![](3D"10TextodelarticuloVol3.4_archivos/image023.gif")
Biopolímeros
capaces de reemplazar a los plásticos tradicionales. =
Biopolymers
capable of replacing traditional plastics
Natalia Sofía Barahona Alvear. [1= ], Hernán Patricio Tixi Toapanta. [2= ], Segundo Hugo Calderón. [3= ] & Lorena Barahona Alvear. [4= ]
Reci= bido: 01-08-2019 / Revisado: 25-08-209 /Aceptado: 04-09-2019/ Publicado: 04-10-2019
Abstract. =
; &n=
bsp; =
; DOI: https://doi.org/10.33262/cienciadigital.v=
3i4.954
=
The production of bioplastics, with the use of raw
materials such as carbohydrates (starch), protein (gelatin) and with the he=
lp
of a plasticizer (glycerol) can replace synthetic plastics that are not
biodegradable and are the great pollutants of the environment. In this
investigation, bioplastics were prepared in combination of these raw materi=
als
in various proportions and concentrations together with the plasticizer tha=
t is
diluted in water. Which were subjected to mechanical tests such as; Tensile
strength, percentage of final elongation, modulus and hardness, a device bu=
ilt
for this purpose was used that represents a good tool for the analysis and
calculation of these tests. Results were obtained in which it is indicated =
that
the properties of the bioplastics obtained have mechanical properties simil=
ar
to low density polyethylene and high impact polystyrene that can be used for
packaging material, whether in the manufacture of items such as toys, utens=
ils
Disposable table tops, it is also important to indicate that these bioplast=
ics
can be subjected to other biopolymer refining procedures and be used in
pharmaceutical medicaments for coating tablets.
The main objective of this project was to carry out an experimental analysis
with different concentrations of solvent and plasticizer for the production=
of
bioplastic from carbohydrates (starch) and protein (gelatin), which was
developed over a period of 2 years.
Keywords:
Bioplastics, starc=
h,
gelatin, glycerol
Resumen.
=
La
elaboración de bioplásticos, con la utilización de
materias primas como carbohidratos (almidón), proteína (gelat=
ina)
y con la ayuda de un plastificante (glicerol) pueden sustituir a los
plásticos sintéticos que no son biodegradables y son los gran=
des
contaminantes del medio ambiente. En esta investigación se
realizó la elaboración de bioplásticos en
combinación de estas materias prima en diversas proporciones y
concentraciones junto con el plastificante que es diluido en agua. los cual=
es
fueron sometidos a pruebas mecánicas como son; resistencia a la
tensión, porcentaje de elongación final, módulo y dure=
za,
se utilizó un equipo construido para este propósito que
representa una buena herramienta para el análisis y cálculo de
dichas pruebas. Se obtuvieron resultados en la que se indica que las
propiedades de los bioplásticos obtenidos tienen propiedades
mecánicas parecidas al polietileno de baja densidad y al poliestiren=
o de
alto impacto que pueden ser utilizados para material de empaque, ya sea en =
la
fabricación de artículos como juguetes, utensilios de mesa
desechables respectivamente, es también importante indicar que estos
bioplásticos pueden ser sometidos a otros procedimientos de refinami=
ento
del biopolímero y ser utilizados en medicamentos farmacéuticos
para recubrimiento de tabletas.
Este
proyecto tuvo como objetivo principal realizar un análisis experimen=
tal
con distintas concentraciones de disolvente y plastificante para la
producción de bioplástico a partir de carbohidratos
(almidón) y proteína (gelatina) el cual se desarrolló =
en
un tiempo de 2 años.
Palabras claves: Bioplásticos, almidó= n, gelatina, glicerol
Introducción.
El
plástico es parte de nuestro diario vivir, actualmente su
evolución se ha estudiado durante años debido a los beneficios
que posee y su accesibilidad ha logrado que hasta hoy se analice y se mejore
cada vez más su composición, en adición, ha traí=
;do
muchos avances y desarrollo a la humanidad junto con la tecnología, =
pero
su producción elevada en el mundo sobre todo en el medio ambiente ha
producido y produce efectos adversos, lo que ha generado fuertes necesidade=
s de
encontrar sustitutos óptimos a las características que brindan
los plásticos convencionales para sus distintos usos.(1)
El
plástico sintético es fabricados a partir de derivados del
petróleo como el polietileno, polipropileno, policloruro de vinilo y=
el polietilen tereftalato, los cuales no son biodegradab=
les y
representan un serio problema de contaminación ambiental, siendo los
causantes de problemas de salud al consumir alimentos y bebidas en este tip=
o de
envases. (2). Los bioplásticos son una alternativa para disminuir la
contaminación producida por los plásticos sintéticos, =
ya
que son polímeros que provienen de fuentes naturales y renovables, t=
odos
son biodegradables por microorganismos como bacterias, hongos y algas. (3).=
La
degradación de los bioplásticos es el resultado de la
producción de dióxido de carbono, agua y humus. (3). Los
carbohidratos y proteínas, son la materia prima para obtener los
bioplásticos por eso son considerados plásticos biodegradable=
s y
materiales considerados como un recurso renovable que tienen su origen en
materias orgánicas. (4).
Los
primeros bioplásticos vegetales, fueron fabricados a partir de
almidón de patata, maíz o yuca. Sus polímeros de gluco=
sa
sirven para que, tras un proceso de extrusión y otros tratamientos a=
caben
convirtiéndose en material para cubiertos, envases o bolsas, los
bioplásticos tienen, aplicaciones prometedoras en la protecció=
;n
del medio ambiente que podrían llegar a sustituir a los plást=
icos
de uso tradicional (5). En estudios realizados la producción
del plástico biodegradable empieza con el almidón
que se extrae del maíz, luego los microorganismos lo
transforman en una molécula más pequeña de ácido
láctico que sirve como base para la elaboración de cadenas
poliméricas de ácido poliláctico<=
/span>.(6),
transformándose en productos biodegradable o sustancia que puede
descomponerse en los elementos químicos que lo conforman, debido a la
acción de agentes biológicos, como plantas, animales,
microorganismos y hongos, bajo condiciones ambientales naturales que pueden
contribuir de manera efectiva tanto a la protección del ambiente com=
o al
desarrollo de la industria del plástico en sí. Sin embargo, es
necesario conocer sus propiedades y características, de forma que las
aplicaciones a las que se destinen se beneficien de las mismas. (6)
En
un estudio reciente publicado en la revista “Sci=
ence”
señala que hay plástico presente en los mares de todo el mundo
(7). por este motivo es necesario el reemplazo de los plásticos no
degradables por biopolímeros totalmente degradables obtenidos a part=
ir
de fuentes de orgánicas renovables para una solución en gran
medida más completa para los diferentes aspectos de este problema. S=
in
embargo, el precio de los bioplásticos sigue siendo demasiado alto c=
omo
para que puedan desplazar a los plásticos tradicionales. Debido a es=
to,
es necesario diseñar estrategias para obtener bioplásticos a =
un
bajo costo o similar al plástico convencional. Es importante
también señalar que la biodegradabilidad de los
bioplásticos es una propiedad que depende de la estructura
química del material, es independiente del origen o fuente de
obtención del bioplásticos que pueden ser fuentes no renovabl=
es
que son biodegradables, así como bioplásticos procedentes de
fuentes renovables que no lo son y sus propiedades varían dependiendo
del material del que se trate (8).
Otro aspecto importante mencionar es el mercado de los envases fabricados con bioplásticos ya que es un mercado alternativo o de sustitució= n, y pretende sustituir un porcentaje de envases convencionales por envases biodegradables. (8). En este mercado, la oferta depende básicamente = del precio del petróleo, que determina el precio de los envases fabricad= os con polímeros no biodegradables y marca, por tanto, la competitividad y productividad depende de esto. La demanda de los bioplásticos se debe generar desde las empresas productoras, apelando a un sentido más ecológico y de consumo responsable, a través del empleo de envases biodegradables. Para que exista esta demanda se debe lograr la biodegradabilidad total del envase. conseguir una respuesta positiva de los consumidores al precio de los envases biodegradables, que hoy en día= son de 2 a 4 veces más altos que los de los envases convencionales, fabr= icar bioplásticos a partir de cultivos que no sean utilizados para la alimentación humana (9). Los sectores más importantes a los q= ue van destinados estos polímeros biodegradables son: envases y bolsas = de la compra en comercio, maquinillas de afeitar y otros enseres, eléct= rico‐electrónico (ordenadores, fotografía), automóvil (revestimientos interior= es y salpicaderos), sanitario (prótesis), agrícola (plástic= os para invernaderos). (9)
La
viabilidad de la utilización de los bioplásticos en envases
depende de las características intrínsecas del plástico
fabricado y del uso que se le vaya a dar, estas pueden ser: barrera al aire
(oxígeno), barrera frente a la humedad o vapor de agua, propiedades
térmicas, propiedades mecánicas, migraciones,
contaminación microbiana, resistencia a la penetración de
microorganismos en los envases, resistencia al agua
(impermeabilización). En el sector de envases y embalajes, la tenden=
cia
irá dirigida, posiblemente, a incorporar en el mercado bolsas de la
compra biodegradables y plástico compostable
para la agricultura. En cuanto a envases para alimentos, la tendencia se di=
rige
hacia el empleo del PLA y PHB, una vez alcanzados los resultados
tecnológicos óptimos requeridos para el envasado alimentario
mediante la adición de nanomateriales, actualmente en fase de
investigación. El alcanzar las capacidades productivas anteriormente
comentadas, así como los porcentajes de sustitución, implica
destinar la superficie de cultivo de las materias primas de las que se obti=
enen
los bioplásticos. (10)
Dicho
esto, los autores de esta investigación vieron la necesidad de hacer
estudios experimentales sobre el proceso de producción de
bioplásticos por la gran contaminación ambiental que vivimos =
expuestos
y de esta manera contribuir de alguna manera a su no contaminación a=
mbiental.
Esto llevó a cuestionarse si se puede o no obtener bioplástic=
os a
partir de materias primas que se encuentran a nuestro al canse y poder
sustituir al plástico tradicional.
Este
trabajo busca brindar a la sociedad una nueva alternativa para solucionar l=
os
graves problemas ambientales debido a la contaminación con desechos
plásticos que en la actualidad constituyen uno de los principales
dolores de cabeza, es necesarios recurrir aquellos materiales que son de or=
igen
natural como son las proteínas y carbohidratos que son biodegradable=
s y
sus elementos constitutivos regresaran al medio ambiente.
El
objetivo general del trabajo aquí expuesto consiste en la
elaboración de biopolímeros utilizando combinaciones diferent=
es
de gelatina, almidón, y como agente plastificante el glicerol, tenie=
ndo
materiales muy parecidos a filmes plásticos convencionales, con el f=
in
de evaluar pruebas mecánicas: fuerzas de tensión
comprensión e impacto, que se analizaron mediante un aparato simple,
barato, y absolutamente instructivo diseñado para medir
características de los biopolímeros, por su enorme efecto sob=
re
nuestra vida diaria.
El
presente artículo consta de: materiales y métodos, resultados=
con
su respectivo análisis y por último conclusiones.
Metodología
![](3D"10TextodelarticuloVol3.4_archivos/image003.gif")
El
trabajo experimental tuvo una duración de dos años, durante l=
os
cuales se obtuvieron los biopolímeros para la determinación de
sus propiedades mecánicas como son Resistencia, Porcentaje de
Elongación, y Dureza, estas pruebas se determinaron mediante el equi=
po
que se construyó para este propósito, utilizando como materia
prima carbohidratos (maicena), proteína (gelatina) y como plastifica=
nte
el glicerol con el que se elaboraron los biopolímeros. La Figura uno
muestra un dispositivo sencillo para estimar las propiedades mecánic=
as
que puede ser construido de manera relativamente fácil.
Figura= 1: Equipo para medir propiedades Mecánicas
Fuente: = Elaboración Propia
Materiales
Materia Prima: Almidón (maicena IRIS) disponible en tiendas y supermercados, gelatina sin sabor, de la marca= ROYAL disponible en tiendas y supermercados
Insumos: Glicerol líquido (1%), incoloro y de viscosidad media (como plastificante); a= gua destilada; colorante vegetales (verde, rojo, amarillo, azul), base ftalocianina de carácter orgánico, mate= rial de teflón
Equipo: Se lo construyó desde una posición de anillo de laboratorio sujetad= a en la vara de apoyo horizontal, siendo el apoyo una balanza primaveral. Las dos abrazaderas de la muestra pueden ajustarse fácilmente por la acción de cuatro agujeros taladrados los agujeros se pueden atar a la vara de apoyo de encima, y a la balanza piramidal. Dos agujeros adicionales= en cada par, junto con cuatro tornillos pequeños y nuez, permite apretar las abrazaderas después de que una muestra se inserta. Una muestra se sujeta en el lugar, y se agregan los pesos en la balanza. Los pesos proporcionan una tensión creciente. La muestra se pondrá tens= a, y puede alargarse hasta cierto punto y se romperá. El resultado de este procedimiento simple se llamaría la fuerza tensora. Los pesos agrega= dos proporcionarán una indicación de la fuerza tensor, si los pes= os se agregan despacio, con los intervalos de tiempo cortos, y el mismo proced= imiento se usa para cada prueba sucesiva. Cómo se puede repetir el procedimi= ento pueden ser probados repitiendo la medida con dos o más muestras idénticamente preparadas.
Métodos
El
método utilizado es experimental, elaboración de
bioplásticos (método de Films).
Las
pruebas se realizan utilizando el equipo mencionado anteriormente con cuatr=
o probetas
para cada bioplásticos elaborado, para determinar la resistencia
Método de Filmes (elaboración de bioplásticos): Este método se basa en la obtención de biopolímeros o películas (film) mediante la preparación de solución y luego la evaporaci&oacu= te;n del solvente agua. Se utilizó gelatina sin sabor, almidón (maicena) y glicerol como plastificante y el agua que actúa como un solvente. Los componentes se seleccionaron en base a su costo bajo y disponibilidad.
Obtención del biopolímero: Se realizó combinaciones de gelatina sin sabor, almidón y glicerol. En la tabla uno y dos se puede apreciar las combinaciones de gela= tina y almidón para la obtención del biopolímero, se mezclaron los ingredientes sin importar el orden, a una temperatura= de 850C eliminando la posible formación de pequeñas burbujas ya que pueden producir agujeros en los filmes y llevar a moldes de teflón iniciando el proceso de secado del film que dura aproximadame= nte un día.
![](3D"10TextodelarticuloVol3.4_archivos/image004.gif")
Preparación de=
la
muestra: Se cortó la muestra en fo=
rma
perro-hueso usando un estilete. En la figura dos se puede aprec=
iar
la forma en la que se tiene que cortar cada una de las muestras de film, la
muestra tuene que tener un ancho 0.25 pulgada (0.64 centímetro).
Figura 2: Plantilla perro-hueso
Fuente: Elaboración propia
A
continuación se presenta la tabla uno y dos con las combinaciones de
gelatina y almidón para las muestras analizadas.
Tabla 1: Combinaciones de gelatina-glicerol-agua
|
Nº<= /span> Muestra= |
gelatina(g)<= /b> |
glicerol(mL) |
agua (mL) |
|
1
A |
2.25 |
60 |
30 |
|
2
A |
2.25 |
30 |
30 |
|
3
A |
2.25 |
60 |
60 |
|
4
A |
2.25 |
90 |
30 |
|
5
A |
3.75 |
60 |
30 |
|
6
A |
3.75 |
90 |
90 |
|
7
A |
3.75 |
60 |
60 |
|
8
A |
3.75 |
90 |
30 |
|
9
A |
5 |
90 |
45 |
|
10
A |
5 |
60 |
45 |
|
11
A |
5 |
60 |
30 |
|
12
A |
7.5 |
120 |
60 |
|
13
A |
7.5 |
120 |
- |
|
14
A |
7.5 |
180 |
90 |
Tabla 2= : Combinaciones de almidón-glicerol-agua
|
Nº<= /span> Muestra= |
almidón (g)<= /span> |
glicerol (mL) |
agua (mL) |
|
1B |
1.5 |
120 |
- |
|
2B |
2.5 |
60 |
30 |
|
3B |
2.5 |
30 |
30 |
|
4B |
2.5 |
90 |
30 |
|
5B |
3.0 |
60 |
30 |
|
6B |
3.0 |
90 |
30 |
|
7B |
3.0 |
90 |
45 |
|
8B |
4.5 |
90 |
30 |
|
9B |
4.5 |
90 |
45 |
|
10B |
4.5 |
180 |
90 |
|
11B |
4.5 |
180 |
30 |
|
12B |
7.0 |
90 |
45 |
|
13B |
7.0 |
120 |
- |
|
14B |
7.0 |
180 |
90 |
Pruebas
Mecánicas
Resistencia a la Tensión
Método: Determinación de resistencia a la tensión en el punto de rompimiento del biofilm. Se cortan cuatro probe= tas de 0,25 pulgadas esta dimensión corresponde a la sección m&aacut= e;s angosta del film, los espesores de cada probeta fueron medidas utilizando un micrómetro de tornillo, se colocó en las mordazas del equipo superior e inferior, hay que tener cuidado de no ajustar mucho para que no = se rompa la muestra, se coloca las pesas en la balanza del equipo, se anota pe= sos totales en los cuales se produjo el rompimiento de los cuatro ensayos. Cabe recalcar que los análisis son válidos solamente cuando la pro= beta sufre el rompimiento en su sección más angosta. Los valores reportados corresponden al promedio de cuatro mediciones en cada tratamient= o.
Porcentaje de Elongación:
Método: Porcentaje de elongación final en el momento de la ruptura. De igual manera se procede como en el caso anterior de la resisten= cia, se utilizan cuatro lecturas para cada film y los valores reportados corresponden al promedio de cuatro mediciones en cada tratamiento. Este procedimiento se lo realiza simultáneamente con la determinaci&oacut= e;n de la resistencia y se basa en cuantificar la elongación total de la probeta hasta el momento de su rompimiento.
Módulo:
Método: Determinación de módulo tensil en el punto de rompimie= nto del film Para medir el módulo ténsil, hacemos lo mismo que para medir la resistencia y la elongación final= .
Dureza:
Método: Permite conocer el grado de dureza del material. Se siguen los mismos pasos anterio= res, el film que tenga mayor peso será el más resistente a ser quebrado.
Diseño Experimental: Se aplicó análisis de varianza con un nivel de confianza del 95%= a un factor para las muestras de bioplásticos obtenidas experimentalme= nte cada uno con cuatro réplicas de catorce muestras preparadas, utiliza= ndo gelatina-glicerol-agua y almidón-glicerol-agua para determinar si es= que existen combinaciones que proporcionen un nivel de resistencia significativamente mayor que las demás y posteriormente se aplica t-= studen para la comparación de medidas.<= /p>
Resultados
Resistencia a la Tensión
La
resistencia a la tensión para la muestra 14A, con un
análisis de varianza de un solo factor de 3.35E+28 tiene diferencias
significativas (α<0.05) con respecto a las trece muestras analizada=
s,
es decir tiene mejor resistencia a la tensión que el resto, con resp=
ecto
a las muestras de almidón-glicerol-agua las muestras 12B y 13B;=
con
un análisis de varianza de 2.71E+22 y de 7.00E+20 tienen una resiste=
ncia
a la tensión mejor que el resto de muestras analizadas.
Porcentaje de elongación final (% Ef.)
El
porcentaje de elongación final indica, que la muestra antes de rompe=
rse
sufre un estiramiento de tal manera que se deforma. Para bioplástico=
s de
gelatina-glicerol-agua en el análisis de varianza de un solo factor
indica que cuatro de las muestras analizadas presentan mejores resultados a=
la
deformación, es decir no todas las muestras antes de romperse tienen
porcentaje de elongación similar. Los bioplásticos con mejor %
Ef. son 6A, 12A, 13A y 14A. De la misma forma al ser sometidos los
bioplásticos de almidón-glicerol-agua a este análisis =
de
varianza de un solo factor se puede ver que las muestras 5B, 7B, 8B y 14B
tienen mejor % Ef. que el resto de muestras. En la tabla tres y cuatro se r=
esume
el cálculo de análisis de varianza a un factor para las muest=
ras
de bioplásticos preparadas de gelatina-glicerol-agua y
almidón-glicerol-agua, para ver si existe alguna combinación =
que
proporciona un porcentaje de elongación final significativamente may=
or
que las demás.
Tabla 3: %Ef. gelatina-glicerol-agua análisi= s de varianza de un solo factor
|
Análisis de varianza de un factor |
%Ef. GELATINA- GLICEROL- AGUA |
|||
|
RESUMEN<= /p> |
|
|||
|
Muestras |
N0repetición muestras |
Suma |
Promedio |
Varianza |
|
1 A |
4 |
400,23 |
100,06 |
3,96E-03 |
|
2A |
4 |
413,83 |
103,46 |
8,79E-01 |
|
3 A |
4 |
417,35 |
104,34 |
1,65E+00 |
|
4 A |
4 |
406,17 |
101,54 |
1,39E-01 |
|
5 A |
4 |
413,06 |
103,27 |
1,10E-01 |
|
6 A |
4 |
416,73 |
104,18 |
1,59E-02 |
|
7 A |
4 |
406,25 |
101,56 |
1,63E-03 |
|
8 A |
4 |
403,93 |
100,98 |
2,34E-02 |
|
9 A |
4 |
405,88 |
101,47 |
6,87E-03 |
|
10 A |
4 |
411,52 |
102,88 |
3,13E-02 |
|
11 A |
4 |
402,91 |
100,73 |
1,06E-02 |
|
12 A |
4 |
421,54 |
105,39 |
4,30E-03 |
|
13 A |
4 |
422,03 |
105,51 |
9,14E-02 |
|
14 A |
4 |
423,5 |
105,88 |
1,67E-04 |
=
Tabla 4: %Ef. almidón-glicerol-agua,
análisis de varianza de un solo factor=
|
|
% Ef. ALMIDON-GLICE= ROL-AGUA |
|||
|
RESUMEN<= /p> |
|
|||
|
Grupos |
N0repetición muestras |
Suma |
Promedio |
Varianza |
|
1B |
4 |
441,37 |
110,34 |
4,56E-01 |
|
2B |
4 |
456,03 |
114,01 |
5,94E-01 |
|
3B |
4 |
453,38 |
113,35 |
1,67E-04 |
|
4B |
4 |
426,74 |
106,69 |
1,67E-04 |
|
5B |
4 |
486,74 |
121,69 |
4,32E-01 |
|
6B |
4 |
441,34 |
110,34 |
4,49E-01 |
|
7B |
4 |
494,88 |
123,72 |
5,02E-01 |
|
8B |
4 |
493,85 |
123,46 |
8,69E-01 |
|
9B |
4 |
454,72 |
113,68 |
4,36E-01 |
|
10B |
4 |
416,44 |
104,11 |
6,87E-03 |
|
11B |
4 |
435,19 |
108,80 |
4,36E-01 |
|
12B |
4 |
408,05 |
102,01 |
5,86E-01 |
|
13B |
4 |
414,05 |
103,51 |
2,12E+00 |
|
14B |
4 |
500,27 |
125,07 |
4,06E+00 |
=
Al
aplicar el t-student para la comparación=
de
medidas entre los bioplásticos de gelatina-glicerol-agua con las de
almidón-glicerol-agua, sugiere que la preparación con
almidón posee un porcentaje de elongación significativamente
mayor que la preparación con gelatina. En la tabla cinco se indican =
las
muestras de almidón y gelatina con mejores porcentajes de
elongación.
Tabla 5: Comparación de %Ef. entre muestras = de almidón y gelatina
|
Nº<= /span> Muestra= |
%Ef. Almidón= |
%Ef. Gelatina |
Nº<= /span> Muestra= |
|
6 |
121.69 |
104.18 |
5 |
|
12 |
123.72 |
105.39 |
7 |
|
13 |
123.46 |
105.51 |
8 |
|
14 |
125.07 |
105.88 |
14 |
En
la figura tres se puede apreciar que existe diferencia significativa entre =
las
composiciones de gelatina y de almidón, presentando variación=
en
sus datos, indicando que las muestras de almidón tienen un mejor
porcentaje de elongación.
![](3D"10TextodelarticuloVol3.4_archivos/image024.gif")
=
Figura
3: Comparación %Ef. e=
ntre
muestras de gelatina y almidón.
Fuente: Elaboración propia
![](3D"10TextodelarticuloVol3.4_archivos/image025.gif")
Al
compararse entre sí las muestras de almidón se puede apreciar=
que
la muestra catorce tiene mejor porcentaje de elongación a diferencia=
de
las otras esto se puede evidenciar en la figura cuatro
= Figura 4: Comparación %Ef. entre biopolímeros de gelatina.
= Fuente: Elaboración propia
|
Gráficamente
podemos apreciar en la figura 5 que los datos presentan variación
entre muestras de almidón, es decir no todas la muestras tienen
porcentaje de elongación final similares o equivalentes ya que el t
calculado es mayor que el t crítico y que a su vez la muestra 14B =
es el
que presenta mejor `porcentaje de elongación a diferencia de las
demás muestras analizadas |
=
=
![](3D"10TextodelarticuloVol3.4_archivos/image026.gif")
Figura
5: Comparación %Ef. ent=
re
biopolímeros de almidón.
= Fuente: Elaboración propia
Módulo
Según
el cálculo del e varianza a un factor para muestras de gelatina=
-glicerol-agua,
la muestra 14A tiene el mejor modulo (7,13E+23) a diferencia de los
demás biopolímeros siendo el responsable del valor positivo e=
n el
t-student. En los biopolímeros de
almidón se encontró que las muestras 12B y 13B tienen los
módulos más grandes 2,20E+18 y 1,67E+16 respectivamente y son
significativamente mejor siendo los responsables del resultado positivo del
test. Se hace la representación gráfica de la tensión
versus elongación, de muestras de gelatina 13A y 14A (mejor porcenta=
je de
elongación y de resistencia) como se indica en la figura seis. La
pendiente representa el módulo, la muestra 13A tiene menor pendiente=
y
posee bajo módulo tensil que la muestra =
14A
tiene una pendiente pronuncias con un alto módulo tensil,
lo que significa que es resistente a la deformación, siendo esta
más resistente que la anterior.
![](3D"10TextodelarticuloVol3.4_archivos/image027.gif")
Figura 6: Curva
tensión estiramiento (módulo) para bioplásticos de
gelatina-glicerol-agua 13A y 14ª
= Fuente: Elaboración propia
![](3D"10TextodelarticuloVol3.4_archivos/image028.gif")
De
igual manera se hace la comparación de los mejores bioplástic=
os
de almidón con mejor porcentaje de elongación y de resistencia
entre las muestras 12B y 13B como se indica en la figura siete. La muestra =
12B
tiene una pendiente pronunciada, con un alto módulo ténsil,
lo cual significa que es resistente a la deformación. La muestra 13B
tiene una pendiente más suave, y posee bajo módulo ténsil en relación a la muestra 12B, pe=
ro
alta en relación con las demás muestras de almidón y p=
uede
ser deformada más fácilmente que la muestra 12B
= Figura 7: Curva tensión estiramiento (módulo) para bioplásticos de almidón-glicerol-agua 12= B y 13B
= Fuente: Elaboración propia
Dureza
Para el cálculo de la dureza que es una medida de energía que una muestra puede absorber antes de romperse, para lo cual trabajamos con el área bajo la curva aplicando una determina fuerza sobre un objeto y = eso es igual a la energía que absorberá la muestra antes de romperse. Nótese que el trabajo es igual al área bajo la curva, entonces va ser igual a un medio de la pendiente por el área = de la probeta al cuadrado. Las muestras 14A y 12B presentan una dureza de 2.50= *1015J y 1.56*1010J respectivamente. Es decir, la muestra 14A absorbe más energía antes de romperse que la muestra 12B.
Todos
estos datos al ser comparados por un estudio realizado por Diana Paola
Navia-Porras y Nathalia Bejarano-Arana en la
Evaluación de propiedades físicas de bioplásticos
obtenidos a partir de almidón de yuca dicen que el comportamiento en=
las
propiedades mecánicas aplicadas a muestras de bioplásticos a =
partir
de almidón de yuca en su análisis de varianza establecen que =
cada
una de las pruebas mecánicas aplicadas varían significativame=
nte
(p<0,05), lo que indica que los bioplásticos obtenidos en este
estudio a base de gelatina y almidón de maíz están den=
tro
de los rangos establecidos ya que el comportamiento mecánico (σF, σT, y ET) d=
e los
materiales de este estudio fue superior a los bioplásticos obtenidos=
por
Navia en 2011. Este comportamiento puede ser atribuido al uso de
proteína como es la gelatina la cual está potenciando su
resistencia ante los esfuerzos mecánicos ejercidos favoreciendo sus
propiedades funcionales.
En
otros estudios, se han reportado valores en propiedades mecánicas
similares a los encontrados en esta investigación, tal es el caso de=
bioplásticos
basados en almidón de yuca con alcohol polivinílico (PVOH) y
aceites esenciales elaborados por termo-compresión; materiales espum=
ados
obtenidos por extrusión de almidón de papa reforzados con fib=
ra
de coco cuyo sT <1 MPa (10), y
bioplásticos.
Por
otra parte, al usar glicerol como plastificante, se confiere a las
películas mayor afinidad por las moléculas de agua debido a su
carácter hidrofílico. Algunos autores (9.10) usaron glicerol y
sorbitol como plastificantes en diferentes proporciones y encontraron que l=
as
propiedades mecánicas se ven afectadas por el tipo y cantidad de
plastificante ya que, al aumentar el porcentaje de glicerol, el esfuerzo a =
la
tensión disminuyó.
Conclusiones.
· =
Las
pruebas mecánicas a las cuales fueron sometidos los bioplásti=
cos
con un equipo simple, barato, y absolutamente instructivo que fue
diseñado para medir características mecánicas que puede
ser utilizado a nivel de laboratorio sin la necesidad de recurrir a equipos
caros, permitió observar que los valores obtenidos para la mues=
tra
14A presentaron diferencias significativas respecto a las demás mues=
tra
analizadas tanto de gelatina como de almidón. Las pruebas
mecánicas para los bioplásticos de almidón indican que=
el
esfuerzo y la elongación combinados con su baja resistencia y su baja
opacidad hacen que sea un material muy poco atractivo para sustituir
algún plástico convencional. Por otro lado, la mayor resisten=
cia
presentada por los filmes de gelatina combinados con su aceptable transpare=
ncia
y textura los constituye como elementos muy atractivos para poder sustituir=
a
un plástico tradicional. La muestra 13A podría reemplazar al
polietileno de baja densidad como material de empaque, la muestra 14A
podrían reemplazar al poliestireno de alto impacto en la
fabricación de artículos como juguetes, utensilios de mesa
desechables, empaques y luego de someterlos a otros procedimientos de
refinamiento del biopolímero se sugiere también utilizar para
medicamentos farmacéuticos específicamente para recubrimiento=
de
tabletas. El resto de formulaciones de gelatina se recomiendan ser utilizad=
as
para la elaboración de fundas plásticas biodegradables
contribuyendo de esta manera a una menor contaminación ambiental.
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![3Deditorial1.png](3D"10TextodelarticuloVol3.4_archivos/image029.jpg")
PARA CITAR EL ARTÍCULO INDEXADO.
Bar= ahona Alvear, N., Tixi Toapanta, H. P., Hugo Calderón, S., & Barahona Alvear, L. (2019). Biopolímeros capaces de reemplazar a los plásticos tradicionales. Ciencia Digi= tal, 3(4), 138-155. https://doi.org/10.33262/cienciadigital.v3i4.954
![3Deditorial1.png](3D"10TextodelarticuloVol3.4_archivos/image030.jpg")
El artículo qu= e se publica es de exclusiva responsabilidad de los autores y no necesariamente reflejan el pensamiento de la Revi= sta Ciencia Digital.
El artículo queda en propiedad de la revista y, por tanto, su publicación parcial y/o total en otro medio tiene que ser autorizado= por el director de la Revista Ciencia Digital.
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