Polímeros biodegradables
El uso indiscriminado de plásticos y productos afines, junto con su mala gestión de eliminación, conduce a la presencia generalizada de residuos plásticos en el medio ambiente. La necesidad de plástico se vuelve tan frecuente que ahora se describe como uno de los productos básicos inseparables (Koshti et al., 2018). Varias propiedades como el peso ligero, la resistencia al calor, la alta maleabilidad, la transparencia, la dureza y la resistencia a la tracción hacen que los plásticos sean uno de los polímeros deseables para una variedad de aplicaciones. Esta amplia aplicación del plástico ha provocado un aumento constante de los residuos plásticos en diferentes ecosistemas. El plástico es muy recalcitrante y tarda unos 1.000 años en descomponerse en la naturaleza, por lo que sigue acumulándose en ella (Webb et al., 2013). Este exceso de acumulación de plástico y residuos asociados en el medio ambiente posee diversos riesgos para los seres vivos (Ogunola et al., 2018; Saleem et al., 2018).
Desde el inicio del siglo XXI, la producción de plástico ha aumentado enormemente debido a la alta demanda, y como consecuencia de ello, la generación de residuos plásticos también se ha triplicado en estas dos décadas (Beat Plastic Pollution, 2020). En la actualidad, se producen alrededor de 0,3 billones de residuos de plástico, y el 90% de ellos van a parar al océano (Schmidt et al., 2017). Desde la década de 1950, se han generado alrededor de 8.300 millones de residuos de plástico, y se espera que para 2050 se alcancen los dos dígitos de los miles de millones, si los residuos de plástico se generan al mismo ritmo (Geyer et al., 2017).
Oxidación de polímeros
La degradación de los polímeros es la reducción de las propiedades físicas de un polímero, como la resistencia, causada por cambios en su composición química. Los polímeros, y en particular los plásticos, están sujetos a la degradación en todas las etapas del ciclo de vida del producto, incluyendo su procesamiento inicial, su uso, su eliminación en el medio ambiente y su reciclaje[1] El ritmo de esta degradación varía significativamente; la biodegradación puede tardar décadas, mientras que algunos procesos industriales pueden descomponer completamente un polímero en horas.
Se han desarrollado tecnologías para inhibir o promover la degradación. Por ejemplo, los estabilizadores de polímeros garantizan que los artículos de plástico se produzcan con las propiedades deseadas, prolongan su vida útil y facilitan su reciclaje. A la inversa, los aditivos biodegradables aceleran la degradación de los residuos plásticos mejorando su biodegradabilidad. Algunas formas de reciclaje de plásticos pueden implicar la degradación completa de un polímero de vuelta a monómeros u otros productos químicos.
En general, los efectos del calor, la luz, el aire y el agua son los factores más importantes en la degradación de los polímeros de plástico. Los principales cambios químicos son la oxidación y la escisión de la cadena, lo que lleva a una reducción del peso molecular y del grado de polimerización del polímero. Estos cambios afectan a propiedades físicas como la resistencia, la maleabilidad, el índice de fluidez, el aspecto y el color. Los cambios en las propiedades suelen denominarse “envejecimiento”.
Fotodegradación de polímeros
La biodegradabilidad de los polímeros depende de varios factores. Sin embargo, los aspectos más críticos son la accesibilidad de la estructura a la humedad y la difusión de enzimas y la capacidad de los microbios del entorno para asimilar los monómeros finales. La accesibilidad de la estructura del polímero a las enzimas y al agua depende principalmente de la cristalinidad, la hidrofobicidad y los efectos estéricos de los grupos laterales de la columna vertebral del polímero. En general, los polímeros de síntesis biológica son fácilmente biodegradables en entornos naturales, pero los polímeros sintéticos son menos biodegradables o se degradan muy lentamente. Sin embargo, hay que evitar estas generalizaciones. Para entender la compatibilidad de los biomateriales y el medio ambiente, hay que investigar tanto la etapa de desintegración del proceso de biodegradación como la asimilación y mineralización de estos fragmentos por parte de los microorganismos. La mineralización se produce cuando los oligómeros y monómeros asimilados dentro de las células se convierten en CO2 y H2O (aerobiosis), y en CO2, CH4 y H2O (anaerobiosis). Aunque la desintegración de la estructura polimérica limita la tasa de biodegradación y se detecta con mayor facilidad, las piezas finales pueden acumularse en el medio ambiente si no se mineralizan por completo. Esta acumulación podría contribuir a un problema con los microplásticos que puede ser mucho más difícil de abordar que la eliminación de los residuos macroscópicos de gran tamaño basados en polímeros.
Degradación del plástico
La degradación de los polímeros es la reducción de las propiedades físicas de un polímero, como la resistencia, causada por cambios en su composición química. Los polímeros, y en particular los plásticos, están sujetos a la degradación en todas las etapas del ciclo de vida del producto, incluyendo su procesamiento inicial, su uso, su eliminación en el medio ambiente y su reciclaje[1] El ritmo de esta degradación varía significativamente; la biodegradación puede llevar décadas, mientras que algunos procesos industriales pueden descomponer completamente un polímero en horas.
Se han desarrollado tecnologías para inhibir o promover la degradación. Por ejemplo, los estabilizadores de polímeros garantizan que los artículos de plástico se produzcan con las propiedades deseadas, prolongan su vida útil y facilitan su reciclaje. A la inversa, los aditivos biodegradables aceleran la degradación de los residuos plásticos mejorando su biodegradabilidad. Algunas formas de reciclaje de plásticos pueden implicar la degradación completa de un polímero de vuelta a monómeros u otros productos químicos.
En general, los efectos del calor, la luz, el aire y el agua son los factores más importantes en la degradación de los polímeros de plástico. Los principales cambios químicos son la oxidación y la escisión de la cadena, lo que lleva a una reducción del peso molecular y del grado de polimerización del polímero. Estos cambios afectan a propiedades físicas como la resistencia, la maleabilidad, el índice de fluidez, el aspecto y el color. Los cambios en las propiedades suelen denominarse “envejecimiento”.