Degradación y estabilidad de los polímeros
IntroducciónLa exposición a la radiación ultravioleta (UV) puede causar una importante degradación de muchos materiales. La radiación UV provoca una degradación fotooxidativa que da lugar a la rotura de las cadenas poliméricas, produce radicales y reduce el peso molecular, provocando el deterioro de las propiedades mecánicas y dando lugar a materiales inservibles, después de un tiempo imprevisible.El poliestireno (PS), uno de los materiales más importantes de la industria plástica moderna, se ha utilizado en todo el mundo, debido a sus excelentes propiedades físicas y su bajo coste. Rabie et al. (2008).Cuando el poliestireno se somete a la irradiación UV en presencia de aire, sufre un rápido amarillamiento y una fragilidad gradual Geuskens y David (1975).El mecanismo de fotólisis del PS en estado sólido (película) depende de la movilidad de los radicales en la matriz polimérica y de su recombinación bimolecular. Los radicales de hidrógeno se difunden muy fácilmente a través de la matriz polimérica y se combinan en pares o abstraen átomos de hidrógeno de la molécula de polímero. El radical fenilo tiene una movilidad limitada. Puede abstraer hidrógeno del entorno cercano o combinarse con un radical del polímero o con radicales de hidrógeno.Casi todos los polímeros sintéticos requieren una estabilización contra los efectos ambientales adversos. Es necesario encontrar un medio para reducir o prevenir el daño inducido por componentes ambientales como el calor, la luz o el oxígeno Rabek y Ranby (1974a
Degradación mecánica
La degradación es el proceso por el cual una sustancia química se descompone en moléculas más pequeñas por medios bióticos (biodegradabilidad) o abióticos (hidrólisis, fotólisis u oxidación). La vida media (DT50) se utiliza como medida de la estabilidad y la persistencia de una sustancia química en el medio ambiente. La vida media (DT50) se define como el tiempo que tarda una cantidad de un compuesto en reducirse a la mitad por degradación. Es un valor muy importante para la evaluación PBT.
Los niveles de aprobación para la biodegradabilidad inmediata son el 70% de eliminación de DOC y el 60% de producción de ThOD o ThCO2 para los métodos respirométricos (OCDE 301). Los valores de aprobación deben alcanzarse en una ventana de 10 días dentro del período de 28 días del ensayo.
Si una sustancia no es fácilmente biodegradable, puede realizarse un ensayo de biodegradabilidad inherente para evaluar si la sustancia química tiene algún potencial de biodegradación en condiciones aeróbicas.
Los ensayos de simulación tienen por objeto evaluar la tasa y el alcance de la biodegradación en un sistema de laboratorio diseñado para representar la fase de tratamiento aeróbico de las depuradoras de aguas residuales o compartimentos ambientales, como las aguas superficiales dulces o marinas.
Fotodegradación 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 conduce 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”.
Revisión del estado actual de la degradación de polímeros: un enfoque microbiano
Para comprender mejor la degradación y la estabilidad de los polímeros, es muy importante conocer sus propiedades físicas y químicas. Además, este proceso puede producirse a través de la fisuración por tensión, la radiación y una reacción mecánica, fotoquímica, química o térmica. ¡Compruébelo!
Aunque no sean deseables, los procesos de degradación de los polímeros son comunes. Sin embargo, ¿sabe cómo se produce? Esto puede ocurrir debido a diferentes tipos de reacciones químicas, como la reticulación, la despolimerización, la fisión de enlaces químicos, la oxidación, entre otras.
El inicio de la degradación del plástico ocurre por la ruptura de un enlace covalente (dos átomos que comparten dos electrones), generando radicales libres, que son responsables por la continuidad de la reacción. Una de las formas más presentes en el inicio de esta acción es la fuente externa, como el calor o la radiación solar.
También pueden contribuir a la degradación los agentes agresivos, que modifican el comportamiento físico, provocando un aumento o pérdida de rigidez, cambios de aspecto, etc. En algunos casos, esto ocurre por la disolución de moléculas al inicio de la polimerización o en la ruptura de enlaces.