Polímeros biodegradables: revisión de las tendencias recientes y perspectivas emergentes
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”.
Polímeros biodegradables para el medio ambiente
Los polímeros biodegradables son una clase especial de polímeros que se descomponen después de su uso previsto mediante un proceso de descomposición bacteriana para dar lugar a subproductos naturales como gases (CO2, N2), agua, biomasa y sales inorgánicas.[1][2] Estos polímeros se encuentran tanto en la naturaleza como en la fabricación sintética, y consisten en gran medida en grupos funcionales éster, amida y éter. Sus propiedades y su mecanismo de descomposición vienen determinados por su estructura exacta. Estos polímeros suelen sintetizarse mediante reacciones de condensación, polimerización de apertura de anillos y catalizadores metálicos. Existen numerosos ejemplos y aplicaciones de polímeros biodegradables.
En las últimas décadas se han introducido materiales de envasado de origen biológico como alternativa ecológica, entre los cuales los films comestibles han ganado más atención debido a sus características ecológicas, su gran variedad y disponibilidad, su no toxicidad y su bajo coste[3].
Los polímeros biodegradables tienen una larga historia y, dado que muchos son productos naturales, no se puede trazar con exactitud la cronología de su descubrimiento y uso. Uno de los primeros usos medicinales de un polímero biodegradable fue la sutura de catgut, que se remonta al menos al año 100 d.C.[4] Las primeras suturas de catgut se hacían con los intestinos de las ovejas, pero las suturas modernas de catgut se hacen con colágeno purificado extraído del intestino delgado del ganado vacuno, ovino o caprino[5].
Clasificación de los polímeros biodegradables
Zee, Maarten van der. “1. Métodos para evaluar la biodegradabilidad de los polímeros ambientalmente degradables”. Handbook of Biodegradable Polymers, editado por Catia Bastioli, Berlín, Boston: De Gruyter, 2020, pp. 1-22. https://doi.org/10.1515/9781501511967-001
Zee, M. (2020). 1. Métodos para evaluar la biodegradabilidad de los polímeros ambientalmente degradables. En C. Bastioli (Ed.), Handbook of Biodegradable Polymers (pp. 1-22). Berlín, Boston: De Gruyter. https://doi.org/10.1515/9781501511967-001
Zee, M. 2020. 1. Métodos para evaluar la biodegradabilidad de los polímeros ambientalmente degradables. En: Bastioli, C. ed. Handbook of Biodegradable Polymers. Berlín, Boston: De Gruyter, pp. 1-22. https://doi.org/10.1515/9781501511967-001
Zee, Maarten van der. “1. Methods for evaluating the biodegradability of environmentally degradable polymers” En Handbook of Biodegradable Polymers editado por Catia Bastioli, 1-22. Berlín, Boston: De Gruyter, 2020. https://doi.org/10.1515/9781501511967-001
Zee M. 1. Métodos para evaluar la biodegradabilidad de los polímeros ambientalmente degradables. En: Bastioli C (ed.) Handbook of Biodegradable Polymers. Berlín, Boston: De Gruyter; 2020. p.1-22. https://doi.org/10.1515/9781501511967-001
Plástico biodegradable
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.