17428147-PLAN-DE-TESIS-OBTENCION-DE-BIOPLASTICOS-A-PARTIR-DE-FECULA-DE-PAPA

Tesis en Ingeniería Química-UNMSM

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA, INGENIERÍA QUÍMICA Y AGROINDUSTRIAL ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA NOMBRE DEL PLAN DE TESIS: OBTENCIÓN DE BIOPLÁSTICOS A PARTIR DE FÉCULA DE PAPA (DE TERCERA CATEGORÍA) ALUMNA: MARIA LOLA MATÍAS CÓRDOVA CODIGO: 05070198 PROFESOR DEL CURSO: ING. JOSE MANUEL GARCIA PANTIGOZO

JULIO DEL 2009 Obtención de Bioplásticos a partir de fécula de papa

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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM TITULO: OBTENCIÓN DE BIOPLÁSTICOS A PARTIR DE PAPA RESUMEN INTRODUCCIÓN CAPITULO I: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1. Formulación del problema. 1.2. Justificación. Precisar por qué es conveniente estudiar este problema, y para quién o quiénes es conveniente este estudio, el quién o quiénes son generalmente empresas públicas y privadas o sectores de la población. 1.3. Objetivos de la investigación. 1.3.1 Objetivo general 1.3.2 Objetivos específicos 1.4. Formulación de la hipótesis 1.5. Identificación y clasificación de las variables. CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL 2.1. Antecedentes del problema. Estudios anteriores sobre el tema en los últimos años. 2.2. Bases teóricas. Teorías o enfoques teóricos directamente relacionados con el problema – tema. 2.3. Definición de términos. (Deben ser términos estrictamente necesarios). CAPÍTULO III: METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5.

Tipo de investigación Diseño de la Investigación Técnica de recolección de datos. Procesamiento de los datos. Técnicas de Análisis de datos.

CAPITULO IV: PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACION 4.1. 4.2. 4.3. 4.4.

Plan de acciones Recursos Necesarios Presupuesto: Costo del Proyecto Cronograma de actividades.

CAPITULO V: CONCLUSIONES CAPITULO VI. RECOMENDACIONES CAPITULO VII: REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Obtención de Bioplásticos a partir de fécula de papa

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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM RESUMEN En el presente informe se revisará la producción de bioplásticos a base de fécula de papa, en el cual se transforma el almidón de la papa en ácido poliláctico, que luego de ser sometido a procesos que lo hagan más resistente, se usa para la fabricación de diversos tipos de objetos desde celulares hasta automóviles. El ácido poli-láctico es un polímero biodegradable derivado del ácido láctico. Es un material altamente versátil, que se hace a partir de recursos renovables al 100%, como son la maíz, la remolacha, el trigo y otros productos ricos en almidón. Este ácido tiene muchas características equivalentes e incluso mejores que muchos plásticos derivados del petróleo, lo que hace que sea eficaz para una gran variedad de usos. A la hora de trabajar con este material y desarrollar nuevos productos se debe tener en cuenta que tiene las características de un plástico normal, puede pasar por procesos de moldeo, extrusión, soplado, además de tener la resistencia, rigidez y demás cualidades presentes en los plásticos pero, de origen natural. Sin embargo su utilización es enfocada a productos de vida útil corta por su baja resistencia a la acción de los microorganismos en aplicaciones a la intemperie y en productos de larga vida útil. Cabe resaltar también que lo que se aprovecha generalmente son los residuos de estos recursos que se encuentran fácilmente en la naturaleza y que se renuevan. Esto hace que las ventajas sean mayores puesto que no solo se reducen impactos ambientales sino que se termina con todo el ciclo de vida tanto de las materias primas como de los productos, aprovechando así hasta los residuos orgánicos.


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INTRODUCCION En un mundo que se está volviendo muy sensible a la necesidad de proteger nuestro medio ambiente, la habilidad de crear productos de recursos sostenibles y que sirvan totalmente de abono al término de su vida útil, es una proposición emocionante y atractiva. El plástico tradicional está compuesto por un polímero denominado polietileno,

sintetizado

a

partir

del

petróleo

por

la

industria

petroquímica. La carestía de este combustible fósil, su carácter contaminante y el hecho de que es una fuente que, tarde o temprano, acabará por agotarse, ha llevado a algunas partes de la industria a buscar alternativas. El ácido poliláctico (PLA), sintetizado a partir de almidón de papa, es una de las prometedoras. Se denomina bioplásticos a un tipo de plásticos derivados de productos vegetales, tales como el aceite de soja, maíz o en nuestro caso almidón de papa, a diferencia de los plásticos convencionales, derivados del petróleo. En estos últimos años se han desarrollado operaciones a gran escala para la producción económica de polímeros PLA, usado para aplicaciones de empaque y fibras. El objetivo de este informe será revisar la química del PLA y discutir el procesamiento comercial que confirma su posición como un material viable para muchas aplicaciones tanto en fibras como en la industria plástica. Reconociendo que este es un nuevo polímero con sus propias características

y

requerimientos

de

proceso,

los

beneficios

ambientales del PLA serán discutidos y comparados con los actuales polímeros a base de petróleo. Obtención de Bioplásticos a partir de fécula de papa

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CAPITULO I: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. •

Desde el punto de vista económico

El petróleo es de importancia considerable debido a que se le utiliza para la obtención de diversos productos como: lubricantes, esencias, gasóleo, kerosene, diesel, y estos a su vez sirven para obtener plásticos, fibras, surfactantes, etc. Como derivado del petróleo se tiene al polietileno, el cual es una materia prima para la industria del plástico en general El Perú importa petróleo de países como Ecuador, Colombia y el año pasado decidió comprarle a Irán. De lo mencionado anteriormente se puede ver que en el Perú existe una dependencia muy notoria en el consumo de petróleo, el valor de las importaciones de este recurso se ha ido incrementando de tal manera que las altas o bajas en la producción extranjera influyen de manera considerable en el consumidor del día a día, y a su vez afecta el procesamiento de derivados de petróleo como el plástico, generando problemas económicos nacionales. •

Desde el punto de vista medio-ambiental

Los residuos plásticos se acumulan en grandes cantidades y su degradación es lenta. En un estudio reciente publicado en la revista “Science” se observó que hay partículas de plástico presentes en los mares de todo el Obtención de Bioplásticos a partir de fécula de papa

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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM mundo. El reciclado de los plásticos aliviaría un poco la situación, pero sólo en parte. Por este motivo, el reemplazo de los plásticos no degradables por biopolímeros totalmente degradables obtenidos a partir de fuentes de carbono renovables sería una solución mucho más completa para los diferentes aspectos de este problema.

1.2. JUSTIFICACIÓN. El estudio de este problema es de suma importancia

ya que

contribuye en primer lugar al desarrollo de la ciencia y en segundo lugar a la creación de procesos sostenibles con los cuales el grado de contaminación en la producción disminuiría considerablemente. Este estudio es conveniente tanto para el sector privado como público. Para el sector privado, porque podría generar nuevos productos a base de materia prima peruana y contribuir al desarrollo sostenible de procesos. También contribuiría a la optimización de procesos que a veces el estado debido a la carencia de recursos económicos no puede hacer. Para el sector público, porque se está desarrollando un proceso en el cual se utiliza materia prima nacional (papa de tercera categoría) con lo cual se hace mínima nuestra dependencia de petróleo de la producción extranjera. El estado estaría contribuyendo como agente activo en la generación de procesos sostenibles, estando a la par de países europeos como Alemania, Francia, Suiza, que evitan todo de tipo de contaminación en el procesamiento de recursos.


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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM 1.3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN. 1.3.1 Objetivo general  Desarrollar un proceso para la obtención de bioplásticos a partir de papa de tercera categoría.  Demostrar que los bioplásticos son biodegradables y no necesitan de ningún agente para lograr este fin.  Analizar

el

impacto

ambiental

en

la

producción

de

bioplásticos.

1.3.2 Objetivos específicos  Analizar los equipos utilizados en el diseño de los procesos de producción.  Comparar y analizar costos y utilidades en la puesta de la planta de producción de bioplásticos.  Construir y hacer el diseño de la planta de producción usando software de ingeniería. 1.4. FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS Basado en las investigaciones realizadas acerca de la obtención de bioplásticos a partir de fuentes no fósiles como el petróleo necesidad

de

generar

procesos

que

reduzcan,

tanto

y la

nuestra

dependencia económica de otros países, así como la generación de residuos que contribuyan con la contaminación ambiental, se propone el diseño de una planta para la obtención de bioplástico a partir de fécula de papa a fin de obtener un producto que sea 100% biodegradable y que reduzca nuestra dependencia de un combustible dañino al medio ambiente como es el petróleo. Obtención de Bioplásticos a partir de fécula de papa

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1.5. IDENTIFICACIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LAS VARIABLES. Nuestras variables serán:  Costo de producción  Grado de contaminación ambiental  Generación de residuos.

CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL 2.1. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA. Los estudios acerca de la producción de bioplásticos a partir de papa son escasos debido al reciente desarrollo y al recelo que muestran las compañías en exponer al público su modo de producción. Sin embargo, a continuación expongo algunos estudios del tema. ESTUDIO DEL GRUPO SPHERE El grupo Sphere (firma pionera en estos asuntos y en la fabricación de derivados del plástico) con motivo del III Seminario Internacional sobre Plásticos Biodegradables, presentó una alternativa en la elaboración de bolsas de bioplástico que utiliza almidón de papa (patata) como materia prima fundamental. Estas bolsas de bioplástico de papa se comienzan a degradar a los 180 días y se pueden utilizar en la fabricación de compost, todo esto sin perder cualidades en comparación con el plástico corriente. También se debe resaltar que de una papa se pueden obtener hasta Obtención de Bioplásticos a partir de fécula de papa

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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM diez bolsas bioplásticas con las mismas características que las bolsas de plástico. Las materias principales que conforman este nuevo bioplástico son además de fécula de papa, el azúcar y/o copoliester. Estos

productos

no

son

sólo

biodegradables,

sino

también

compostables, lo cual significa que se descomponen biológicamente por la acción de microorganismos y acaban volviendo a la tierra en forma de productos simples que pueden ser reutilizados por los seres vivos, es decir que reingresan al ciclo de la materia. Los bioplásticos son polímeros termoplásticos fabricados a partir de recursos renovables

tal como la

patata, 100

% naturales

y

renovables, en lugar del petróleo. Estos gránulos bioplásticos pueden ser

transformados

termoplásticas.

en

Las

las

maquinas

utilizando

resinas

BIOPLAST

tienen

los

las

resinas

materiales

biopoliméricos que se utilizan de la misma manera que los plásticos sintéticos tradicionales. No solamente los productos fabricados a partir de BIOPLAST están perfectamente adaptados a numerosos usos industriales, a su vez garantizan igualmente un trato fácil y ecológico después de su uso. • Bioplast: un material biodegradable • Bioplast: un material renovable • Bioplast: un material compostable • Bioplast: un material reciclable e incinerable • Bioplast: no tiene CO2 adicional Plásticos a partir de polímeros naturales de plantas El almidón es un polímero natural. Se trata de un tipo de hidrato de carbono constituido por moléculas grandes que la planta sintetiza durante la fotosíntesis y le sirve como reserva de energía. Cereales, como el maíz y tubérculos, como la papa, contienen gran cantidad de almidón. El almidón puede ser procesado y convertido en plástico, pero como es soluble en agua se ablanda y deforma cuando entra en contacto Obtención de Bioplásticos a partir de fécula de papa

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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM con la humedad, limitando su uso para algunas aplicaciones. Esto puede ser solucionado modificando químicamente el almidón que se extrae del maíz, trigo o papa. En presencia de microorganismos el almidón es transformado en una molécula más pequeña (un monómero), el ácido láctico. Luego, el ácido láctico es tratado químicamente de manera de formar cadenas o polímeros, los que se unen entre sí para formar un polímero llamado PLA (ácido poliláctico). El PLA puede ser usado para fabricar macetas que se plantan directamente en la tierra y se degradan con el tiempo, y pañales descartables. Se encuentra disponible en el mercado desde 1990 y algunas preparaciones han demostrado ser muy buenas en medicina, en particular, en implantes, suturas y cápsulas de remedios, debido a la capacidad del PLA de disolverse al cabo de un tiempo.

ESTUDIO DEL CUARTO CONGRESO INTERNACIONAL DEL PLASTICO BIODEGRADACION DE POLIMEROS Es un proceso a través del cual

se

obtiene

desintegración en

pequeños

del

la

polímero

fragmentos

debido a la ruptura de enlaces en

su

macromolecular,

cadena tal

que

puedan ser asimilados como biomasa por microorganismos


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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM (bacterias, hongos, levaduras, gusanos o insectos) presentes en el medio ambiente.

USO DE PLÁSTICOS BIODEGRADABLES: �

Son

polímeros

biodegradativos,

cuya

estructura

usualmente

química

obtenidos

a

permite

partir

de

procesos derivados

naturales renovables en vez de los usuales derivados petroquímicos, químicos o gas natural. � De acuerdo a la norma europea EN13432, los polímeros que poseen biodegrabilidad bajo condiciones específicas son bioplásticos. � Un Biopolímero es un polímero presente en organismos vivos o sintetizados por éstos, o un polímero sintetizado a partir de recursos naturales renovables. • La síntesis a partir de recursos naturales renovables NO garantiza biodegradabilidad. Ejemplos: � Desarrollo de Braskem (Brasil) para producir Polietileno “Verde” de Alta Densidad a partir de etanol extraído de la caña de azúcar. � Poliamida 11 de Arkema. Obtención de Bioplásticos a partir de fécula de papa

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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM � Un bioplástico puede ser un polímero sintético o natural: • Sintéticos: Policaprolactona (PCL), Polidioxanona (PPDX) • Naturales: Almidón, fécula, celulosa,

Poli(Hidroxi Butirato) (PHB),

Polilactida (PLA) Obstáculos a Superar �

La

aceptación

de

polímeros

biodegradables

probablemente

depende de cuatro incógnitas: • La respuesta de los consumidores a los costos que hoy día son de 2 a 4 veces más altos que para los polímeros convencionales. • Garantizar la biodegradabilidad total. • Incremento de leyes y normativas que obliguen a un uso mayor de bioplásticos,

particularmente,

en

la

industria

del

empaque

y

embalaje. � Ya existen países que han implementado este tipo de leyes. • El desarrollo de una infraestructura para recoger, aceptar y procesar polímeros biodegradables como una opción disponible para la eliminación de residuos. � Sobre el último punto, existe preocupación sobre las limitaciones que impone la presencia de bioplásticos en los residuos urbanos cuando se consideraran acciones de reciclaje de desechos plásticos. • Al no separar los bioplásticos de los plásticos convencionales, si ambos son reprocesados como una mezcla, se estima que surjan mayores problemas en las propiedades del producto final debido al grado de biodegradación alcanzado por el bioplástico.

Por otro lado, grandes compañías están dando los primeros pasos en la industrialización de PLA y producción de elementos

de uso

cotidiano. Obtención de Bioplásticos a partir de fécula de papa

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CASO TOYOTA La corporación de automóviles Toyota está planeando construir una planta piloto para producir ácido poliláctico, un bioplástico hecho a partir de recursos renovables tales como la caña de azúcar. Se prevé que la nueva planta piloto que será construida en una instalación ya terminada en Japón, produzca 1000 toneladas de bioplástico por año. Por mucho tiempo, TOYOTA se involucró activamente en varios campos de investigación y desarrollo encaminados a la promoción de la llamada regeneración global y la creación de la sociedad del reciclaje. Sus esfuerzos han incluido el inicio de varias prácticas para la reducción del impacto ambiental en cada etapa de la vida de un vehículo desde su desarrollo y fabricación hasta su uso y desuso. Como parte de este esfuerzo, Toyota ha promovido la investigación y desarrollo de la tecnología de manufactura de bioplásticos y ha comenzado ya a usar los eco

plásticos

-

bioplásticos

de

uso

en

vehículos

con

mejor

desempeño, durabilidad, resistencia el calor. Esto mediante el rediseño total del vehículo de pasajeros Raum que se lanzó en mayo. Luego de confirmar la viabilidad de la tecnología de manufactura de bioplásticos,

ahora

Toyota

planea

investigar

la

factibilidad

y

rentabilidad de uso de estos bioplásticos en la producción en masa a través de la puesta en marcha de esta planta piloto. Usando la caña de azúcar como materia prima, Toyota busca dominar todo el proceso desde la fermentación y purificación del ácido láctico hasta la polimerización del ácido poliláctico. Puesto que la materia prima de los bioplásticos absorbe el dióxido de carbono del aire durante su crecimiento, los bioplásticos significarían una contribución para prevenir el calentamiento global a diferencia de los plásticos hechos a base de petróleo. Es más, los bioplásticos pueden

adquirir

cualidades

biodegradables

que


permitirían

su

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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM fragmentación

con

agua,

dióxido

de

carbono

y

el

uso

de

microorganismos del suelo, lo que ayudaría a resolver el problema del manejo de desechos. De esta forma, lo bioplásticos se convierten en una

importante

contribución

para

la disminución

del impacto

ambiental. Toyota está comprometido con el medio ambiente, lo demuestra con sus planes de crear un coche a base de un bioplástico desarrollado con algas marinas. Este bioplástico produciría 60% menos dióxido de carbono y ahorraría un 30% de energía. Según estiman, tendrían su primer modelo dentro de 15 años.

CASO SAMSUNG Samsung ha anunciado la llegada del E200, un celular de la nueva línea llama ECO district en la cual se usa material bioplástico. De acuerdo al análisis de la línea, usando 1 tonelada de bioplástico en vez de el plástico tradicional se reducen 2.16 TON de CO2 emitidos durante su proceso de producción. Obtención de Bioplásticos a partir de fécula de papa

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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM El bioplástico además se degrada a un velocidad mayor y puede ser reciclado sin causar problemas.

CASO HEWLETT PACKARD Hewlett-Packard

ha

mostrado

un

ordenador hecho de bioplástico a base de maíz. La computadora fue parte de un gran

trabajo

ahorrar

cuya

energía

y

característica reducir

el

era

impacto

ambiental. El tiempo de vida de este ordenador es de 5 años.


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2.2. Bases teóricas. PRODUCCION DE BIOPLASTICOS A BASE DE PAPA

1. EXTRACCION DE LA FECULA DE PAPA Entre todos los vegetales, la fécula de papa ofrece

numerosas ventajas

para la fabricación de bioplásticos. •

Su rendimiento por hectárea en fécula.

•

Sus propiedades olfativas neutras.

•

Una nueva generación de bioplásticos sin plastificante.

La fécula de papa contiene la amilasa, azúcar base del mundo vegetal. La amilasa está presente en más de 50 plantas como la papa, el maíz, el trigo, el arroz. Obtención de Bioplásticos a partir de fécula de papa

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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM Los recursos vegetales y renovables permiten fabricar prácticamente todos los productos procedentes del petróleo. Tienen el mismo origen, el carbono. Pero el vegetal tiene una vida mejor: es renovable y neutro frente al efecto invernadero. Además los productos provenientes de recursos vegetales y renovables, no son tóxicos, no contaminan.


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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM 2. PROCESO PARA LA PRODUCCIÓN DE ACIDO POLILACTICO A BASE DE FÉCULA DE PAPA

El polímero de PLA se forma por: a. Condensación directa de ácido láctico b. Vía cíclica con un intermediario dímero a. Poli condensación de ácido láctico Este

proceso

remoción

de

envuelve agua

la por

condensación y el uso de un solvente

en

alto

vacío

y

temperatura (este acercamiento fue usado por Carothers quien descubrió el PLA en el año 1932).


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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM Con esta ruta, sólo polímeros de bajo peso molecular pueden ser producidos, debido principalmente a las dificultades en la remoción de agua e impurezas. Otras desventajas de esta ruta es que utiliza un reactor de gran tamaño, necesita de evaporación y recuperación del solvente. b. Polimerización por anillo abierto Este método es mucho mejor para producir un polímero de alto peso molecular y ha sido actualmente adaptado comercialmente a las necesidades debido a la fermentación del almidón que ha reducido significativamente los costos en la producción de ácido láctico. La fermentación del azúcar produce ácido láctico quiral, las moléculas quiral existen como estereoisómeros, el ácido láctico puede existir como L o D estereoisómero. El ácido láctico sintetizado químicamente da una mixtura (50%D y 50%

L), sin

embargo, la fermentación es muy específica,

permitiendo la producción de esencialmente un estereoisómero. La fermentación derivada de ácido láctico consiste de 99.5% de el isómero L y 0.5% del isómero D.

El proceso está basado en remover agua sin solvente para producir un dímero intermediario, el cual ya ha sido purificado por


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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM destilación al vacío. La polimerización en anillo del dímero es lograda mediante calor, nuevamente sin la necesidad de solvente. Controlando la pureza del dímero, es posible producir un rango variado de moléculas pesadas y variando la cantidad y secuencia de las unidades D en el polímero, las propiedades del producto pueden

ser

cambiadas.

Estos

cambios

impactan

en

el

comportamiento frente a la capacidad de derretirse, propiedades térmicas y ductibilidad. Basado en este método, se ha desarrollado una patente, un proceso continuo a bajo costo para la producción de polímeros ácido base. Este proceso empieza con la condensación continua del ácido láctico acuoso para producir un PLA de bajo peso molecular (prepolímero)


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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM Luego,

el

pre-polímero

es

convertido

en

una

mixture

de

estereoisómeros usando catálisis para aumentar la velocidad y selectividad de la reacción cíclica intramolecular. La mixtura del láctido

fundido

es

luego

purificada

por

destilación

al

vacío.

Finalmente, el polímero de PLA es producido usando un catalizador de estaño.

Luego

que

la

polimerización

se

completa,

cualquier

monómero remanente es removido mediante vacio y recirculado al inicio del proceso.

La fécula, el azúcar y/o el copoliester son mezclados y calentados con el fin de formar una pasta homogénea. Se colocan en un tornillo sin fin hacia un tamiz que forma unos hilos. Los hilos de bioplástico pasan a un baño por un baño que los enfría, luego son cortados para formar los gránulos. Los gránulos de bioplástico luego serán transformados por la industria del

plástico para

fabricar una larga

variedad de

productos

cotidianos.


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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM PROPIEDADES DE LA FIBRA DE PLA La fibra de PLA tiene un número de características que son similares a muchos

otras

fibras

termoplásticas.

La

única

propiedad

en

comparación es que es la única fibra de recursos naturales anualmente renovables. La propiedades físicas y estructura han sido han sido estudiadas por muchos investigadores y estos trabajos confirman que es un polímero con gran potencial comercial como una fibra textil. Sus propiedades mecánicas son consideradas muy similares al convencional PET y es probablemente

debido

a

su

bajo

punto

de

fundición,

las

comparaciones con respecto al propileno son también apropiadas. Apariencia.- las fibras son generalmente circulares y tienen una superficie suave. Densidad.- la gravedad específica es 1.25 g/cm3 , más baja que las fibras naturales y el PET. Indice de Refracción.- el índice de refracción es 1.35-1.45, es menor que el PET. Propiedades Térmicas.- el PLA es un polímero rígido a temperatura ambiente. La temperatura de fundición (en L o D estereoisómeros) es entre 160°C y 170 °C. Se tienen 4 tipos de ácidos polilácticos disponibles, cada uno de ellos con características especiales. - 4041D; gran estabilidad hasta los 265ºF (130ºC) - 4031D: también se utiliza a gran temperatura hasta 130ºC - 1100D: se utiliza para hacer tazones, las cajas de las patatas fritas, empaquetado de congelado vegetal. - 2000D: se utiliza en envases transparentes de alimentos, para fabricar tazas, envases de leche.


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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM Dentro de la industria textil, son conocidas las aplicaciones del PLA para la creación de telas empleadas en la tapicería, la elaboración de trapos y la confección de toldos y cubiertas resistentes a la luz U.V. El PLA se ha convertido en un material muy importante en la industria médica, donde lleva funcionando más de 25 años. Por sus características el PLA se ha convertido en un candidato ideal para implantes en los huesos o en los tejidos (cirugía ortopédica, facial, de pecho, abdomen). Características • El PLA es un polímero permanente e inodoro. • Es claro y brillante como el poliestireno (se utiliza para fabricar baterías y juguetes). Resistente a la humedad y a la grasa. Tiene características de barrera del sabor y del olor similares al plástico de polietileno tereftalato, usado para las bebidas no alcohólicas y para otros productos no alimenticios. • La fuerza extensible y el modulo de elasticidad del PLA es también comparable al polietileno. Pero es más hidrofílico que el polietileno, tiene una densidad más baja. Es estable a la luz U.V., dando como resultado telas que no se decoloran. Su inflamabilidad es demasiado baja. • El PLA se puede formular para ser rígido o flexible y puede ser copolimerizado con otros materiales. El PLA se puede hacer con diversas características mecánicas dependiendo del proceso de fabricación seguido. Características biodegradables de la fibra


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Caracterís tica

PLA DEL CD P Densidad 1.2 (g/cm3) 5 Punto de 120 fusión (°C) 170 Cuenta 1.7 (dtex) (e.g .) Tenacidad 50 (cN/tex) Alargamie 35 nto (%) Recobro 0.4 de la humedad 0.6 (%)

PLA de Kurar ay 1.27

Rayón

Lyoce ll

Polies ter

1.51

1.52

1.38

170

Ningu no

Ningu no

260

1.7

1.7

1.7

1.7

25-45

20-25

40-45

35-65

N/A

18-22

14-16

15-40

0.48

13

12

0.4

En la información que se muestra en la tabla se puede apreciar como el PLA parece una fibra excelente con las credenciales técnicas para sustituir al polipropileno. ¿ES EL PLA TAN BUENO COMO PARECE?


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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM El PLA parece ser un producto increíble, es biodegradable, y de él se hacen recursos renovables, algunos piensan que el PLA es demasiado bueno para ser verdad. Una crítica importante del polímero ocurre durante su fase de descomposición biológica. El PLA emite CO2 y CH4 durante este proceso. Son dos de los gases invernaderos que se quieren reducir sus emisiones por los comités internacionales. Otra crítica es que aún se necesita de los combustibles fósiles para producir el PLA, aunque estos fósiles no se usan en el polímero directamente, son necesarios en el proceso de cosecha de las plantas y la producción química. En respuestas a estas preocupaciones, los partidarios del PLA reconocen

que los combustibles fósiles se están utilizando para

producir el plástico, pero indican que este proceso requiere de entre un 20 0 50% menos de recursos fósiles que si lo obtenemos directamente del petróleo. Para la producción de plásticos convencionales, el petróleo es el recurso primario, mientras que el carbón y el gas natural se utilizan en la fabricación de plásticos biodegradables. Se esta investigando como utilizar energía renovable o aprovechar la energía que se utiliza para fabricar los plásticos biodegradables (cogeneración y biomasa), también se buscan otras materias primas para el PLA. Además esta tecnología de obtener ácido láctico, y por lo tanto PLA, a partir de trigo, remolacha, data de hace poco tiempo, mientras que la obtención de plásticos a partir del petróleo lleva 100 años, con lo cual la mejora puede ser muy grande. También se intenta reducir el consumo de energía en el proceso de fabricación de los plásticos biodegradables en un 50%. En respuesta a la discusión de la emisión de los gases invernaderos, los partidarios del PLA afirman que el CO2 ( dióxido de carbono)


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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM enviado a la atmósfera es consumido por las plantas nuevas y por consiguiente no supone un aumento neto del mismo en la atmósfera. El gravamen del ciclo vital es una técnica que podría ayudar a determinar las ventajas y desventajas del PLA. Según la sociedad de toxicología del medio ambiente y la química (SETAC), el gravamen del ciclo

vital

es

“un

proceso

objetivo

para

evaluar

las

cargas

ambientales asociadas a un producto, proceso o actividad que identifica y cuantifica los materiales usados y la basura lanzada al ambiente y para poder evaluar posibles mejoras ambientales”. El gravamen del ciclo vital consta de 3 etapas: 1)

Análisis de inventario: se anotan todos los datos de aspectos ambientales de emisiones

al

los recursos que se consumen, ver las

aire,

agua,

tierra

durante

el

proceso

de

fabricación, de uso y de disposición y se analiza este gravamen de inventario. 2)

Gravamen del impacto: se miran todos estos intercambios entre el producto y el ambiente y se comprueba su contribución a estos aspectos ambientales importantes (calentamiento global, niebla de humo, agotamiento del combustible fósil).

3)

Interpretación de resultados y recomendaciones.

BIODEGRABILIDIDAD DE BIOPLÁSTICOS

PRODUCTOS A BASE DE PLA Obtención de Bioplásticos a partir de fécula de papa

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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM EL MERCADO DE LOS BIOPLÁSTICOS En las previsiones que se hacen a nivel mundial para 2010, se espera que el crecimiento de la capacidad global instalada para la producción de materiales biodegradables sea de 75% con respecto al presente. Aunque en la actualidad los valores absolutos no alcanzan ni el 1% de la demanda total de resinas plásticas en el mundo, el crecimiento de las resinas biodegradables es muy alto. Existe

una

combinación

de

factores

que

está

impulsando

el

crecimiento y aceptación de las resinas biodegradables, estos son: • El precio ascendente y alto de las resinas derivadas del petróleo. • La concienciación de los consumidores sobre la necesidad de proteger el medio ambiente, adquiriendo productos “más ecológicos”. • La madurez tecnológica ya alcanzada en la generación básica de productos con estas resinas • Las leyes gubernamentales que se están gestando en varios países, especialmente de Europa, fomentando el uso de estos productos biodegradables. • La exclusión de sistemas de gestión de residuos tales como los vertederos y la mala imagen de la valorización energética como solución final. Las salidas principales de los bioplásticos


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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM Embalajes alimentarios o no: todo tipo de bolsas, films ligeros, vasitos, bandejas Embalajes industriales: films y partículas de calados Productos para agricultura: films de pajas y cintas Productos de higiene y varios: bastoncillos, platos desechables, pañales Algunos polímeros de origen vegetal se utilizan también en la industria automóvil (para piezas técnicas). Las características de este mercado Un mercado en fuerte crecimiento en comparación con el del plástico tradicional (evolución de la tasa de introducción: 0,03% en 2002, 0.32% en 2005) Un decalage de 2 años existe entre las capacidades de producción y de consumo Los procesos de transformación no necesitan cambios tecnológicos sino más bien arreglos técnicos.

Técnicamente los bioplásticos pueden y reemplazar ya a los plásticos de origen petroquímico para las aplicaciones “films” siguientes: Obtención de Bioplásticos a partir de fécula de papa

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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM • Bolsas para consumo 130,000 toneladas • Bolsas basura 125,000 toneladas • Bolsas gran contenido 20,000 toneladas • Pequeña y mediana bolsita 70,000 toneladas • Film de envolver 15,000 toneladas • Film agrícola 8,000 toneladas


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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM 2.3. Definición de términos Plástico – Materia capaz de deformarse bajo la acción de una fuerza exterior y de volver a su estado anterior. Biopolímeros

–

Polímetros presentes en organismos vivos o

sintetizados por estos. Incluyen polímetros derivados de recursos renovables que se pueden polimerizar para fabricar bioplásticos. Bioplásticos – Plásticos fabricados a partir de biopolímeros. Son biodegradables conforme a la norma NF EN 13432. La norma NF EN 13432 – Describe las exigencias esenciales relativas a envoltorios biodegradables y de compostaje. Permite determinar la biodegradación y la desintegración del envoltorio, en un tiempo marcado y así controlar la concentración de metales pesados y la ausencia de eco-toxicidad. El umbral de biodegradabilidad impuesto de 90% debe alcanzarse en un plazo máximo de 6 meses. Biodegradación – Es la digestión por micro-organismos, después de la descomposición y bajo los efectos de la humedad, del oxigeno y de la temperatura. El resultado es la formación de agua, de carbono y de biomasa. Compostabilidad – Análisis de la cantidad de abono después de la biodegradación

(degradación

química)

y

de

la

desintegración

(degradación física). Para que un envase plástico obtenga la etiqueta de “compostable”, debe cumplir los siguientes requisitos: • Biodegradabilidad: 90% antes de seis meses • Desintegrabilidad: la fragmentación y la pérdida de visibilidad del residuo en el compost final (ausencia de contaminación visual). Esto se mide con el ensayo de compostaje (EN 14045), en el que el material tienen que estar desintegrado antes de 3 meses, con un tamaño inferior a 2 milímetros y que alcance al 90% de la masa inicial. Obtención de Bioplásticos a partir de fécula de papa

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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM • Ausencia de efectos negativos en el propio proceso de compostaje. • Bajos niveles de metales pesados (por debajo de los valores máximos predefinidos), y la ausencia de efectos negativos sobre la calidad del compost (por ejemplo, la reducción de valor agronómico y la presencia de efectos ecotóxicos en el crecimiento de las plantas). Para ello tiene que realizarse un test de crecimiento de las plantas (test OCDE 208, modificado) llevándose a cabo sobre las muestras del compost obtenido en la biodegradación y un compost normal, no teniendo que existir diferencias de resultados bajo las mismas condiciones. • Otros parámetros físico-químicos que no deben ser diferentes de los del control del compost después de la degradación: pH, salinidad, sólidos volátiles, N, P, Mg, Compost – Materia prima usada como estiércol natural para la producción agrícola.


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CAPÍTULO III: METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 3.1. Tipo de investigación El tipo de investigación empleada en este trabajo es el

método

hipotético deductivo. Ya que este trabajo se basa en otros estudios del extranjero para poder producir un material plástico utilizando materia prima peruana que será totalmente biodegradable y al término de su vida útil será compostable, lo cual reduce de manera considerada los efectos por contaminación ambiental. 3.2. Diseño de la Investigación En cuanto al diseño de investigación, éste es la estrategia general que se adopta para responder al problema planteado. En atención al diseño, la investigación se clasifica en: documental, de campo y Experimental. El diseño empleado en este trabajo es el documental el cual consiste en un proceso basado en la búsqueda, recuperación, análisis, crítica e interpretación de datos secundarios, es decir, los obtenidos y registrado por otros

investigadores en fuetes documentales:

impresas, audiovisuales o electrónicas. Como en toda investigación, el propósito de este diseño es el aporte de nuevos conocimientos. En este capítulo se muestra como se llevo la formulación de este proyecto de investigación. Asimismo, el marco metodológico es un cuerpo de conocimientos que describe y analiza los métodos, indicando sus limitaciones y recursos


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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM clasificando sus supuestos y consecuencias y considerando sus puntos fuertes para los avances en la investigación, A continuación se presenta un breve resumen de la metodología llevada a cabo en la investigación. 1.1METODOLOGÍA El tema es: Obtención de bioplásticos a base de papa de tercera categoría PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN: es la dependencia muy notoria en el consumo de petróleo, el valor de las importaciones de este recurso se ha ido incrementando de tal manera que las altas o bajas en la producción

extranjera

influyen

de

manera

considerable

en

el

consumidor del día a día, y a su vez afecta el procesamiento de derivados de petróleo como el plástico, generando problemas económicos nacionales. METODOLOGÍA: La metodología propuesta se desagrega por etapas, una propuesta conforme a una serie de pasos: elección del tema, planteamiento del problema, recopilación de datos, análisis e interpretación de datos, comunicación de resultados, formulación de recomendaciones e implantación. Dicho marco permite identificar claramente los factores bajo estudio y analizar en forma ordenada y sistemática sus componentes del modo más racional utilizando las técnicas más adecuadas. JUSTIFICACIÓN: Fue llevado a cabo un análisis de las características del problema lo cual trajo como resultado la aplicación y seguimiento de una investigación documental y de un tipo de estudio explicativo.


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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM FUNDAMENTACIÓN: Se determino la metodología a seguir de la investigación después de un análisis y examinación de las etapas propuestas por varios autores expertos en la materia los cuáles se presentan en el marco metodológico y de acuerdo a estas propuestas y a las características del estudio. 3.3. Técnica de recolección de datos. Fuentes de información: Primaria y Secundaria. 1- Fuentes Primarias: Se obtiene información por contacto directo con el sujeto de estudio; por medio de observación. 2- Fuentes Secundarias: Información obtenida desde documentos, estadísticas. 3.4. Procesamiento de los datos. Los diferentes métodos de procesamiento están relacionados con el avance tecnológico. Las alternativas presentadas podrán ser elegidas, dependiendo de la rapidez con que se necesitan y la inversión en dinero que se requiera para obtenerlas. Los tipos de procesamiento que existen, son los siguientes: a. Proceso Manual: Este es el proceso más antiguo e involucra el uso de los recursos humanos, tales como realizar cálculos mentales, registrar datos con lápiz y papel, ordenar y clasificar manualmente. Esto da como resultado un proceso lento y expuesto a generar errores a lo largo de todas las etapas o actividades del ciclo de procesamiento. b. Proceso Mecánico


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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM Considera el uso de máquinas registradoras y calculadoras, como el ábaco y las reglas de cálculo, reemplazando en cierto grado el proceso de cálculo manual. Esto trae como lógica consecuencia el aligeramiento del trabajo en relación al proceso y la reducción de errores, pero mantiene la desventaja del proceso de almacenamiento de

toda

la

información

resultante.

Ejemplo:

Obtener

la

hora

empleando un reloj a cuerda, que es un aparato mecánico, que interiormente tiene una serie de engranajes, que se encuentran debidamente coordinados entre sí y cuyo movimiento hace girar una aguja en forma radial y proporcional al tiempo. c. Procesos Electrónicos En este tipo de proceso se emplean las computadoras. Una vez ingresados los datos, el computador efectúa los procesos requeridos automáticamente y emite el resultado deseado. Los procesos son realizados

a

velocidades

increíblemente

altas,

obteniendo

información confiable. 3.5. Técnicas de Análisis de datos. La técnica de análisis de datos representa la forma de cómo será procesada la información recolectada, esta se puede procesar de dos maneras cualitativa o cuantitativa, en esta ocasión se utilizará el análisis cualitativo, el cual es una técnica que indaga para conseguir información de contextos, variables o ambientes en profundidad.


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CAPITULO IV: PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACION 4.1. Plan de acciones No se registró. 4.2. Recursos Necesarios Los recursos necesarios para este trabajo fueron:  Monografías  Revistas de Ingeniería Química  Informes Técnicos  Tesis  Fuentes Secundarias (manuales)  Fuentes electrónicas (internet)  Datasheets  Diagramas de flujo de compañías productoras de bioplástico a nivel mundial  Recursos Financieros 4.3. Presupuesto: Costo del Proyecto MES ABRIL

ACTIVIDAD Recolección de

COSTO (nuevos soles) 10

Información vía

MAYO

internet Visita a bibliotecas Compra de libros Recolección de

14 10 12

Información vía JUNIO

internet Recolección de

8

Información vía JULIO

internet Visita a bibliotecas


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Tesis en Ingeniería Química-UNMSM COSTO TOTAL

67

4.4. Cronograma de actividades. MES

ABRILSEMANA 1 ABRILSEMANA 2 ABRILSEMANA 3 ABRILSEMANA 4 MAYOSEMANA 1 MAYOSEMANA 2 MAYOSEMANA 3 MAYOSEMANA 4 JUNIOSEMANA 1 JUNIOSEMANA 2 JUNIOSEMANA 3 JUNIOSEMANA 4 JULIOSEMANA 1 JULIO-

RECOLECCIO N DE INFORMACIO N VIA INTERNET

TRADUCCI ON DE INFORMACI ON DE INTERNET

VISITA A BIBLIOTECA S Y COMPRA DE LIBROS

HACER UN RESUMEN DE LO TRADUCID O

HACER EL TRABAJ O EN WORD

x

x

x x x

x x

x x

x

x x


x x Página 38

Tesis en Ingeniería Química-UNMSM SEMANA 2


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CAPITULO V: CONCLUSIONES  El campo de los bioplásticos está empezando a ser visto y explotado por las empresas transnacionales por lo que su desarrollo a nivel de los países en vías de desarrollo es lento.  Se comprueba que los bioplásticos son 100% biodegradables, es decir, no necesitan de un elemento adicional para lograr su degradación completa.  Se comprueba que la producción de bioplásticos cumple con los estándares medio-ambientales, además es un producto que no contamina al término de su ciclo de vida.  Están llevándose a cabo investigaciones, por parte de empresas distribuidoras de bioplásticos, para darle una consistencia más dura a este plástico y así volverlo un fuerte competidor del PET.  El uso de papa para la producción de bioplásticos no afecta en el consumo de la población, ya que la papa que se utiliza es papa de tercera categoría, es decir, es papa que normalmente se desecha ya que no va a consumo humano.  El PLA es un polímero biodegradable hecho de recursos renovables. Y como material versátil que es, está aumentando su uso en la medicina, en las diferentes aplicaciones de la industria textil y del empaquetado, principalmente en esta industria está despertando mucho interés por sus excepcionales características y su biodegradabilidad. El PLA es un polímero que veremos mucho en el futuro por ser una verdadera innovación en materiales de empaquetado.


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CAPITULO VI. RECOMENDACIONES  Registrar cada dato de las referencias bibliográfica (año, edición, editorial)  Registrar las direcciones de las páginas web visitadas  Si se tuviera información en inglés, como en este caso, hacer la traducción de la información recolectada lo antes posible, evitando así que la información se acumule al final.  Promover la investigación e incentivar proyectos donde se utilice materia prima nacional y que contribuya al desarrollo sostenible de procesos.


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CAPITULO VII: REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS • SCIENTIFIC ELECTRONIC LIBRARY ONLINE http://www.scielo.cl/pdf/infotec/v19n1/art04.pdf

• ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMICO Y MORFOLÓGICO DE ALMIDONES DE ÑAME, YUCA Y PAPA • WIKIPEDIA - SOLANUM TEBEROSUM (PAPA) http://es.wikipedia.org/wiki/Solanum_tuberosum#Usos_industria les

• TM5-2WWW ISI - TECHNICAL MEMORANDUM ON PRODUCTION OF POTATO STARCH http://home3.inet.tele.dk/starch/isi/starch/tm5www-potato.htm

• ECOLOGIA http://www.iecologia.com/09/12/bioplastico-de-papas-unainteresante-alternativa/

• TESIS DOCTORALES EN XARXA http://www.tesisenxarxa.net/TESIS_URV/AVAILABLE/TDX1029103-171122//capitulo04.pdf

• INGENIEROS INDUSTRIALES http://www.eis.uva.es/~biopolimeros/alberto/pla.htm • Bidlingmaier, W. Papadimitriou, E. (2000). Use of biodegradable polymers and management of their post-consumer waste. ORBIT Special Events, Wolfsburg. •

Kim, M. Lee, A. Lee, K. Chin, I. Yoon, I. (1999) Biodegradability of Poly(3-hydroxybutyrate) blended with poly(ethylene-co-vinyl acetate). European Polymer Journal 35 (6) 1153-1158


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•

Mohee, R. Unmar, G. A Mudhoo, A. Khadoo, P. (2007). Biodegradability of biodegradable/degradable plastic materials under aerobic and anaerobic conditions. Waste Management.

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Pullammanappallit, P. McComg, A. Díaz, L. Biblingmaier, W. (2003). Organic recovery and Biological Treatment (ORBIT), Perth, Western Australia, pp. 286-294.

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Anderson, A. J., and E. A. Dawes. 1990. Ocurrence, metabolism, metabolic role, and industrial use of bacterial polyhydroxyalkanoates. Microbiol. Rev. 54:450-472.

• Brandl H, Gross RA, Lenz RW, Fuller, C. 1988. Pseudomonas oleovorans as a source of poly-ßhydoxyalkanoate for potential applications biodegradable polyesters. Appl Environ Microbiol 54: 1977- 1982 • Cserjan-Puschmann, M., Kramer, W., Duerrschmid, E., Striedner,G. y Bayer, K. 1999. Metabolic approaches for the optimisation of recombinant fermentation processes. Appl.Microbiol. Biotechnol. 53: 43-50 • Godoy, F. A., M. Bunster, V. Matus, C. Aranda, B. Gonzalez, and M. A. Martinez. 2003. Poly-bhydroxyalkanoates consumption during degradation of 2,4,6-trichlorophenol by Sphingopyxis chilensis S37. Lett Appl Microbiol 36:315-20. • Henrysson, T., and P. L. McCarty. 1993. Influence of the endogenous storage lipid poly-bhydroxybutyrate on the reducing power availability during cometabolism if trichloroethylene and naphtalene by resting methanotrophic mixed cultures. Appl. Environ. Microbiol. 59:1602-1606. • Hippe, H. 1967. Abbau und Wiederverwertung von Poly-bhydroxybuttersäure durch Hydrogenomonas H16. Arch. Mikrobiol. 56:248-277. • NatureWorks LLC, http://www.ingeofibers.com/ingeo/home.asp (accessed April 2004).


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