividad optima, ciertas enzimas se asocian con factores como iones (Na, K,
Mg, Ca) o factores orgánicos. La desventaja del uso de estas mezclas es la poca adhesión entre
las fases formadas que afecta y disminuye sus propiedades mecánicas finales, por tal razón se
está investigando el efecto de diferentes tipos de compatibilizantes entre estas mezclas.
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Cuadro 8. Diferentes microorganismos involucrados en la biodegradación de polímeros
naturales, sintéticos y almidón en mezclas poliméricas sintéticas.
Plásticos naturales Microorganismos Referencia Poli ( hdroihutirto ço barnn.ei a! (2004) iflercaptoprapioilató haotera Poli (-hldro\Jhutirato) flHH(Hu, Lniiíoe Jendrek el al. (1995) Poli ( hIdrC\!butjrlto co P2eudoinona ¡n¿l¡L a k2 Elhann d a? (2004) 3ni ercartoprcpionato Poli (3-hidroxibutirato) Poli (3- Slreplomyces sp Mabrouk y Sabri (2001) hidroxibutirato-co-3- hidroxivalerato)
1l:(34üdxibU1irato..co..3_ .Ralswnic; pickc.tii Ti hidroxipr9ptonat) Poli (3-hidroxibutirato-co-3- Acidovorax sp. TP4 Wang el al. (2002) hidroxipropionato) Poli C h1dro\butIr1tc de Pali 1kal1L nc 211 KLii\ al (1999)
idroibLit'irat
Poli (4- Pcudarnons vintzcri hdro7'ihutftat6) pali letieno
sueaifl0.) pali dipt o 4dvooaiis etilij) Poli (3-hidroxibutirato) Alcaligenesfaecalis Kita el al. (1997)
Schlegelella Thermodepolymerans Romen el al. (2004)
P1L itjhutiato a&IS ClükdlIm7 !o(ahrzum A)u Leid el al, (001) h ¡pia1erato) los'lPidiiun ac(oh uiylicuni
Acido politactico Fusarium mohnzjorme Torres el al. (1996) Penicillum roqueford Pranamuda el al. (1997) Amycolatopsis sp Pranamuda el al. (1999) Bacillus brevis Tomita el al. 1999) Rhiznpus delemar Fukusaki el al. (1989)
Pl istics sjntticos Microoz-anismos Referencia Pohetileno Brevibacillus borsteiensis Hadad el al. (2005)
Rhodococcus caucho Sivan el al. (2006) Penicillum Simplicissimum Yamada el al., (2001)
tano .CQrntP2o1a4aiadO a1afl5 T13,3 5 Mutsu ez al (1998) Cirvu1arJaoic0iga1e7.is I solwi/,- C!adosporinr?zsp Hovard (2002) ,4ia'aobcícfdiimi ¡'iflalaus
Cloruro de polivinilo Pseudomonas chlororaphis Lheng el al. (2005) Peudomonas pulida Anthony el al. (2004) Ochrobaclrum TD Pseudomonasfluororescens B -22 Aspergillus Níger Van lieghen F-1 119
Cloruio de po1iinilo 4uicobczidtwnpu7Julaii \' cbb ci al, (2000) nlaçtificado BT opoiiester Tu 1HIOHH a t i /H kIehei / l 198)
g rIacló1Jpudwi en mzds polnnerias sinteticai El almidón / polietiteno Aspergillus, Lee el al. (1991)
Penicilliumfuniculosum Phanerochaete chvvn.pnrium
Ala Qtttr &41fiyce L ¡ l (1991) Pi ochaez4risosj Htiu7n
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Las enzimas son proteínas que ayudan a hidrolizar otras proteínas, lípidos y
carbohidratos durante la digestión. Su principal función es la de transferir grupos de átomos de
una molécula a otra, romper la molécula, formar nuevos enlaces y reordenar las moléculas en
nuevas conformaciones. Se conocen unas 2,000 enzimas distintas, cada una de ellas con un
trabajo específico. Se nombran con la terminación —asa (oxidasa, lipasa, peptidasa, etc.). Su
función es acelerar la velocidad de las reacciones químicas, y son necesarias para mantener la
actividad biológica. Las reacciones catalizadas por las enzimas ocurren a velocidades de 1010
a 1014 veces más rápidas que las no catalizadas. (es.scribd.com/doc/16621679/Polimeros-
Naturales).
Polímeros Biodegradables
Los polímeros biodegradables son una nueva generación de materiales que todavía se
encuentran en desarrollo, debido a la falta de: definición de patrones para la biodegradación,
comercialización de los productos y del desarrollo de la infraestructura para la biodegradación.
Las tendencias en el futuro se deben dirigir a controlar el proceso de biodegradación para la
obtención de productos útiles, de manera que se favorezcan los procesos de bioconversión y
bio-reciclado (bolsas para la basura y/o agricultura, en la industria alimenticia y en medicina).
El almidón es probablemente, el polímero natural disponible más abundante y de menor costo.
Además, su uso reduce la demanda de la petroquímica y el impacto negativo sobre el medio
causado por los residuos plásticos no biodegradables. Este trabajo resume los distintos tipos,
propiedades y usos de polímeros biodegradables (Cyras y Vázquez, 2005).
Sin embargo, en los últimos diez años se ha puesto un enorme interés en el desarrollo
de nuevos plásticos biodegradables, para lo cual se han introducido grupos carbonilo (CO),
éster o amido, o bien agentes prooxidantes (metales de transición y lípidos) en la molécula
polimérica para inducir su hidrólisis o su oxidación y así facilitar la biodegradación. Una
alternativa ha sido la incorporación de polímeros naturales (biopolímeros) de fácil asimilación
(almidón) en el polímero sintético recalcitrante (dificilmente biodegradable, como el
polietileno y el poliestireno), y de tal manera, estos plásticos, en los que la resistencia al
ataque microbiano se ha reducido por la incorporación de moléculas, difieren entre sí en el
alcance de degradación, aplicaciones y costos (Volke, 1998).
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En la Figura 25 se muestran los polímeros biodegradables de uso más generalizado
(eis.uva.es/'-'macromol/cursoø5-06/medicinalpolimeros_biodegradables.htm). La norma
ASTM D 5488-944 define la biodegradabilidad como la capacidad de un material de
descomponerse en dióxido de carbono, metano, agua y componentes orgánicos o biomasa, en
el cual el mecanismo predominante es la acción enzimática de microorganismos (Meneses et
al., 2007).
IPoruTos
Ñoturale
Naturoezo ptéica 1 1 Posocóndos
Jbúnina Cdágero Cboxicekloso
Qiitno Qt4cono
1 Sintéficos 1
Poc,toéteres Pofofocono Poltesanoacriatos Po5cbonoto
PoonPdridos Poiiésteies Aá1icos PoI-oo-arrnoócidos 11
PoSdioxanono Pocap-oiacfono
PoI-da-hidroxiácdos
PoiiQfcÓIco Poilóclico
Figura 25. Polímeros biodegradables de uso más generalizado
Polímeros Naturales Biodegradables
Los polímeros biodegradables naturales se producen generalmente en la naturaleza por
todos los organismos vivos, representan los recursos realmente renovables, ya que son
biodegradables, incluso si el proceso es lento, ya que se producen en la naturaleza. Los
polímeros degradables son considerados ecológicamente aceptables. De acuerdo a la
constitución química, los materiales biodegradables de mayor uso se pueden clasificar en tres
categorías: proteínas, polisacáridos (almidón, celulosa) y otros (quitina, quitosán, pectina).
Entre la categoría de los polisacáridos, que son los de mayor uso, el almidón es el de mayor
aplicación. El almidón y el algodón hecho de celulosa, tienen como monómero a la glucosa, la
diferencia entre ambos es la forma en que los monómeros se encuentran dispuestos dentro del
polímero. Otros polímeros naturales de destacada importancia son las proteínas, cuyo
monómero son los aminoácidos. Por otro lado, la tana y la seda son dos de las miles de
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proteínas que existen en la naturaleza, éstas utilizadas como fibras y telas. El caucho natural
está formado por monómeros de isopreno, que es un líquido volátil. Todo lo que nos rodea
son polímeros. Los tejidos de nuestro cuerpo, la información genética se transmite mediante
un polímero llamado ADN, cuyas unidades estructurales son los ácidos nucléicos. Otras clases
importantes de polímeros naturales son poliésteres tales como polihidroxialcanoatos, proteínas
como la seda, celulosa y otros.
(educarchile.cl/Portal .Base/ Web/VerContenido.aspx?1D 136400).
Proteínas
Entre los polímeros naturales, las proteínas son el grupo más versátil (Figura 26), ya que
pueden ser catalizadores, algunas proteínas llamadas enzimas, hacen que ciertas reacciones
químicas ocurran mucho más rápido de lo que lo harían sin las enzimas. Una proteína es una
poliamida natural. Es un polímero que contiene un grupo amida en la cadena principal.
O 11 -i
Ji an amide group
o II 0 0 0 0
4-CH-N-C-+ R——-R—! —-R——R--14
a polyaznide
Figura 26. A la izquierda la representación de una proteína, que incluye un grupo amida
(derecha superior) para formar la poliamida.
En el cuerpo humano, las proteínas se hacen a partir de monómeros llamados
aminoácidos, de los cuales hay veinte distintos con propiedades diferentes. Otra proteína es la
seda natural, la cual se logró sintetizar. A las poliamidas artificiales se les llaman nylon
(pslc.ws/spanish/protein.htm).
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YFNTAJAS Y RESVENTAJAS RE !OS PLÁSTICOS DEGRARABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLOGICA
Nivolos do oiganízacin do las proteínas
Estructura pdrnarte de las proteínas Es la secluencia de una cadena de amlnoécdos
Aminoácidos
Hoja plegada Hético alfa
Estructura secundaria de las proteínas ocurro cuando los aminoácidos en la socuancia interecttan a través de enlaces de hidrógeno
Y % Hosa plegada
Estructura terciada de *0* proteínas ocuno cuando clovtas atracciones están presentes entre hélices alfa y hoías plegadas
Hohco alfa
Estructure cuaternaria de tas proteínas os una proteína que consisto do más do una cadena de aminoácidos
Figura 27. Niveles de organización de las proteínas (Ruiz, 2009).
Algunas de las proteínas se describen a continuación: Caseína: Es una proteína
derivada de la leche, es fácil proceso debido a su estructura coloidal, no se disuelve
directamente con el agua pero un 50% en peso puede ser soluble después de 24 horas de
inmersión, presenta buenas propiedades de adhesión. Keratina: Presenta una estructura por el
alto contenido de cisteína, tiene un proceso de purificación muy dificil, después del procesado
es completamente biodegradable y se obtienen plásticos insolubles en agua. Colágeno: Es una
proteína animal con una estructura fibrosa. Es un polímero flexible, sin embargo, al ser una
fibra de estructura helicoidal es muy insoluble y dificulta el proceso de uso. El colágeno es un
material básico para la producción de gelatina siendo un aditivo común en la industria del
alimento, con un alto potencial para ser utilizado en la formación de películas. Zaína: Es una
proteína soluble en alcohol y comúnmente se utiliza en la formulación de algunos alimentos y
materiales farmacéuticos, se ha estudiado su potencial para la elaboración de películas por la
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técnica de extrusión mediante la adición de plastificantes para mejorar las propiedades de
brillo y flexibilidad (Rutiaga, sin fecha).
La principal diferencia entre las proteínas y los polímeros sintéticos, es que las
proteínas no tienen unidades repetitivas a lo largo de las cadenas polipeptidicas dando como
resultado ciertas irregularidades en dicha cadena de proteínas y es menos probable que se
cristalice, lo que puede contribuir a su degradación más fácil. Por otro lado, en los polímeros
sintéticos las unidades se repiten mejorando su regularidad haciendo que los grupos
hidrolizables como enzimas no tengan acceso de manera fácil, siendo necesario la
colaboración de otros factores como la estructura del polímero, radiación, humedad y
temperatura (Huang etal., 1978).
Polisacáridos
Son biomoléculas formadas por la unión de gran cantidad de monosacáridos, (azúcares
simples) que cumplen funciones de reservas energéticas y estructurales. Los biopolímeros
naturales provienen de cuatro grandes fuentes: origen animal (colágeno/gelatina), origen
marino (quitina/quitosan), origen agrícola (lípidos y grasas e hidrocoloides como proteínas y
polisacáridos) y origen microbiano (ácido poliláctico (PLA) y polihidroxialcanoatos (PHA))
(Tharanathan, 2003).
Los polisacáridos, a diferencia de las proteínas, no tienen un peso molecular definido,
ya que no son sintetizadas a partir de un molde (RNAm) como las proteínas. Las que
determinan el peso de un polisacárido son las enzimas responsables de todos los pasos de la
síntesis que actúan secuencialmente. Existe una enzima para cada tipo de unión de cada
monosacárido diferente. Tanto el almidón, que pertenece a las células vegetales, como el
glicógeno, de las células animales, son polisacáridos de almacenamiento que se acumulan
formando gránulos. Estos polisacáridos están altamente hidratados ya que tienen cientos o
miles de grupos OH expuestos al medio acuoso. Ambos son polímeros de glucosa en distintas
estructuras (angelfire.com/bc2/biologia/carboh.htm).
La estructura lineal de algunos de éstos, como la celulosa (1,4-b-D—glucano), la
amilosa que es un componente del almidón (1, 4-a-D—glucano) y el quitósan (1, 4-b-D—
polímero de glúcidos), le proporcionan a algunas películas dureza, flexibilidad y transparencia
y son resistentes a las grasas y aceites. El entrelazamiento del quitósan con aldehídos hace la
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
película más dura, insoluble en agua y le proporciona una alta resistencia (Srinivasa et al.,
2004).
Almidón
De los polímeros naturales, el almidón pertenece a los polisacáridos, es un
termoplástico, fuertemente hidrofílico, de bajo costo y alta disponibilidad que puede utilizarse
como aditivo biodegradable o material de sustitución en plásticos tradicionales, acelera la
degradación o fragmentación de cadenas de polímeros sintéticos, el almidón es consumido por
microorganismos, lo cual crea poros en el material, lo que conlleva a la rotura
(tdx.cat/bitstream/handle/1 0803/6425/03INTRODUCCION.pdf?sequence=3)
El almidón es la sustancia de reserva alimenticia predominante en las plantas, y
proporciona e! 70-80% de las calorías consumidas por los humanos de todo el mundo. Tanto el
almidón como los productos de la hidrólisis del polímero, constituyen la mayor parte de los
carbohidratos digestibles de la dieta habitual. El almidón se utiliza en la industria alimenticia,
especialmente en la manufactura de las harinas y en la producción de pan (Callejo, 2002).
El almidón está compuesto por dos macromoléculas con diferente estructura: la
amilosa o componente lineal, y la amilopectina o componente ramificado. Dentro de los
gránulos, el almidón tiene un arreglo semicristalino, y la cristalinidad se debe al ordenamiento
y longitud de las cadenas de amilopectina (Robin et al., 1974).
A nivel mundial, son importantes fuentes de almidón el maíz, trigo, patata y mandioca
siguiéndole en cebada, avena, centeno, sorgo, sagú, guisante, batata y arrurruz. El almidón
más importante desde el punto de vista industrial es el de maíz. Al año se utilizan unos 60
millones de toneladas de maíz para fabricar almidón, bien para su uso como tal o como
materia prima para la obtención de glucosa y fructosa.
(milksci.unizar.es/bioquímica/temas/azucares/almidon.html).
El almidón como termoplástico ha logrado un gran auge debido a la necesidad de
reemplazar los polímeros provenientes de la industria petroquímica, La biodegradación es
medida principalmente por la liberación del dióxido de carbono (CO2) por parte de los
microorganismos contenidos en el suelo (Norma ASTM D5988, 2003).
Las películas de almidón y polietileno de baja densidad (LDPE) contienen hasta un
30% de almidón, mostrándose como un material parcialmente biodegradable. Otra aplicación
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
del almidón es la combinación en forma gelatinizada en proporciones entre el 30 y el 70%
mezclado con polímeros sintéticos igualmente gelatinizados, como el caso del alcohol
polivinilico en proporciones variando entre 10% y 20% (Muratore et al., 2005). Existen en el
mercado diferentes productos hechos de polímeros sintéticos y almidón gelatinizado
comercializados por Mater-Bi® (Hanna, 2004).
Celulosa
Es uno de los muchos polímeros encontrados en la naturaleza, la madera, el papel y el
algodón contienen celulosa que es una excelente fibra, está formada por unidades repetidas del
monómero glucosa y está constituida por un monómero del tipo de los azúcares, se la
denomina polisacárido. La celulosa se utilizó para hacer algunos de los primeros polímeros
sintéticos, tales como el nitrato de celulosa, acetato de celulosa y rayón.
Es un polisacárido cuya fórmula es (C6H1005) y es el principal componente de la
membrana celular de la mayor parte de las plantas, constituidas por moléculas D-glucosa, es
degradada por una serie de microorganismos mediante la acción de varias enzimas no
asociadas como las celobiohidrolasas y las endoglucanasa (Murashima et al., 2002).
La celulosa es un hidrato de carbono que forman las paredes de las células vegetales y
es el principal polímero constituyente de las plantas y los árboles. El almidón y la celulosa son
dos polímeros muy similares, constituidos por el mismo monómero que es la glucosa,
diferenciándolos solo su estructura. En el almidón, todas las unidades de glucosa repetidas
están orientadas en la misma dirección, mientras que en la celulosa cada unidad sucesiva de
glucosa esta rotada 180° alrededor del eje de la columna vertebral del polímero
(profesorenlinea.cl/QuimicalPolimerosCeluloAlmid.htm).
Pectina
La pectina es un heteropolisacarido, consituye el 30% de peso seco de la pared
primaria de células vegetales, en presencia de agua forman geles y determinan la porosidad de
la pared, se puede usar en la elaboración de películas por proceso de extrusión, compresión y/o
otras operaciones térmicas (Marshall y Coffin, 1998); es soluble en agua e igualmente es
usada en la fabricación de bolsas y en diversos sistemas médicos. Las películas que resultan de
las mezclas de pectina y quitósan junto con cualquier plastificante y PLA, generan buenas
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propiedades mecánicas y de barrera según el porcentaje de los componentes y la relación con
el material alimenticio en estudio (Fishman ci' al., 2004).
Son polisacáridos que sirven como cemento en las paredes celulares de todos los
tejidos de las plantas. La pectina es un éster metilado del ácido poligalacturónico, y consiste
de cadenas de 300 a 1000 unidades de ácido galacturónico conectadas por enlaces la—*4. El
grado de esterificación (GE) afecta las propiedades gelificantes de la pectina. La pectina es un
ingrediente importante para conservas de frutas, jaleas, y mermeladas
(scientificpsychic.com/fitness/carbohidratos2.html).
Quitina
La quitina es un polisacárido que se encuentra ampliamente distribuido en la
naturaleza, está constituida por moléculas de N-acetil-D-glucosamina, con enlaces (3>4) y
forma parte del caparazón de crustáceos, moluscos, insectos y otros seres vivos,
defendiéndolos del contacto con el medio externo, anualmente se obtienen en el mundo
grandes volúmenes (120,000 toneladas) de quitina de los residuos de mariscos (que tienen de
un 14-35% de quitina asociado con proteínas). El quitosán es el derivado principal de la
quitina, que puede ser obtenido mediante la desacetilación. Las propiedades de la quitina y el
quitosán dependen principalmente de la fuente de obtención y el método de preparación y
difieren entre sí por su distribución, masa molecular y grado de acetilación.
Entre estas se destaca la formación de espumas, emulsiones, geles con polianiones, y
retienen humedad por la presencia de los grupos amino libres que al disolverse en solución
acuosa acidificada adquieren carga positiva. También se ha reportado que el quitosán controla
el crecimiento de bacterias, hongos y levaduras, teniendo múltiples aplicaciones biomédica, en
la agricultura y operaciones post cosecha, en el tratamiento de aguas residuales, la industria
cosmética y la industria alimenticia, entre otros. El quitosán es bioabsorbible y biodegradable,
y se ha demostrado que es lentamente degradada principalmente por las enzimas quitosinasas
y lisozimas; con las primeras, la biodegradación sucede hasta en un 75%, y hasta en un 35%
con lisozimas (Hernández, 2004).
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Polímeros Naturales Biológica o Químicamente Modificados Debido a la complejidad de la obtención de los polímeros naturales, comenzaron a
investigarse nuevos materiales modificados, surgiendo los primeros pasos hacia estireno,
componente a partir del cual, más adelante nacería el poliestireno y las resinas de poliéster.
Durante el siglo XIX, tuvo lugar el descubrimiento del caucho, la caseína, la ebonita y el
celuloide, materiales considerados como los antecesores o padres de los plásticos modernos
(es.wikiversity.org/wiki/Introducci%C3%B3n_ajos_pol%C3 %ADmeros)
Los polímeros naturales se definen como polímeros que se obtienen a partir de un
proceso de polimerización que ha tenido lugar en la naturaleza, independientemente del
proceso de extracción. Esto significa que los polímeros naturales no son necesariamente
sustancias presentes en la naturaleza. La celulosa y el almidón son dos polímeros naturales
usados frecuentemente para producir polímeros naturales modificados y pueden tener
propiedades considerablemente diferentes a los polímeros naturales originales
(es.scribd.com/doc/94094486/Capituloø6-Polimeros).
Los materiales biodesintegrables son compuestos que están constituidos por una
mezcla de una parte orgánica biodegradable con poliolefinas por ejemplo mezclas de almidón
con Polietileno, Polipropileno y sus copolímeros, etc. Los microorganismos metabolizan y
biodegradan la fracción orgánica (almidón) mientras que la fracción polimérica queda sin
atacar con lo cual la fracción de poliolefina no sufre cambios importantes. Estos materiales no
son plásticos biodegradables propiamente dicho y a pesar que se conocen desde la década del
70 no son usados comercialmente. Se han producido bolsas de comercio con mezclas de
Polietileno con almidón que no han tenido éxito comercial debido a que el agregado del
almidón reduce significativamente todas las propiedades físicomecánicas con lo cual se debe
aumentar mucho el espesor de la bolsa con el consecuente aumento del costo. Existen
empresas que venden concentrado (Masterbatch) de polímero con almidón que se agregan
durante la extrusión de la película ó inyección de artículos diversos para transformarlos en
biodesintegrables. Una desventaja adicional de esta técnica es la gran sensibilidad del almidón
a la humedad (higroscópico) lo que hace que deban tomarse precauciones especiales durante la
transformación para evitar defectos provocados por la humedad del polímero (Plastivida,
2009b).
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Algunas modificaciones químicas de polímeros naturales modificados es por ejemplo
la mezcla de látex triturado con azufre bajo acción del calor para obtener un material
moldeable que al enfriarse mantiene la elasticidad, impermeabilidad y duración (vulcanización
del caucho). El caucho natural se obtiene de un líquido lechoso de color blanco llamado látex,
obtenido de plantas que a bajas temperaturas se vuelve rígido, y calentándolo a más de 100°C.,
se ablanda y sufre alteraciones permanentes, la plasticidad puede modificarse dentro de ciertos
límites por la acción de productos químicos (Predebón, 2005).
La vulcanización es un proceso mediante el cual se calienta el caucho crudo en
presencia de azufre, con el fin de volverlo más duro y resistente al frío. Durante la
vulcanización, los polímeros lineales paralelos cercanos constituyen puentes de
entrecruzamiento entre sí para obtener moléculas elásticas de caucho quedan unidas entre sí a
una mayor o menor extensión, formando un caucho más estable, duro, con mayor durabilidad
y resistencia al ataque químico y sin perder la elasticidad natural. El grado de vulcanización
depende de factores como el tiempo que dura el tratamiento, la temperatura, la presión y la
cantidad de azufre agregado.
El caucho sintético (SBR) es inferior a la goma natural para su procesado, resistencia a
la tracción y a la rotura, adherencia y calentamiento interno, sin embargo es superior en
permeabilidad, envejecimiento y resistencia al calor y desgaste. Su vulcanización requiere
menos azufre, pero más acelerador y el efecto reforzador del negro de carbón es mucho más
pronunciado sobre SBR que sobre goma natural. Para uso en neumáticos, SBR es mejor para
vehículos de pasajeros, en tanto que la goma natural es preferible para vehículos utilitarios y
autobuses. Se producen varios tipos de caucho sintético: neopreno, buna, caucho de butilo y
otros cauchos especiales (taringa.netlposts/info/3 1 42980/El-Caucho-Natural-y-sintetico-Usos-
y-propiedades_.html)
Los polímeros naturales biológicamente modificados, son materiales capaces de
desarrollar una descomposición aeróbica ó anaeróbica por acción de microorganismos tales
como bacterias, hongos y algas bajo condiciones que naturalmente ocurren en la biosfera. Son
degradados por acción enzimática de los microorganismos bajo condiciones normales del
medio ambiente. Son obtenidos usualmente por vía fermentativa y se los denornina también
Biopolímeros, como ejemplos tenemos el BiopolTM, poliésteres copolímeros del tipo
polihidroxibutirato (PHB)/polihidroxivalerato(PHV), el Pululano (que es un polisacárido), el
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
PLA (Acido poliláctico), etc. Este último (PLA) es uno de los más conocidos y está basado
100% en el almidón obtenido del maíz, trigo ó papas. El almidón es transformado
biológicamente (fermentación) mediante microorganismos en ácido láctico que es el
monómero básico, que mediante un proceso químico se polimeriza transformándolo en largas
cadenas moleculares denominadas acido poliláctico. El PLA puede ser extrudado, inyectado,
soplado, termoformado, impreso y sellado por calor para producir blister, bandejas y películas.
Tiene también usos médicos en suturas, implantes y sistemas de liberación de drogas
(Plastivida, 2009b).
Acetato de Celulosa (CA)
El acetato de celulosa se obtiene modificando la estructura de la celulosa original,
sustituyendo los grupos hidroxilos (OH) existentes en sus anillos moleculares por grupos nitro
o acetato que son dotados de características plásticas y de un cierto grado de flexibilidad,
mediante la adición de un plastificante. El acetato de celulosa (también conocido como
zylonite o zyl) es el éster de acetato de la celulosa, mejor conocidos como películas de
seguridad (tecnologiadelosplasticos.blogspot.mx).
El acetato de celulosa, junto con el algodón y el rayón, son las fibras celulósicas de
mayor importancia comercial, son bastante más costosos que los plásticos de base
petroquímica que se producen en gran volumen y su mercado disminuye o cuando mucho es
estático. El CA es un termoplástico relativamente duro y brillante, incoloro transparente y
amorfo con una buena claridad, tiene estabilidad a los rayos UY y resistencia química
moderada, tiene un pobre comportamiento como aislante térmico y limitada resistencia al
envejecimiento y al calor, siendo atacados por una gran variedad de reactivos y disolventes. Su
gran absorción de humedad puede acarrear las usuales dificultades de los cambios
dimensionales. Las propiedades de este material dependen de la longitud de la cadena de la
molécula de celulosa, el grado de acetilación y de la cantidad y el tipo de plastificantes
empleados (Brydson, 2000).
Entre sus aplicaciones están las películas fotográficas, láminas para las monturas de las
gafas y demás artículos ópticos, como componente de algunos pegamentos. También para la
fabricación de mangos de herramientas y pinceles. Estas películas son utilizadas en
aplicaciones gráficas de diversos espesores, en empaques y películas fotográficas por su
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DECRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
condición de transparente, para artículos personales donde se aproveche su dureza, flexibilidad
y alto brillo, así como para la brillante cubierta exterior de los discos fonográficos y otros usos
menores, incluyendo teclas para piano bolas de billar, botones en teclados de instrumentos,
películas transparentes para proyectores y cajas para perfumes, en combinación con otras
fibras como seda, algodón, lana, nylon para la fabricación de telas como el satín, brocado y
tafeta, para acentuar el brillo, la caída, el cuerpo y la belleza de la tela
(eis.uva.es/—macromol/curso04-05/acetato/index.htm).
El acetato de celulosa, siendo soluble en solventes orgánicos como acetona, es también
apropiado para hilado en fibras, las cuales se denominan "fibras de acetato". La celulosa a
partir de la madera es hinchada con ácido acético, convertida en acetato de celulosa usando
anhídrido acético y luego disuelta en acetona. La solución viscosa resultante es bombeada a
través de hiladores formando, en aire caliente, filamentos. La acetona se evapora y es
recuperada. Otros ésteres de celulosa son: el diacetatos de celulosa, ésteres mixtos: acetato-
propionato y acetato-butirato, el triacetato de celulosa plastificado
(tecnologiadelosplasticos .blogspot.mx).
Esteres de Lignocelulosa
La lignocelulosa es el principal y más abundante componente de la biomasa renovable
producida por la fotosíntesis, consta de tres biopolímeros principales que forman la pared
celular de las plantas: celulosa, hemicelulosa y lignina, además de pequeñas cantidades del
polisacárido pectina, ceniza y proteínas. La celulosa es el biopolímero más abundante en la
Tierra, se encuentra principalmente como componente estructural de la pared celular de las
plantas y las algas marinas, aunque también se produce en algunos animales como los
tunicados y microrganismos como las bacterias. No se acumula en la tierra debido a los
hongos y las bacterias que degradan algunos de los materiales de la pared celular. Pese a que
es un proceso muy lento, estos organismos tienen una función fundamental en el reciclaje del
carbono de regreso al ecosistema. Una potencial aplicación de las grandes cantidades de
lignocelulosa es en la obtención de biocombustibles, como una fuente energética alternativa a
los combustibles fósiles que actualmente se utilizan.
Algunas bacterias y hongos con cualidades ligninolíticas, pueden utilizar los desechos
lignocelulósicos de la naturaleza (forestales, agrícolas y de jardín) como fuente de carbono, la
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
actividad de degradación podría complementarse con la actividad de las proteínas (expansinas)
que remodelan la pared celular en plantas. Estas proteínas rompen los puentes de hidrógeno
que unen los filamentos de celulosa y la celulosa con otros polisacáridos, mediante un proceso
no enzimático, que favorece la posterior degradación de la pared celular. El principal
impedimento para la utilización de la biomasa celulósica es la ausencia de una tecnología de
bajo costo, por lo que una estrategia prometedora consiste en el uso de enzimas de organismos
ligninolíticos que remodelen y degraden eficientemente la pared celular (Quiroz-Castañeda y
Folch-Mallol, 2011).
Para el aprovechamiento de la lignocelulosa como materia prima renovable para la
posterior producción de diversos bioproductos es necesario realizar una hidrólisis de las
cadenas de celulosa y hemicelulosa para obtener glucosa y xilosa, respectivamente, las cuales
servirán posteriormente como sustrato para realizar fermentaciones. Diversos procedimientos
de pretratamiento, tales como los métodos basados en el empleo de ácidos diluidos, de agua
caliente presurizada o de vapor de agua a presión, persiguen este objetivo a través de la
hidrólisis de una cantidad significativa de la fracción de hemicelulosa de la biomasa, o
también los métodos basados en el uso de álcalis, son generalmente más efectivos en la
solubilización de una mayor fracción de lignina, aunque dejando gran parte de la hemicelulosa
en una forma polimérica insoluble. En todos los casos, únicamente una fracción muy reducida
de la celulosa resulta hidrolizada tras el pretratamiento, pero queda mucho más accesible a su
posterior hidrólisis (Fedit, 2008).
Polihidroxialcanoatos (PHA)
Los PHA son poliésteres intracelulares sintetizados por diferentes especies bacterianas
(aproximadamente 300 especies diferentes) a partir de sustratos orgánicos y los acumulan en
grandes cantidades dentro de la célula bacteriana en forma de gránulos como material de
reserva que puede ser utilizado posteriormente (Tsuge, 2002), bajo condiciones de limitación
de nutrientes, para mantener su metabolismo. Las características físicas de los PHA como la
densidad, punto de fusión, fuerza de tensión y elongación son similares a los plásticos
derivados del petróleo, pero, a diferencia de éstos, se degradan completamente hasta CO2 y
H20 (Kim et al., 2007; Suriyamongkol et al., 2007), también se puede producir metano bajo
ciertas condiciones sin dejar residuos indeseables (Esper et al., 2009).
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Estos poliésteres son biodegradables, biocompatibles, producidos y acumulados en
gránulos intracelulares por numerosas especies de bacterias, en condiciones limitantes de
nutrientes esenciales para el crecimiento (nitrógeno, azufre o fosfatos) y exceso de carbono.
Cuando éste se agota, o si el nutriente limitante es suministrado nuevamente, los PHAs son
depolimerizados y posteriormente metabolizados como fuente de carbono y energía (De
Almeida et al., 2004, Kim et al., 2007). Debido a que son producidos por seres vivos mediante
reacciones enzimáticas, también son susceptibles de degradación por sistemas biológicos y así
cómo han evolucionado organismos capaces de producirlos, también lo han hecho organismos
con capacidad para aprovecharlos degradándolos para obtener energía y nutrientes (como las
bacterias Gram positivas, Gram negativas, actinobacterias y los hongos). Primeramente es
degradado por la enzima depolimerasa, que lo rompe liberando los monómeros
(hidroxialcanoatos), que son moléculas que las bacterias pueden asimilar en su metabolismo
(Esper et al., 2009). Se ha reportado que estos pueden alcanzar niveles de hasta del 90% en
peso seco dentro de las células
Los PHAs constan de polihidroxibutirato (PHB) y polihidroxivalerato (PHV). Las
bacterias empleadas para producirlos se pueden dividir en dos grandes grupos de acuerdo con
las condiciones de cultivo requeridas para la síntesis del polímero. El primer grupo de
bacterias requiere de limitación en el medio de cultivo de uno de los nutrientes esenciales
como: N, P, Mg, K, O y S y de un exceso de la fuente de carbono para sintetizar
eficientemente los PHAs como son Alcaligenes eutrophus, Protomonas extorquens,
Pseudomonas oleovorans y muchas otras bacterias. Alcaligenes eutrophus, la bacteria más
comúnmente empleada para la producción comercial de Poli (3-hidroxibutirato) y Poli (3-
hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato), acumula una gran cantidad del polímero (hasta un 80%
del peso seco) cuando hay una limitación total de nitrógeno y fósforo en el medio (Hrabak,
1992). Sin embargo, la mayoría de las bacterias restantes que pertenecen al primer grupo de
microorganismos como Pseudomonas oleovorans (Kim et al., 2007), acumulan mayores
niveles de PHAs cuando el nutriente esencial no se elimina completamente del medio. Para
obtener altas productividades con las bacterias del primer grupo es necesario que los medios
de cultivo sean suplementados con una relación óptima entre las fuentes de carbono y los
nutrientes esenciales. Una limitación prematura de algún nutriente esencial puede dar como
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
resultado una baja concentración celular y por tanto un bajo rendimiento del polímero y una
baja productividad en el proceso.
En el segundo grupo de bacterias, la producción de PHAs no es dependiente de la
limitación de nutrientes esenciales en el medio de cultivo, tal es el caso de Alcaligenes latus,
mutantes de Azotobacter vinelandii y recombinantes de E. coli que poseen el operon para la
biosíntesis de PHAs a partir de Alcaligenes eutrophus (Lee, 1996). Por esta razón se utilizan
con frecuencia fuentes de nitrógeno complejas como licor de maíz, peptona y extracto de
levadura que incrementan el crecimiento celular y al mismo tiempo la acumulación de PHAs
(Preusting et al., 1991).
Desventajas de los PHA: Aunque los PFIA ya están siendo producidos industrialmente,
uno de los problemas para el desarrollo de los polímeros biodegradables naturales como
sustitutos de los plásticos convencionales, es que los plásticos derivados del petróleo son muy
baratos, lo que hace que los procesos de producción de plásticos biodegradables no sean
competitivos desde un punto de vista meramente económico. Producir 1 kg de PHA cuesta 10
dólares, mientras que producir 1 kg de plástico convencional cuesta solo 1 dólar, esta
diferencia es debido a los altos costos del proceso de fermentación y los de los sustratos. Los
azúcares como la glucosa y la sacarosa son las fuentes de carbono más comunes que se
emplean en la producción de PHAs (Beaulieu et al., 1995). El precio de estos sustratos
carbonados puros incrementa considerablemente el precio de la producción de PHAs. El uso
de sustratos crudos provenientes de sectores como el agrícola, alimenticio y cañero pudiera
reducir considerablemente el costo inicial de estas producciones, es por eso que la mayoría de
las investigaciones de estos polímeros están dirigidas a reducir los costos de producción.
Poli vinil Alcohol (PVA)
El alcohol de polivinilo (PVOH, PVA, o PVal), también llamado polietenol o poli
(alcohol vinílico), es un polímero sintético soluble en agua, de fórmula química general
(C2H40). Se prepara por alcohólisis (hidrólisis y saponificación) parcial o total de acetato de
polivinilo para eliminar los grupos acetato, ya que a diferencia de muchos polímeros vinílicos,
no es preparado por la polimerización del correspondiente monómero.
Para efectuar la alcohólisis puede utilizarse etanol o metanol, con un ácido o una base
como catalizador. La hidrólisis alcalina es mucho más rápida. La hidrólisis ácida es más
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
probable que produzca algunos enlaces en la cadena por medio de un mecanismo que implica
la pérdida de una molécula de agua de dos grupos hidroxilos adyacentes. Se trata de una
reacción no deseable. La alcohólisis se lleva a cabo usualmente disolviendo el poli (acetato de
vinilo) en el alcohol, añadiendo el catalizador y calentando. El poli(alcohol de vinilo) precipita
de la disolución. Al controlar la reacción para que queden grupos acetato en el polímero, se
obtiene un copolímero de poli (alcohol vinílico) y de poli (vinil acetato) llamado poli (alcohol
vinílico-co-vinil acetato) que le otorga al polímero zonas hidrofílicas (grupos alcohol) y zonas
hidrofóbicas (grupos acetato), esta es una propiedad utilizada para elaboración de pinturas
acrílicas de base acuosa
El PVA tiene excelentes propiedades para formar películas, como emulsionante y
como adhesivo, es resistente al aceite, grasas y disolventes, inodoro y no tóxico. Tiene alta
resistencia, flexibilidad y alta barrera para el oxígeno y los aromas. Sin embargo, estas
propiedades dependen de la humedad. El PVA es la materia prima para hacer otros polímeros
como: Nitrato de polivinilo (PVN), polivinil acetales, polivinil butiral (PVB) y polivinil
formal (PVF) por reacción con butiraldehído y el formaldehído, respectivamente.
Los derivados del PVA es la tercera clase de material biodegradable de mayor
aplicación, se caracteriza por ser un polímero sintético, soluble en agua, su reactividad y
degradabilidad lo hacen potencialmente útil en biomedicina, agricultura y áreas de tratamiento
de agua para la eliminación de iones metálicos y en sistemas para liberación de fármacos
(tdx.cat/bitstream/handle/1 0803/6425/O3INTRODUCCION.pdf?sequence3). China lo utiliza
como ayuda en la polimerización en emulsión, para hacer dispersiones de acetato de polivinilo
y Japón para la producción de fibra vinylon o vinalon. Algunos otros usos de alcohol
polivinílico incluyen: Producción de cartón compacto, espesante, como adhesivo para
materiales porosos, apresto textil, como refuerzo en el concreto, revestimientos de papel,
bolsas de cebo que se disuelven en agua para la pesca deportiva en agua dulce, en productos
de incontinencia para adultos como lámina de plástico biodegradable, barrera de dióxido de
carbono en botellas de PET, se utiliza en gotas para los ojos y como una solución lubricante
para lentes de contacto rígidos. También como agente de lágrimas artificiales para el
tratamiento del ojo seco, etc. (tecnologiadelosplasticos.blogspot.mx/2012/03/alcohol-de-
-9 polivinilo.html)
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Polímeros Sintéticos Biodegradables
Debido a que los polímeros tienen enlaces carbono-carbono muestran poca o casi nada
de sensibilidad a las reacciones catabolizadas por enzimas para la degradación sobre todo si
tienen pesos moleculares elevados, se insertan grupos funcionales como esteres y grupos
carbonilo en la cadena principal del polímero, estos puntos débiles están diseñados para
permitir la degradación controlada de un peso molecular bajo y puede ser utilizada por los
microrganismos como fuente de alimento. Varios informes técnicos mencionan que cuando se
combinan aditivos con polímeros convencionales en los niveles adecuados para controlar la
vida de las películas plásticas y otros artículos, la estabilidad se mantiene durante el
procesamiento, almacenamiento y el uso final a corto plazo. Después de utilizar el plástico, la
degradación iniciada por el calor, luz UV o la tensión mecánica en el medio ambiente se
acelera llevando a cabo la fragmentación de los residuos plásticos (Billingham et al., 2004).
Existen polímeros biodegradables de origen petroquímico como la Policaprolactona
(PCL) que es un poliéster alifático que es verdaderamente biodegradable sin el requerimiento
previo de la fotodegradación. En ambiente de compost la policaprolactona es asimilada
totalmente por los microorganismos y la velocidad de degradación depende de varios factores
tales como espesor de la muestra, humedad, temperatura, oxigeno, etc. Se usa entre otras
aplicaciones como reemplazo del yeso en aplicaciones ortopédicas. Existen también en el
mercado mezclas de PCL con almidón tales como el Mater-biTM que se usa para producir
películas, artículos inyectados, productos termoformados, etc. (Plastivida, 2009a)
Los biopolímeros se fabrican en pequeña escala y no hay producción nacional son por
lo tanto muy caros, no son de uso masivo y sus aplicaciones están limitadas a usos de muy alto
valor como productos medicinales (suturas, material para taponajes quirúrgicos, etc.) y
aplicaciones con importante mercadeo ecológico. Se necesita observar los ciclos de vida de
estos materiales bioplásticos. Considerar su fabricación, así como su uso, y luego su
eliminación final. Y luego debe comparar con los materiales de referencia para ver de qué tan
completos son los ciclos de vida. En la medida en que los procesos para obtener estos
materiales bioplásticos sean mejor comprendidos y definidos, los beneficios en términos de
ciclo de vida comenzarán a aumentar (Plastivida, 2009b).
Durante más de tres décadas los poliésteres alifáticos a base de ácido láctico y glicólico
se han utilizado ampliamente como los biomateriales y los soportes de los sistemas de
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administración de fármacos, debido a su baja toxicidad, excelente biocompatibilidad y su bien
documentada biodegradación a productos de degradación no tóxicos, han recibido la
aprobación por las autoridades reguladoras. Estos biopolímeros se utilizan para los sistemas de
prestación parenteral (PDS5), tales como micropartículas o implantes, así como para suturas
quirúrgicas y los implantes de fijación ósea, especialmente para control de agentes bioactivos
durante los partos, es necesario ajustar cuidadosamente tanto las tasas de liberación de
fármaco como las propiedades de degradación del polímero para lograr las propiedades de la
formulación.
En el caso de poliésteres lineales que consisten de ácido láctico yio ácido glicólico esto
es parcialmente logrado por copolimerización o ajuste de peso molecular. Sin embargo, en
muchos casos la liberación del fármaco de péptidos y proteínas a partir de poliésteres lineales
no está suficientemente controlada, conllevando a patrones de liberación no deseados
discontinuos o polifásico (Neira y Prado, 2010)
Entre los poliésteres alifáticos sintéticos biodegradables se encuentran: El
polihidroxibutirato-polihidroxihexanoato (PHBH), ácido poliláctico (PLA), pol icaprolactona
(PCL), ácido poliglicólico (PGA), PEA, CPE y CPA, entre otros.
Polihidroxibutirato-polihidroxihexanoato (PHBH)
Es uno de los plásticos más novedosos, derivado de fuentes de carbono como la
sacarosa, ácidos grasos o melazas a través de la fermentación, son polímeros alifáticos
completamente biodegradables que se comercializan bajo el nombre de NodaxTM (Roldán,
2005). Ospina (2003) lo describe como polímero de que pertenece a los hidroxialcanoatos y
son de origen bacteriano comercialmente viables y conocidos bajo la marca "Biopol". Estos
polímeros además de su biodegradabilidad poseen propiedades físicas y químicas similar a los
termoplásticos convencionales y se pueden procesar usando las técnicas convencionales como
extrusión, inyección por moldeo y soplado (Ospina 2003).
Acido poliláctico (PLA)
Este polímero se obtiene por la polimerización del ácido láctico que, con otras
moléculas poliméricas naturales, permiten la obtencion de proauctos reaosoroioies y
biodegradables (Lozano, 1999). Entre los materiales plásticos biodegradables, el PLA es uno
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de los de mayor potencial para sustituir a los plásticos convencionales por sus excelentes
propiedades físicas. El PLA es también un material altamente versátil que puede elaborarse
con distintas formulaciones para satisfacer la mayor parte de las especificaciones de los
productos (http://www.lactic.com/index.php/galactic/who). Investigaciones recientes se han
enfocado en la solución del problema de la acumulación de plásticos a través del desarrollo y
uso de polímeros biodegradables y los materiales para su fabricación se encuentran la celulosa,
el almidón, el PLA y los poliésteres microbianos, los cuales son provenientes de fuentes
renovables (Davis, 2003).
La obtención ocurre generalmente en dos etapas consecutivas:
Síntesis del ácido láctico: Es la extracción del almidón usando sustratos, sacarosa
proveniente de la caña de azúcar y remolacha azucarera, lactosa y dextrosa procedente
de almidón hidrolizado. La sacarosa refinada y glucosa son los más utilizados,
posteriormente se convierte en azúcar y las bacterias lo fermentan. El microorganismo
más utilizado en la producción industrial es lactobacillus brueckiies por consumir
eficientemente glucosa.
Polimerización: En este paso, el ácido láctico es poli-condensado directamente en
polímeros de alto peso molecular, manipulando el equilibrio entre: ácido láctico, agua
y ácido poliláctico en un solvente orgánico (es.scribd.com/doc/78108343/El-acido-
polilactico).
El PLA se puede formular para ser tanto rígido como flexible y copolimerizarse con
otros materiales; también producirse con propiedades mecánicas apropiadas para procesos de
fabricación específicos como moldeo por inyección, extrusión de lámina, moldeo por soplado,
termoformación, formación de películas e hilado, con la mayoría de las técnicas y equipos
convencionales (Balkcom et al., 2002). Generalmente el PLA es hecho del almidón de maíz,
que se degrada y se convierte en abono al exponerse a temperaturas superiores a 60°C durante
un período de 5 días. Este tipo de proceso únicamente puede realizar en una instalación de
compostaje adecuada, no se recomienda hacerlo en el jardín común. Una vez que el PLA se
descompone, los residuos de CO2 restantes se liberan al medio ambiente
(bioworldgroup.com/conceptobio,html).
La aplicación más prometedora del PLA es en envases y empaques para alimentos y
producción de películas para la protección de cultivos en estadios primarios. Sin embargo, el
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
alto crecimiento fúngico en los materiales obtenidos de bases biodegradables es un factor
negativo para el uso en alimentos. Por lo tanto los bioempaques son más convenientes para
alimentos con alta respiración y de vida de almacenamiento corto como vegetales, y para el
empaque de algunos productos de panadería. En los tejidos vivos, el PLA se despolimeriza
totalmente por hidrólisis química. Esta característica hace que sea ampliamente utilizado para
la producción de hilo para sutura, implantes, cápsulas para la liberación lenta de fármacos,
prótesis, etc. (http://textoscientificos.com/polimeros/acido-polilactico). Se comercializa bajo
distintos nombres como Lacea, Lucty y NatureWOrks, entre otros (Roldán, 2005).
Policaprolactona (PCL)
Polímero sintético alifático obtenido mediante la polimerización por apertura de¡ anillo
de la caprolacona, es un material biocompatible utilizado como sutura biodegradable ya que la
PCL tiene un intervalo de degradación muy elevado, se han obtenido polímeros con D,L-
láctico con el propósito de incrementar la velocidad de absorción (Roldán, 2005).
Se degrada hidrolíticamente y bajo la acción de algunos microorganismos, y su
principal atractivo está en su alta solubilidad, bajo punto de fusión y su gran capacidad de
producir mezclas. Debido a su carácter hidrofóbico se degrada más lentamente permitiendo la
liberación de fármacos que deban ser activos a lo largo de un año.
(upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/3093/1/341 11 - 1 .pdf)
Acido Poliglicólico (PGA)
Es un polímero biodegradable, termoplástico y el más simple de los poliéster alifáticos
lineales, se obtiene a partir de ácido glicólico por medio de la poli condensación o ciertas
formas de polimerización. Se conoce desde 1954 como una fibra dura. Su uso era limitado
debido a su fácil degradación. En 1962 fue utilizado para desarrollar la primera sutura
absorbible sintética bajo la marca registrada de Dexon (Roldán, 2005). Debido a que el
poliglicolato tiene fibras fuertes y que se degradan en monómeros solubles en agua, aunque no
se conocen aplicaciones directas en la agricultura, se han encontrado uso en ciertos
procedimientos quirúrgicos (Rodríguez et al., 2004).
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 65
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Acetato de Polivinilo
El acetato de vinilo es una sustancia química reactiva que es polimerizada típicamente
para formar el acetato de polivinilo y los copolímeros de acetato de vinilo. El acetato de vinilo
es un líquido incoloro parcialmente soluble en agua. Tiene un olor dulce a frutas en cantidades
pequeñas, pero el olor puede volverse intenso e irritante a niveles más altos. Por lo general se
embarca y almacena en recipientes de capacidad grande, a granel marcados claramente. El
acetato de vinilo se usa para crear productos químicos industriales y comerciales importantes
que tienen una serie amplia de aplicaciones. Por ejemplo, el acetato de vinilo se usa en la
producción de plástico, películas, fijadores de pelo, lacas, pinturas a base de agua,
recubrimientos de papel e impregnación de materiales y adhesivos.
(cntq .gob .ve/cdb/documentos/quimica/ 183 .pdf)
Polietileno
Se hace referencia al polietileno porque es el polímero mas empleado en la agricultura
por las cualidades que presenta frente a otros polímeros de mayor costo. El polietileno es uno
de los polímeros sintéticos de alto nivel hidrofóbico y alto peso molecular y en forma natural
no es biodegradable haciendo que sea un peligro para el medio ambiente (Kwpp y Jewell,
1992).
Para hacer al polietileno biodegradable se requiere modificar su nivel cristalino, peso
molecular y propiedades mecánicas la cual lo hacen resistente a la degradación (Albertsson et
al., 1994). Para convertir al polietileno en polímero biodegradable basta con reducir su
longitud de cadena por oxidación de tal manera que sea accesible a la degradación microbiana
(Bikiaris et al., 1999).
La biodegradación de polietileno se produce por dos mecanismos: hidro-
biodegradación y oxo-biodegradación (Bonhomme et al., 2003). Estos dos mecanismos es de
acuerdo con las modificaciones con los dos aditivos (almidón y pro-oxidante), utilizados en la
síntesis de polietileno biodegradables. La mezcla de almidón y polietileno tiene una fase de
almidón continua que hace que el material sea hidrófilo y, por tanto, catalizada por enzimas
amilasa.
Los microorganismos pueden acceder fácilmente, atacar y eliminar esta parte. Así, el
polietileno hidrófilo con matriz continúa siendo hidro-biodegradable. En caso del aditivo pro-
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 66
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
oxidante, la biodegradación ocurre por foto degradación y en seguida degradación química. El
pro-oxidante es una combinación de metal, después de la transición, se realiza la catalizacion
térmica de metales para producir degradación oxidativa y la biodegradación de productos de
bajo peso molecular se produce en seguida (Bonhomme et al., 2003).
Polietileno con Almidón.
Debido a que la degradación de compuestos poliméricos provenientes del petróleo se
lleva a cabo en forma muy lenta, se ha propuesto desde hace algunos años la fabricación de
plásticos de un polímero recalcitrante (generalmente PE) con almidón. La adición de
biopolímeros a polímeros derivados del petróleo o de origen sintético puede conferir al
material mayor susceptibilidad a la autooxidación, debido a la matriz porosa que queda
después de la degradación del aditivo biopolimérico, asociado con la pérdida de sus
propiedades mecánicas, incrementando la permeabilidad y la relación superficie/volumen, y
esto facilita el proceso de degradación abiótica. Si el nivel de almidón excede de 41% (peso)
puede tener lugar una continua degradación, dejando desintegrada la matriz polimérica.
El principal problema con el uso del almidón para la síntesis del copolímero PE-
almidón es la naturaleza hidrofilica del mismo y la característica generalmente hidrofóbica de
la matriz polimérica. El primer producto en el mercado, hecho de polietileno con un contenido
de almidón (7% aproximadamente), fueron las bolsas para supermercado llamadas Ecolyte. Se
plantea que además de bolsas para supermercado, las películas plásticas con almidón pueden
utilizarse también para recubrimientos de revistas, bolsas de lavandería u hospitales, y de usos
agrícolas (Volke, 1998).
Polietileno Modificado con Aditivos
La incorporación adicional de aditivos prodegradantes en una matriz de PE significa un
potencial para la degradación por mecanismos abióticos (en ausencia de seres vivos), tales
como la foto y termooxidación. Existen moléculas fotodegradables que pueden usarse en PE
de alta o baja densidad, en las cuales la degradación es activada por luz ultravioleta. Para las
películas de PE que contienen fotooxidantes y prooxidantes (metales de transición), los
iniciadores primarios de la oxidación son la luz y la temperatura, respectivamente. Ambos
compuestos producen radicales libres sobre las cadenas de PE, causando la pérdida de sus
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 67
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
propiedades fisicas y su posterior oxidación, lo cual aumenta las posibilidades de un ataque
microbiano sobre el plástico.
Sólo después de una copolimerización del etileno con aceites vegetales naturales (más
de 4 1%), o con una variedad de monómeros (en proporciones de 70%) que pueden
introducirse en la cadena carbonada del etileno, tales como grupos carbonilo, éster, hidroxilo o
carboxilato, es posible obtener copolímeros más biodegradables, debido al incremento en la
polaridad e hidrofilicidad de la estructura polimérica. Algunas empresas han desarrollado
recientemente polímeros degradables por métodos físicos o químicos, que contienen una
matriz de PE con aceites vegetales naturales, metales de transición o con una variedad de
monómeros (Volke, 1998).
Ventajas de los Polímeros Degradables
Los polímeros biodegradables no representan una solución definitiva para la
eliminación de los residuos plásticos, debido a su alto costo y a que por el momento sólo
pueden reemplazar a algunos polímeros en usos específicos. Las tendencias en el futuro se
deben dirigir a controlar el proceso de biodegradación para la obtención de productos útiles.
Una posible solución sería aquella donde los polímeros biodegradables se utilicen en
aplicaciones específicas cuando aporten beneficios adicionales. Algunos ejemplos de usos son:
en bolsas para la basura, en agricultura (como sistema de dosificación controlada de
herbicidas, fertilizantes o nutrientes), en la industria alimenticia (como embalajes de alimentos
orgánicos), en medicina (para suturas quirúrgicas que sean reabsorbidas en el cuerpo humano,
como sistema de dosificación de drogas, implantes reabsorbibles, etc) (Cyras, 2005).
Díaz (2012) menciona que entre las ventajas de los polímeros biodegradables es que se
descomponen al término de su función y sirven como alimento para los microrganismos, no
generan residuos contaminantes en el suelo y medio ambiente, ni requieren muchos
energéticos para su fabricación, además de que se elaboran con polímeros naturales
económicos y abundantes
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 68
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Métodos de Medición de la Degradación de Bioplásticos
Existen normas internacionales que regulan y miden la velocidad de los procesos de
degradación y de biodegradación tanto en Estados Unidos como en Europa. Las más
conocidas son:
De E.U: ASTM D6400-99 "Especificación Standard para los plásticos compostables"
establece los requisitos y la norma ASTM D5338-98 "Método de ensayo Etándard para
determinar la degradación aeróbica de los materiales plásticos en condiciones controladas
mediante un procedimiento para medir la degradación aeróbica.
De Europa: EN 13432 "Requisitos de los envases y embalajes valorizables mediante
compostaje y biodegradación" y la norma EN 14855 "Determinación de la biodegradabilidad
aeróbica final y desintegración de materiales plásticos en condiciones controladas" que es la
norma que describe el procedimiento del análisis.
Los métodos de ensayo determinan la biodegradabilidad total, el grado de
desintegración y la eventual ecotoxicidad del material degradado. Se realiza bajo condiciones
de un proceso de compostaje aeróbico intensivo. Se utiliza un inoculo maduro de composta
estabilizado mezclando el material de ensayo con el inóculo a razón de 5-10% y se introduce
en un recipiente estático donde se composta intensivamente bajo condiciones de oxígeno,
temperatura y humedad óptimas durante un período de no más de 6 meses. Este método está
diseñado para simular las condiciones de compostaje aeróbico.
El dióxido de carbono generado y el oxígeno consumido se miden continuamente a
intervalos regulares en recipientes de ensayo para determinar la producción acumulada de
dióxido de carbono. El porcentaje de biodegradación se mide mediante la relación entre el
dióxido de carbono generado y la cantidad teórica máxima de dióxido de carbono que puede
producirse a partir del material de ensayo. Ejemplo, un 75% de biodegradación significa que
un 75% de los átomos de carbono (C) presentes en el material de ensayo se convirtieron a
dióxido de carbono (CO2). El método también determina la velocidad del proceso de
conversión. La incubación debe realizarse a una temperatura constante de aproximadamente
58 oc.
La segunda etapa del método es la medición de la desintegración ó descomposición
física del material en fragmentos pequeños debe quedar el material totalmente desintegrado.
Por último se deben determinar los efectos ecotóxicos que pudiera tener e! plástico
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 69
VI:N'IA.JAS N DESVETA.JAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLI('ACIÓ LA AGIUCtILTURA SUST ENTABLE O ECOLÓGICA
biodegradable en el desarrollo de las especies vegetales, no deben introducir niveles
icos para el medio ambiente. Para comparar este tipo de inaceptables (le metales pesados tóx
composta con compoSta natural, se realizan siembras en dichos materiales orgánicas y se
comparan mediante la velocidad de germinación y la cantidad de biomasa vegetal producida
por las plantas en ambas pruebas.
Termo degradación: ASTM D4102 y D4871 evalúan la degradación térmica
colocando el material plástico en una estufa a temperatura constante, entre 6() y lOt) O(
dependiendo del tipo (le polímero, con circulación de aire y se evalúa a intervalos constantes
sus propiedades mecánicas (elongación, tensión de rotura, etc.), peso molecular, tiempo de
lragilización y visualmente. A este ensayo también se le denomina Envejecimiento Térmico.
El material plástico sufre un proceso (le degradación con pérdida de las propiedades y
desintegracion en un período variable de semanas a meses.
Foto degradación: Se mide mediante las normas ASTM D5208, D53 y 1)3826. Una
de las más usadas es la primera 1) 5208 denominada Practica Estándar para la Exposición
Entidad Técnica Profesional Especializada en Plásticos y Medio Ambiente a la Luz
Fluorescente Ultravioleta de Plásticos Fotodegradables". Se trata de ensayos acelerado de
degradación por rayos ultravioletas mediante lámparas especiales que emiten radiación
ultravioleta reduciendo el tiempo respecto a la exposición a la radiación natural del sol.
Básicamente los métodos consisten en exponer los envases plásticos a la radiación de las
lámparas en algunos casos combinados con la acción de lluvia con intervalos determinados. La
degradación de los materiales plásticos bajo estas condiciones se produce en períodos desde
los 15 a 6() días, o más, algunos ensayos demoran hasta 6 meses. El proceso de degradación se
monitorea mediante la medida a intervalos constantes de las propiedades mecánicas, medición
del índice (le carbonilo, inspección visual, etc. (Plastivida, 2007).
Las normas de regulación para la degradación de materiales plásticos establecen ciertos
criterios como son:
y' Desintegración: La habilidad de fragmentarse en partículas no visibles y permitir la
bioasimilación y crecimiento microhiano
y' Biodegradación: La conversión del carbón en dióxido de carbono en niveles entre el
60% y el 90%, en el término de 180 días para los estándares ASTM 1)6400.
Fspccialización en Química Aplicada con opción en AGROPLASTl(tJLTURA 71)
VEN FAJAS \ DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA Sil APLICACIÓN EN - LA ACRI(:tLTURA SUSTENTABLE O ECOLÓCICA
y' Seguridad: que no haya evidencia de eco-toxicología en el compuesto final y que los
suelos sean aptos para el desarrollo de las plantas
" Toxicidad: Que las concentraciones de metales pesados sean inferiores al 509, de los
valores permisibles en los suelos modificados (Scott, el al., 2009).
La producción (le CO2 es usualmente medida por pasar aire libre de CO2 sobre la
superficie (le la muestra mantenida a temperatura constante. El CO2 liberado es arrastrado por
la corriente de aire que fluye y puede estiniarse por medios gravimétricos o volumétricos
después (le la adsorción. Los procedimientos manométricos también han sido a(lapta(los para
los ensayos de descomposición. En la técnica manométrica, el intercambio de gas es medido
en dos matraces o respirónietros en la presencia y ausencia de álcali. El primer niatraz (con
álcali) delecta el consumo (le 02 el segundo (sin álcali) detecta el consumo (le 02 y la
liberación de CO2. La diferencia entre los manómetros agregados a los (los matraces da la
proporción (le CO, producido.
ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO SOBRE EL TEMA
Se estima que el 41% de plástico se utilizan en embalaje, y que casi la mitad de
volumen que se utiliza para envasar productos alimenticios. Los materiales biopolímeios
adecuados para el envasado se utilizan a menudo en los productos agrícolas.
Como bien se sabe el uso de plásticos seguirá su marcha y esto ira avanzando a medida
que avanza el crecimiento demográfico por la demanda de alimentos, lo que quiere decir que
el uso de plástico seguirá aumentando, si no ponemos atención a la acumulación de residuos
plásticos, seguiremos deteriorando mas a nuestro planeta, la contaminación se aumentará y
acabaremos COl la poca biodiversidad que aun existen.
Por tal razón los iiivestigadores se han dado a la tarea de buscar alternalivas para ver la
manera de disminuir la contaminación por los plásticos, creando polímeros a base de recursos
naturales, que sean biodegradables al cabo (le cierto tiempo y así disminuir su acumulación en
los campos (le cultivo, ríos, etc.
Los países Europeos son los principales lnvestiga(lores de los biopolímeros, sin
embargo otras áreas también se están preocupando por el desarrollo de estos materiales,
Lspcciahzación en Química Aplicada con opción en "AGROPLASI ICtJLI URA' 71
V'FA.JAS \' DESVENTAJAS DL LOS rLÁSTICOS DEGRAL)ABLES PARA SL' APLI(A(IÓN tN LA ACRICLL'ILJRA SUsTENTABLE: O ECOLÓGICA
Sn-- - -
principalmente China por su gran población sobre una superficie muy pequeña, por lo tanto la
disposición responsable son consideraciones clave para la preservación del espacio. Por Ial
razón, los investigadores chinos se están centrando en el refinamiento de los
polihidroxialcanoatos producidos por bacterias, investigadores Norteamericanos también están
interesados en el desarrollo de biopolímeros (Kolybaba ci al.. 2003).
Las películas fotodegradable.s de polietileno que Contienen almidón se han desarrollado
y aplicado en la agricultura, son más capaces de elevar la temperatura, conservar la humedad y
aumentar los rendimientos comparando con las películas de polietileno comunes, además se
degradan en el medio ambiente después de su USO. Los periodos de inducción del polietileno
hflo biodegradable oscila entre 46 y 64 semanas satisfaciendo las necesidades de los cultivos
agrícolas, las partes enterradas también tienen buena degradabilidad (Wang ci al.. 2004).
Los plásticos biodegradables (poliésteres) también se han desarrollado con éxito en los
últimos años, los cuales incluyen los polihidroxialcanoatos. polilacticos, policaprolactona,
polisacaridos, copolimeros o mezclas de estos. Los mas importantes son los 3-hidroxibutirato
y poli (3-h ¡el roxibutirato-co-3-hidroxivalerato).
Recientes investigaciones han demostrado la efectividad de algunos biopolímeros
degradables y la efectividad de los microorganismos para degradarlos, debido a los resultados
han siclo aceptados por los agricultores. Yamada-Onodera ci al., (2001) encontraron la
capacidad de los hongos y las cepas de .S'ti'cp/oinvce.s para atacar al polietileno degradahlc, esto
consistió en analizar bolsas que contienen 6% de almidón. Se aislaron a ocho diferentes cepas
de '/rcpIannccs, dos hongos A/lacar iwí.vi/ NRRL 1835 y ; speiillii.r flavas. El estudio se
realizo en piezas de polietileno de baja densidad enterrado en el suelo junto con la mezcla
depuradora y al cabo de diez nieses se examinaron en un microscopio y se noto la presencia de
hongos en la superficie del plástico, lo que indica la posible utilización del plástico como una
fuente de alimento (Shah, 2007). Las cepas de hongos aislados fueron identificados como
í'uxci,iuiii sp. AF4, Aspergilfu. íerrcu. y especies de I'enici/liuin AF5. AFÓ. La capacidad de
las cepas de hongos para formar una biopelícula sobre el polietileno se atribuyó a la
disminución gradual de la hidrofobicidad de su superficie (Gilan el al.. 2004).
Shah (2007) reportó que después de seis meses de haber enterrado una película de
poliuretano, fueron aisladas cinco sepas bacterianas que se identificaron como: I3acilli,.s sp. Al-'
8, Yp. AF1., ítiicracoccus sp. AFI 0, /1,1 lirohacler .sy,. A FI 1 y
Lspc&:ializución en Quiin ica .\plicada con opCión en 'ACROPLASi' Kl 1.. 1 URA— 72
VENTAJAS Y I)ESVENTA.JAS DE LOS PLÁSTICOS DECRADABLES PARA SU APLICACI(')N EN LA ACRICU LTtJRA SLSTENTABLE O E(OLÓCICA
xp. El aislamiento bacteriano se enurnera para la actividad polyurethanolytic por la formación
(le zonas libre de colonias bacterianas alrededor cuando el azul de Coornassie R-25() se ha
añadido a medios de cultivos minerales que contienen poliuretano. Este es un ensayo de
detección rápida para bacterias /)o/YIIFelIlw!olvuic. El método fue usado para Contar las
bacterias depredadoras viables de poliuretano y caracterizar las enzimas degradantes. La
detección (le /)olvu/elhanus'e en un gel de poliuretano se basa en la capacidad (le las enzimas
para despolimerizar e hidrolizar el sustrato (Howard el cii., 1999).
La necesidad de desarrollar un acolchado plástico con actuaciones físicas, mecánicas y
ópticas equivalentes a la cobertura de polietileno convencional y biodegradable aún durante un
período de tierripo especítico representaría una herramienta importante para los productores,
especialmente los productores de hortalizas.
Se realiza un estudio sobre la viabilidad de la utilizar películas plásticas degradables
para la producción de cultivos hortícolas indicando que las películas bio-foto-degradablc plata
y negro de polietileno que contiene 20% de almidón degradado después de 56, 83. 3, y 33
días. El almidón incorporado acelera la degradación rápida de las películas. Se concluye que
no se observo diferencia en el rendimiento, así como el contenido de metales pesados (P). Ni.
Cu, Cd, y Cr) en la parte comestible de los cultivos de coles, mostaza y lechuga que fueron
cultivadas en el suelo sin o con incorporado de desechos de películas de polietilcno
degradable en seis años consecutivos. Resultados similares se obtuvieron también en otro
ensayo sobre el melón y arroz durante cuatro años consecutivos en el cual no se observaron
diferencias en el peso (le la cabeza y cualidades (vitamina (1', el total de solidos solubles y libra
cruda) entre los tratamientos testigo (Yang y Wu 2001).
Cuatro formulaciones de cobertura de plástico, dos lotodegradable (negro y
transparente) y dos foto-biodegradable (negro y transparente), se evaluaron en cultivo (le
melón 'híbrido Laguna" y en comparación con dos plásticos convencionales (negro y
transparente), como los tratamientos de control, así como suelo desnudo. La respuesta de las
películas degradables fue similar a los convencionales, y todos los acolchados de plástico
superaron al tratamiento en suelo desnudo. Se observó que todas las coberturas de plástico
causaron precocidad ( días en la tioración, y 3 dias en la cosecha en comparación con el suelo
desnudo (Quezada el al. 2003).
Especialización en Química Aplicada con opción en AGROPLAST RL'r;lLRA 73
VEINFAJAS \ DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA St APLI(A:IÚN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
En otra prueba realizada 11 tipos de cubierta plástica fueron probados: Polietileno de
15 y 30 micras, cinco plásticos biodegradables de espesor 12, 13, 15, 20 y 25 micras, colores
distintos (negro y verde) y, por último, cuatro foto-degradables en color negro y 15 micras de
espesor. Se observaron diferencias significativas entre los plásticos en relación al rendimiento.
No hubo diferencias en relación al peso promedio de] fruto de tomate, y solo pequeños electos
en relacion con los parámetros de calidad industrial. Las mayores diferencias se presentaron en
la degradación de los diferentes materiales, siendo el más alto en los plásticos a partir de
compuestos vegetales (almidón de maíz, japa, etc.). Los plásticos loto-degrad al) les tienen la
desventaja (le que las áreas sombreadas no se degradan debido a que no están expuestos a la
luz solar (Armcndáriz el iiI. 2006).
Macua el al (2005) compararon nueve tipos de acolchados (Cuadro Y) de color negro y
de espesores de 15, 17, 20 y 25 micras respectivamente. Uno de los puntos importantes para
estas pruebas es valorar el espesor mínimo necesario para evitar la pérdida de consistencia y la
ruptura a etapas tempranas del cultivo. A mayor espesor se facilita la colocación, sin embargo
la degradación es mas lenta y el precio alcanza valores mas elevados, con un acolchado de 15
micras y 1.20 metros de anchura de polietileno normal para una hectárea oscila entre 110 y
120 kg, en tanto que para un plástico biodegradable pasa a ser de 15% a mas de 20%.
Cuadi-o 9. Plásticos de acolchados evaluados
TIPO DE POLÍMERO ESPESOR (Micras) CLAVE Polietileno normal 15 PE-14 Pol id ileno normal 25 PE-25 Biodegradable 1.5 MAT-15 Biodegradable 25 MAT-25 Biodegradable 17 BARB LN-1 Biodegradable 17 BARB LN-2 Biodegradable 17 BARB LN-3 Fotodegradable 20 SOLP G-8() Folodegradable 15 REY N-03-1
Macua el al., (2005).
De acuerdo a los resultados obtenidos concluyeron que los acolchados biodegradables
evaluados presentan las mismas ventajas que se esperan (le los acolchados tradicionales
refiriéndose a que no hubo diferencias significativas en rendimientos, tamaño y forma de los
frutos y sin dejar residuos en el suelo, los restos de plástico aun no degradados
Especialización en Química Aplicada con opckn en "AGROI'LASTICt:t itRA" 74
Figura 28. PE-15 (parte expuesta) Figura 29. PE-15 (parte cubierta)
Figura 30. MAT-15 (parte expuesta) Figura 31. MAT-15 (parte enterrada)
VENTAJAS 1' DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
completamente, terminan su degradación al enterrarse con la maquinaria al momentos de
preparar el terreno para el siguiente cultivo.
Respecto a los acolchados foto degradables, se degradaron las partes expuestas a la
radiación solar, en tanto que la parte enterrada no sufrió daño alguno (Figuras 32 y 33), por lo
tanto se tienen que exponer al medio ambiente y aun así quedan algunos residuos presentes en
el suelo. En cuanto a los plásticos biodegradables (Mat-15) quedan desintegrados tanto la parte
que estuvo a exposición del medio ambiente como la parte que estuvo enterrada en el suelo
(Figuras 30 y 31), estos comparados con los biodegradables (BARB LN-1,) dieron el mismo
efecto, al ser degradados en casi su totalidad al termino del cultivo, tanto en la parte expuesta
(Figura 34) como en la parte cubierta por el suelo (Figura 35). En tanto que los polímeros
convencionales (Figuras 28 y 29) no sufrieron daño alguno tanto en la parte enterrada en el
suelo, como la parte del plástico expuesto a la intemperie.
-
lU Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 75
Figura 32. SOLP G-80 (parte expuesta) Figura 33. SOLP G-80 (Parte cubierta)
Figura 34. BARB LN-1 (parte expuesta) Figura 35. BARB LN-1 (parte cubierta)
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
En una investigación realizada por Merchán et al (2009) se estudió la degradación
aerobia de distintas formulaciones de termoplástico fabricado a partir de almidón de maíz y
glicerina (ilastificante a 30% y 40%) monitoreando la evolución de la liberación de dióxido de
carbono en el campo de acuerdo a la norma ASTM D5988-03.
La prueba se llevó a cabo en ambiente controlado (oscuridad y temperatura de 19°C)
proporcionando periódicamente una aireación natural cada 3° y 4° día durante 30 minutos
determinando al mismo tiempo la cantidad de dióxido de carbono producido por los
microorganismos presentes al descomponer la muestra.
El dióxido de carbono producido reacciona con la solución de hidróxido de potasio
(KOH)2 según la reacción.
2KOH +CO2—K2CO3+H20
El hidróxido remanente se determina por titulación con ácido clorhídrico (HC1). Con la
relación estequiométrica de la reacción entre el KOH y el CO2 se determinan las moles de CO2
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 76
VCNT4,10 Y RSYTAJAS DE LPS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA $U APLICACIÓN EN íuLü Ñ Á SÍL cótÓIc
que reaccionaron. El porcentaje de biodegradación se reporta respecto al contenido teórico de
carbono, según la ecuación,
la QY0400n çk la 49grgdggión dla p!tçila çI almin ftiiira ) n glicerina y con esto se afirma que al aumentar la concentración de glicerina como
plastificante, incrementa el porcentaje de biodegradación a las condiciones analizadas. Las
mediciones de CO2 producidos se representan en la siguiente grafica.
Figura 36. Porcentaje de biodegradación de almidón plastificado con glicerina.
Otra de las aplicaciones que se está teniendo de los plásticos para empaque de
productos agrícolas, es el uso de plásticos orgánicos a base de almidón vegetal para el
empaque de bananos en Republica Dominicana para su exportación a Europa.
Se llevo a cabo una prueba de comparación del plástico orgánico (Figura 37) contra el
empaque de polietileno normal (Figura 38), en el cual el producto empacado con plástico
natural, se mantuvo siempre fresco, mientras que con el empaque de polietileno convencional
se observa que el producto presenta humedad consensada (Figura 39) y desarrollo de hongos
en la parte apical del banano, también presenta aspecto de quemaduras en la superficie del
producto.
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 77
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRÁDABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Figura 37. Empaque de plástico natural a base de almidón para el empaque de banano.
ii&,Irt..............
Figura 38. Empaque de polietileno convencional para el empaque de banano
Figura 39. Resultados por el uso de empaque con polietileno convencional
(alecoconsult.com/arnold/pdflMao,%2øbanano,%2ønoviembre%202003 .pdf
).
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 78
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Con base a un proyecto de investigación realizado por Segura et al (2007) demostraron
que las bacterias productoras de polihidroxialcanoatos, se pueden obtener fácilmente de
desechos orgánicos y suelo. Este trabajo consistió en:
De 4 muestras de suelo se tomaron 0.5 gr de cada una y se suspendieron en 10 ml de
Sulfato de Magnesio (MgSO4),
Se prepararon 2 litros de agar nutritivo el cual se colocaron en cajas de Petri
De cada solución se hicieron 2 cajas de agar y se pusieron a incubar durante una noche
a 30°C
Se aislaron cada una de las colonias obtenidas en agar nutritivo, se enriqueció el medio
de cultivo de las bacterias y se sembraron en cajas de Petri con hidrolizado de gabazo
de caña.
Las colonias obtenidas se colocaron en sudan negro para clasificar el tipo de bacterias
obtenidas y se observan al microscopio.
De las dos muestras de caña de azúcar se obtuvieron 200 colonias y las sembradas en
tierra de composta se obtuvieron 30 colonias. A manera de conclusión, comentaron que
existen maneras más fáciles de obtener bacterias productoras de polímeros naturales el cual en
un futuro va a disminuir el costo de producción de estos polímeros, disminuyendo sus costos y
disminuyendo las desventajas frente a los polímeros convencionales.
Kapanen et al (2008), evaluaron el desempeño de las películas biodegradables a base
de almidón y su impacto ambiental utilizando tres películas de acolchado blanco
biodegradable (Mi, M2 y M3) y dos películas biodegradables transparentes para túneles bajos
(Li y L2) en un cultivo de fresa protegida (figura 40), dos películas de LDPE convencionales
color negro con una película transparente para túnel bajo (LO) utilizándose como referencia
convencional o testigo. Se demostró que las películas biodegradables son suficientes para las
plantas de fresa, el acolchado mantuvo sus efectos durante 9 meses y las películas
transparentes para microtúnel en arcos de acero duraron 6 meses. También se demostró que las
películas biodegradables tienen propiedades comparables que las películas convencionales y al
ser enterradas en el suelo por la maquinaria después de la cosecha se degradaron en un plazo
razonable sin dejar residuos contaminantes en el suelo. Con este trabajo se amplía el campo de
u
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 79
VENTAJAS DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
los plásticos biodegradables para adoptar el uso de plásticos elaborados a base de recursos
renovables como el almidón.
Figura 40. Aplicación de acolchado y microtúnel en cultivo protegido de fresa.
Wang et al (2004) evaluaron cuatro películas foto-biodegradables de 15 micras de
espesor y 15% de almidón marcadas como A, B, C y D, contra una película de PE
convencional y contra un testigo (sin acolchar). En esta prueba se evaluaron la conservación
de temperatura en el suelo, rendimiento de algodón y maíz y biodegradabilidad de las
películas al finalizar el cultivo. La temperatura del suelo aumenta con el uso de acolchado, sin
embargo observamos en el (Cuadro 10) que la temperatura mas alta en los primeros 5 cm de
profundidad se presenta con el uso de la película foto-biodegradable, siendo mejor que el
acolchado convencional, además de ser degradable.
Cuadro 10. Temperatura (°C) media del suelo a una profundidad de 5 cm.
Tratamiento 25 de abril 30 de abril 03 de mayo - 1ç9 12
PE convencional 18.4 18.7 21 P111 2 1
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 80
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Cuadro 11. Rendimiento promedio de maíz y algodón
Muestra Algodón Maíz 756
Pelíeula B PBD-PE 66:2.1 74.8
794 Película D PBD-PE 664.1 80,4
7 Sin Acolchar 552.8 50.8
En el Cuadro 11 se observa que las películas fotodegradables tienen casi las mismas
respuestas que la película convencional en cuanto a rendimiento se refiere para la producción
de maíz y algodón, incluso la muestra D mostro ser mejor que el plástico convencional,
refiriéndose a la muestra sin acolchar presento menor ventaja frente a esta variable.
Cuadro 12. Las tasas de degradación de las películas de PP-PE enterrados en el suelo
2-12 de Agosto 2-21 de agosto 2 aosto-3 septiembre 0.96 332 09111
Presente 08447 0 0731 1328 19.28
El Cuadro 12 muestra las tasas de biodegradación de las películas de PBD-PE
enterrados en el suelo. Durante los primeros 10 días, la pérdida de peso llega a 8.6% en peso,
mientras que al plazo de un mes, pierde 19.28% de peso, lo que significa que no sólo tenía
almidón en la película sino también las otras composiciones tales como polietileno.
Como conclusión, las películas PBD-PE con almidón tienen las mismas propiedades
para aumentar la temperatura del suelo, conservación de humedad y rendimiento de las
cosechas, comparados con las películas convencionales. Además de degradarse
ambientalmente después de terminar sus funciones. Tomando en cuenta que los periodos de
inducción de las cuatro películas foto-biodegradables (A, B, C y D) fueron de 46 a 64 días, lo
que básicamente satisface las necesidades de los cultivos agrícolas. Las películas PBD-PE
enterrados en el suelo también tienen buena capacidad de descomposición.
Actualmente en España existe una empresa llamada Tyrma que se dedica a reciclar
materiales de uso agrícola procedentes de diferentes partes del norte España (Figura 41 y 42).
Tyrma ha desarrollado su propio proceso, con el objeto de lavar, triturar, secar y extruir el
polietileno, obteniendo finalmente un producto de polietileno de baja densidad negro
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 81
VT4JAS Y PSVENTAJAS !E LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN '
granulado. El proceso tiene como principal objetivo el respeto a los criterios
Mediotimbientales más etrietos.
Figura 41. Instalación interior de la recicladora de plástico TYRMA.
Figura 42. Instalación interior de equipo y maquinaria de la recicladora de plástico TYRMA
(tyrma.es/webtyrmaPEBD.html).
Angaji y Hagheeghatpadjooh (2004) hicieron una preparación de polietileno de baja
densidad biodegradable a base de almidón-urea para aplicaciones agrícolas. El LDPE se
elaboro con resma de densidad de 0.92 gcm3. Se utilizo como agente de acoplamiento el ácido
poliacrilico y poliacrilato de sodio, como iniciador de radicales, peróxido de benzoilo y como
acelerador de la degradación, estearato de magnesio como autooxidante, dioctilftalato como
plastificante.
Para la evaluación de la biodegradación se realizo con bacterias Aspergillous niger, al
observarse en microscopio se nota que las muestras de película presenta la formación de
orificios causadas por las bacterias además también atacaron la resma y como consecuencia
forman grietas finas. La velocidad de la degradación del almidón depende del medio ambiente
y de la cantidad de almidón (%). Se concluye que estas mezclas se pueden aplicar como
Especialización en QuímiQa Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 82
VENTAJAS Y DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN i AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLTCA *
plásticos agrícolas como bolsas para flores, películas para envasado en donde se desea una
rápida degradación.
Las preocupaciones económicas para los biopolímeros deben ser en como se
desarrollan, porque el futuro de cada producto depende de su competitividad de costos, y de la
capacidad de la sociedad para pagar por ellos. Muchos gobiernos están introduciendo
iniciativas destinadas a fomentar la investigación y el desarrollo de polímeros de base
biológica. La mayor parte de Europa y América del Norte los políticos y los responsables
políticos apoyan el trabajo en esta área, con el gobierno alemán son particularmente
interesada (Grigat et al. 1998).
AREAS DE OPORTUNIDAD
Las áreas de oportunidad para los plásticos degradables, principalmente en el ámbito
agrícola, se encuentran en las áreas donde se cultive con el uso de acolchados, túneles bajos o
microtúneles y rafia para tutoreo principalmente. También tienen amplio rango de aplicación
en el proceso de poscosecha, en el proceso de empaque principalmente en productos
perecederos, que no duran mucho tiempo almacenado, básicamente para facilitar su transporte
y conservar la calidad del producto, en el cual al llegar al consumidor final, el empaque será
desechado, para iniciar su proceso de degradación.
El consumo de plásticos para la agricultura mundial que ha aumentado drásticamente
desde 1991, alcanzando un nivel de 1'469,300 hectáreas (Cuadro 13) tomando en cuenta
únicamente las áreas de aplicación para los plásticos degradables (Túneles bajos, acolchados,
cubiertas flotantes, en el que se incluyen invernaderos y túneles altos, en el que se puede
utilizar el acolchado dentro de los invernaderos para mejorar aun mas, las condiciones de
cultivo.
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 83
J
VENTM AS Y PYTAA ?E !4?! T!Ç E PI ?4WS §I Ç4Ç!N tÁÜLÜA SÚSENTABLEÓ ECOLÓGICA
Cuadro U. Estimaciones de consumo de plástico para producción agrícola, en diferentes
áreas, en toneladas.
TécnÍca 1985 1991 1999 2002 2005 10 1iI I8 ÍTOO 1 7O000 178,000
.o1.hado 270,000 370.000 0)1) 670,000 7 3, 0300 2 00
40,00 4000 48,000
Invernaderos y 180,000 350,000 450,000 475,000 513,000 túneles altos '1FotI 5O00 864i00 1 208 000 133 0 1 49300
De acuerdo al cuadro anterior, tomando en cuenta las cifras de¡ 2005, se tiene un
mercado potencial a nivel mundial de 338,200 toneladas anuales de plástico degradable que se
necesitarían para cubrir con microtúneles o túneles bajos la superficie de 178,000 ha
reportadas en el 2005, ya que se necesita de 1.9 ton de película para microtúnel para cubrir 1
ha de túneles bajos. Así mismo, si se necesitan aproximadamente 0.2 ton de plástico para
acolchado para cubrir 1 hectárea, tendríamos un mercado potencial de 146,060 toneladas de
plástico degradable para acolchado para cubrir las 730,300 ha reportadas. En cuanto a
invernaderos y macrotúneles o túneles altos, se reportó en 2005 una superficie de 530,000 ha,
si consideramos que el 30% de esa superficie utilice en los invernaderos y túneles el sistema
de acolchado, entonces tendríamos que sumarie a las 146,060 toneladas 31,800 más por las
159,000 ha de invernaderos y túneles altos que utilizan el acolchado plástico, por lo que se
necesitaría una cantidad de 177,860 ton de plástico para acolchado degradable.
De igual forma si se necesitan aproximadamente 0.3 ton de rafia por hectárea en
cultivos susceptibles al entutorado y suponiendo que el 30% de la superficie de invernaderos
se dedique al cultivo de tomate y pepino que requieren de un sistema de tutoreo, tendríamos
159,000 ha que requerirían de 47,700 ton de rafia solo considerando la superficie de
invernaderos, sin embargo estos cultivos también se producen bajo malla sombra y a campo
abierto, con lo que esta cantidad incrementaría considerablemente.
En nuestro país existen pocas estadísticas de agricultura protegida, o de la superficie
agrícola que utilice plásticos agrícolas, sin embargo si tomamos en cuenta las cifras obtenidas
por la Asociación Mexicana de Agricultura Protegida (AMPAC) en el afo 2010 que
reportaban 15,300 hectáreas en agricultura protegida correspondiendo el 44% de construcción
para invernaderos y 51% para mallas sombra y consideramos que al menos la mitad de esa
Especialización en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 84
YNTW'SS Y PMENTAMS JE LOS ILÁSTJCOS UEGRAU44BLES PRA Sil APLICACIúN E LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
superficie utilice la técnica del acolchado, entonces 7,650 hectáreas de agricultura protegida
necesitarían al menos de 1,530 ton de película para acolchado degradable.
Si también consideramos que de esas 15,300 hectáreas, el 30% (4,590 ha) se dediquen
al cultivo de tomate y pepino que requieren de un tutoreo, tendríamos que para suplir esta
necesidad de necesita de 1,377 toneladas de rafia para conducir estos cultivos.
Referente a los empaques para productos agrícolas no se tienen estadísticas de uso, sin
embargo se tienen reportes que se están utilizando bolsas plásticas a base de almidón para el
recubrimiento de bananos, para cubrirlos de las bajas temperaturas y del ataque de algunos
insectos. También se han probado plásticos orgánicos, a base de almidón de maíz para el
empaque de bananos para exportación.
Hay muchas aéreas de oportunidad para la expansión de los bioplásticos en la industria
de los plásticos, Chau y Yu (1999) estima que la generación de residuos plásticos crecerá un
15% anual en los próximas décadas. La sustitución completa de los plásticos a base de
petróleo como materia prima por los basados en recursos renovables como materia prima los
llevaría a un nivel de dióxido de carbono más equilibrado en la atmósfera (Dahlke et al. 1998).
Sin embargo, es absurdo esperar un remplazo total de polímeros convencionales por parte de
los biopolímeros a corto plazo. La expansión hacia determinados mercados de nicho parece ser
la opción más viable.
Aunque los plásticos sintéticos son una opción económicamente más viable que los
biodegradables, un aumento de la disponibilidad de los plásticos biodegradables permitirá que
muchos consumidores las elijan en función de su eliminación ambientalmente responsable.
Los plásticos biodegradables desarrollados a base de almidón o fibras de celulosa
parecen ser los más propensos a experimentar un crecimiento continuo. Los plásticos
elaborados por microorganismos cultivados son científicamente válidos, y una idea novedosa,
pero la infraestructura necesario para expandir comercialmente su uso es todavía costoso e
inconveniente para el desarrollo (Kolybaba et al, 2003).
pializclAn eg Qufmjça Apliçada çon pck'n cii 4ApPS't1C(JtTJgA" 85
YklyTAJA§ Y P 'NTS LOS PL4STIÇ0S1M)ALES RARA SU APLJCiSCIÓN LA AGICÚLURA SUSTÉNTABÉ Ó ECOLÓGic
CONCLUSIONES
' Las películas de acolchado foto-biodegradables y oxo-biodegradables presentan
mejores ventajas en las principales variables (rendimiento, precocidad, calidad y
uniformidad en tamaño de fruto) para el cultivo de hortalizas.
V Los plásticos biodegradables para acolchado que tienen almidón u otros compuestos
naturales se degradan con mayor veloçidad y son capaces de elevar la temperatura del
suelo, conservar mejor la humedad y aumentar los rendimientos comparados con
plásticos convencionales.
' Los plásticos biodegradables no generan contaminación con metales pesados en los
frutos y suelos donde se han degradado plásticos fotodegradables durante 6 años
consecutivos.
y' Los polímeros naturales se pueden obtener de plantas vegetales (celulosa) o biomasa
(almidón) extraído de maíz, papa, etc. Que son recursos renovables, de bajo costo y
disponibles en la naturaleza.
Los polímeros naturales también pueden ser producidos por microorganismos como
bacterias a base de sacarosa, extraído de la caña de azúcar, además estos
microorganismos se pueden obtener de desechos orgánicos y suelo.
El proceso de obtención de biopolímeros a través de microorganismos, ha sido hasta
ahora una de las limitantes por su elevado costo de procesamiento, haciendo que estos
polímeros estén en desventaja frente a los polímeros convencionales.
1' Los plásticos biodegradables se incorporan al suelo una vez terminada su función,
sirviendo como alimento para muchos microorganismos y a la vez se mejoran las
condiciones físicas del suelo.
IU
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