Desenvolvimento de Polímeros Biodegradáveis

Vista previa del material en texto

I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A L
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA.QUIMICA 
E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
“ D E S A R R O L L E I S T E C N O L O G I C O S D E 
L O S P O L I M E R O S B I O D E G R A D A B L E S ”
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE : 
I N G E N I E R O Q U I M I C O I N D U S T R I A L
P R E S E N T A :
M A R I A L O R E N A R O D R I G U E Z C A S T I L L O
A S E S O R :
DR. JOSE LUIS MAYORGA VERA
M E X I C O , D . F. M A Y D , 1 9 9 8
SECRETARIA
DE
EDUCACION PUBLICA
IN S T IT U T O P O L IT E C N IC O N A C IO N A L
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS 
DEPARTAMENTO DE PRACTICAS, VISITAS V TITULACION T_3 3]
Mtuco, D I-, a 26 de Agosto de 3 997
Generación
]989-3 994 
CALLE GONZALO CURIEL L-63 MZ. 05a 
COL. COMPOSITORES MEXICANOS 
MEXICO D.F.
Al(Ios) C Pisjnle(s) Carrera
MARIA L0RENA RODRIGUEZ CASTILLO I.Q.I,
Mediante. Ij presente se Ii itc de mi conocimiento cjuc este Departamento acepta que el 
( ,ng DR. JOSE LUIS MAY0RGA VERA sea orientador
eh el Kimdw Fcais ̂iie proponed̂ usied(e.s) desarrollar como prueba escrita en la opción 
PROYECTO DE INVESTIGACION DEpi-a93í 3 9 bajoci
ululo v contenido Mullientes
"DESARROLLOS TECNOLOGICOS DE LOS POLIMEROS BIODECRADABLES"
RESUMEN 
INTRODUCCION 
I.-FUNDAMENTOS TEORICOS 
II.-PRINCIPALES MECANISMOS DE LA BIODEGRADACION 
III.-BIODEGRADACION DE DIVERSOS POLIMEROS 
IV.-AVANCES TECNOLOGICOS EN LA OBTENCION DE PLIMEROS 
BIODEGRADABLES 
V.-APLICACIONES
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 
BIBLIOGRAFIA
iiaMino de un ano para presenta»lo a icwsion por c! Jurado
(JX. TTÓY^AZQUEZ LABASTIDA 
Presidente de Academia
IN G . RUSSELL EC/iA-VARRIA PADRON
le le de I I K p ío di Pf K Ik is 
\ im i is \ I ii u I k mn
El P/ofcsor Orientador 
CED. r/oF . 23/3340
IN(¿/ NESTOR L. DIAZ RAMIREZ 
f I Subdiuctor Académico
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
Escuela Superior db Ingeniería Q uímica b Industrias Extractivas
EDUCACION PUBLICA M E X IC O , D F . , 1 d e A B R IL d e 1998
C. MARIA LORENA RODRIGUEZ CASTILLO 
Pasante de Ingeniero QUIMICO INDUSTRIAL 
Presente:
Los suscritos tenemos el agrado de informar a usted que, habiendo procedido a revisar el borrador
de la modalidad de titulación correspondiente, denominado . ...........
"DESARROLLOS TECNOLOGICOS DE LOS POLIMEROS BIODEGMPAflUS".......
encontramos que el citado trabajo y/o pro)ecto de tesis, reúne los requisitos para autorizar el Examen Pro­
fesional y proceder a su impresión según el caso, debiendo tomar en consideración las indicaciones y correc­
ciones que al respecto se le hicieron.
A i e n taro e n te
J U R A D O
c- Q.F.B.F1>ÓR‘,DEL/^ 0 N ^ ARRAZOLA D CÍTrerHXffVAZQUEZ LABASTIDA
i cp- Expediente.
A G R A D E C IM IE N T O S
A DIOS:
EL CENTRO DEL UNIVERSO Y DE 
MI VIDA".
CON AMOR A MI MAMA:
GUADALUPE CASTILLO V1LLALBA.
" POR TODO TU AMOR, DEDICACIÓN Y APOYO INCONDICIONAL, 
POR SER LA PERSONA DE QUIEN HE RECIBIDO LAS MEJORES 
LECCIONES DE AMOR Y HUMANIDAD, GRACIAS POR TODO, 
POR SER MI AMIGA, POR TODOS LOS SACRIFICIOS QUE HACES 
POR DARNOS SIEMPRE LO MEJOR DE TI,
PORQUE SIN TI 
NO SERÍA LO QUE SOY "
CON AMOR A MI HIJO:
MARCO ANTONIO TOLEDO RODRIGUEZ.
PORQUE ERES EL MOTOR QUE IMPULSA MI VIDA 
" TUS OJOS SON MI CONSUELO CONTRA LA MALA JORNADA 
TE QUIERO POR TU MIRADA QUE MIRA Y SIEMBRA FUTURO
CON AMOR A MIS HERMANAS:
BLANCA CLAUDIA Y RUTH ANGELICA.
" GRACIAS POR SU APOYO, POR EL AMOR QUE SIEMPRE NOS HEMOS 
TENIDO, POR ESTAR SIEMPRE JUNTAS EN LOS MOMENTOS BUENOS Y 
MALOS, POR ILUMINAR MI VIDA, LAS QUIERO MUCHO "
CON CARIÑO Y RESPETO A MIS ABULELITOS: 
AGUSTIN CASTILLO HDEZ. Y CARMEN VILLALBA MTZ.
" GRACIAS POR SU APOYO, POR SU AMOR ".
"CON CARIÑO A TODA MI FAMILIA".
AL ISTITUTO POLITECNICO NACIONAL 
A LA E.S.I.Q.I.E.
" POR SU BRILLANTE LABOR FORMATIVA
CON ESPECIAL AGRADECIMIENTOY ADMIRACIÓN:
AL DR. JOSE LUIS MAYORGA VERA.
Q.F.B. FLOR DEL MONTE ARRAZOLA D.
" POR SU INVALUABLE ASESORIA, APOYO, TIEMPO Y DEDICACIÓN AL 
PRESENTE TRABAJO; GRACIAS POR SU AMISTAD
A TODOS MIS COPAÑEROS Y AMIGOS: 
ESPECIALMENTE A ELIZABETH Y ODETTE
POR SU AMISTAD Y APOYO MORAL EN TODO MOMENTO, GRACIAS "
A TODAS LAS PERSONAS QUE DE ALGUNA U OTRA MANERA CONTRIBUYERON
A LA REALIZACIÓN DEL PRESENTE GRACIAS.
C O N T E N I D O
INTRODUCCION ---------------------- 2
CAPITULO 1 FUNDAMENTOS TEORICOS.
I l TIPOS DE DEGRADACION Y BIODEGRADACION----------- 4
1 2 FACTORES AMBIENTALES EN LA BIODEGRADABILIDAD
DE POLIMEROS------------------ - - ó
13 IMPACTO ECOLOGICO .............. ........................... —- 10
1 3 I BIODEGRADABILIDAD UN PROBLEMA
TECNICO - ECONOMICO - SOCIAL —.......... -....... - 12
1 3 2 DESECHOS EN MEXICO Y EN EL MUNDO ...... 13
CAPITULO 2 PRINCIPALES MECANISMOS DE LA
BIODEGRADACION.
2 1 OXIDACION BIOLOGICA.................. 22
2 2 HIDROLISIS----------------------------------- 24
2 3 HIDROLISIS ENZIMATICA........-....................... .— 26
CAPITULO 3 BIODEGRADACION DE DIVERSOS
POLIMEROS.
3 1 POLIMEROS DE ADICION Y COPOLIMEROS -....... - .......- 30
R E S U M E N -..............-......- i
3 1 2 COPOLIMEROS DE ET1LENO —................. — 34
3 1 3 POLIESTIRENO Y COPOLIMEROS---------------------- 35
3 1 4 POLICLORURO DE VINILO Y COPOLIMEROS —- ...... 35
3 1 5 COPOLIMEROS EN BLOQUE E INJERTADOS---------- 37
3 2 POLIMEROS DE CONDENSACION------------------------------ 38
3 2 1 POLIAMIDAS -.......... - ....... -......... 39
3 2 3 POLIESTERES AROMATICOS---------- 40
3 24 POLIESTERES ALIFATICOS ----------------------------- 41
3 3 ELASTOMEROS ...............................—................ - ....... 45
3 4 LATEX, ACRILICOS Y VINILICOS —.......... 45
3 5 POLIMEROS SOLUBLES EN AGUA ....... 46
CAPITULO 4 AVANCES TECNOLOGICOS EN LA 
OBTENCION DE POLIMEROS 
BIODEGRADABLES.
4 1 ANTECEDENTES ---------- -........... 48
411 BIODEGRADACION DE POLIMEROS
HIDROLIZABLES - ....... - — 52
4 1 2 BIODEGRADACION DE POLIETILENOS --------------- 55
4 1 3 POLIMEROS DEGRADABLES PARA EMBALAJE 
Y PELICULAS PROTECTORAS EN LA 
AGRICULTURA -—............... —.....- .............. — 57
4 14 UN ENFOQUE INTERDISCIPLINARIO SOBRE LA
BIODEGRADACION ........... ........ ............. -— 61
3 1 1 POLIETILENO -........ -......— - .... ------------- - 30
4 2 M E T O D O S DE OBTENCION ........ — ...-...-........ 63
4 2 1 METODO DE OBTENCION DEL ALMIDON DE 
YUCA MODIFICADO POR COPOLIMERIZACION 
CON ACRILONITRILO (A escala laboratorio) ............. 64
4 2 2 BIODEGRADACION DE MEZCLAS QUE
CONTIENEN POLI (3-HIDROX1BUTIRATO- CO - 
VALERATO) ................. .................. -—........-— 80
4 3 PRUEBAS DE BIODEGRADABILIDAD ............ — 89
CAPITULO 5 APLICACIONES.
5 1 CRITERIOS DE FORMULACION ----- 94
5 1 1 BIODEGRADABILIDAD DE ADITIVOS---------------- 94
5 1 2 BIODEGRADABILIDAD DE POLIMEROS DE
HIDROCARBURO --------- ----------- 98
5 2 APLICACIONES ESPECIFICAS ---------- 99
52 1 BIOMEDICAS --------------------—- - ......-........ 100
5 2 2 EMPAQUES Y EMBALAJES —-.... —........... 113
5 2 3 AGRICOLAS ---------------- 121
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 
BIBLIOGRAIA.
129
R E S U M E N
R E S U M E N .
El trabajo se inicia con ¡a presentación de algunos fundamentos teóricos de 
la degradación y de la biodegradación de macromoléculas, así como los 
factores que influyen en la biodegradabilidad.
Enseguida se describen los mecanismos de la biodegradación, haciendo 
énfasis en la oxidación biológica e hidrólisis enzimática
A continuación se hace una clasificación de la biodegradación en función de
su estructura y propiedades de los polímeros
La parte medular del presente trabajo lo constituye la descripción de los 
avances tecnológicos que se han desarrollado en la obtención de los 
polímeros biodegradables.
Finalmente se presentan las aplicaciones más importantes de los polímeros 
biodegradables, considerando los criterios de formulación para su 
aplicación específica Entre las aplicaciones más importantes sedescriben 
las biomédicas, las agrícolas, y en empaques.
IN T R O D U C C IO N
I N T R O D U C C I O N .
Vivimos inmersos en la sociedad del plástico. Este material ha reemplazado, en gran 
parte, al papel, al vidrio, a la madera, cerámica, asbesto, a la goma e incluso al metal 
en la fabricación de numerosos objetos que nos rodean. Su éxito radica en la 
capacidad que tiene de ser moldeado, su ligereza, en el bajo costo de elaboración y, 
ante todo, en su resistencia mecánica y en su relativa mvulnerabilidad a la acción de 
los agentes químicos; ventaja está última, que hoy en día plantea ya serios problemas 
ambientales
De la totalidad de los desechos sólidos que año tras año se vierten en nuestro planeta, 
los plásticos se incluyen en el grupo de aquéllos que son más resistentes a la 
degradación ambiental Cada país busca el método más cómodo para librarse de ellos, 
mediante su amontonamiento en minas o canteras, o bien por su incineración Sin 
embargo, la opción más saludable para la Tierra pasa por el reciclado de las basuras 
y, sobre todo, por el desarrollo de productos y/o subproductos no contaminantes
Básicamente, los plásticos en el medio ambiente pueden ser degradados, mediante su 
conversión en materiales fotodegradables, es decir, vulnerables a la acción de los 
rayos ultravioleta del Sol, o en plásticos biodegradables, que pueden ser asimilados 
por bacterias y hongos del medio circundante
En condiciones normales, el proceso de degradación de los polímeros es muy lento 
Con el paso del tiempo, pierde su resistencia y se rompe en pequeños trozos que 
pueden llegar a durar centenares de años. La resistencia que presentan estos 
materiales parte de su propia estructura química que les hace tan útiles como 
indestructibles Están compuestos de polímeros o largas cadenas de moléculas de 
hidrocarburos de alto peso molecular, tan estrechamente unidas que los
microorganismos encargados de disolver la mayoría de las materias orgánicas, son 
incapaces de penetrar en ellos
Ante esta situación, en los últimos cincuenta años los científicos han comenzado ha 
desarrollar polímeros que, sin perder sus ventajosas propiedades, sean capaces de 
desintegrarse con el tiempo. El presente trabajo tiene como objetivo hacer una revisión 
y análisis de los avances tecnológicos que se han venido realizando para la 
elaboración de polímeros biodegradables
Además el continúo deterioro que sufre nuestro planeta ha llevado a que en algunos 
países, como en Italia, Estados Unidos, Canadá y recientemente en México y en 
América Latina, se establezcan legislaciones que se interesen por el uso de polímeros 
degradables De esta forma el desarrollo de este tipo de materiales ha dejado de ser 
una simple idea para convertirse en una realidad con un futuro muy prometedor
C A P IT U L O 1
" F U N D A M E N T O S
T E O R I C O S "
La degradación ambiental de los materiales poliméricos ha sido estudiada 
extensivamente durante las 3 últimas décadas, lo que ha permitido incrementar la vida 
útil de los productos, como por ejemplo, textiles, revestimientos (pinturas), aislamientos 
eléctricos, adhesivos caseros y algunos otros productos poliméricos muy durables La 
protección y estabilización de los materiales poliméricos es muy importante 
económicamente y a menudo es vital para la seguridad y la salud pública
Con diferentes objetivos en mente, desde los 70's, los científicos de diversos países 
han investigado la degradabilidad de los polímeros, para elaborar productos plásticos 
que puedan ser degradables, de una manera predecible, cuando son expuestos al 
medio ambiente Según su uso son tres los diferentes enfoques acerca de su 
degradabilidad [Kirk-Othmer, 1982)
1) Que sean degradados ante la exposición al sol,
2) Estructuras poliméricas que pueden ser degradados y asimilados por
microorganismos,
3) Polímeros que puedan ser absorbidos por los seres humanos y los
animales, lo que limita su uso para la medicina y en aplicaciones
veterinarias
1.1 TIPOS DE DEGRADACION Y BIODEGRADACION.
En la enciclopedia Kirk-Othmer existen diversas clasificaciones de degradación y 
biodegradación, pero a continuación se mencionan las más importantes
DEGRADACION " La degradación polimérica esta definida como una combinación de 
cambios químicos y físicos ocurridos durante el procesamiento, almacenaje y uso del 
mtenal polimérico, dando como resultado una reducción en las propiedades usuales 
del material"
-4 -
DEGRADACION AMBIENTAL "La degradación ambienta! de sustancias poliméricas 
resulta originalmente de la exposición o de la combinación de efectos ambientales 
como la luz del sol, calor, oxígeno, contaminación, microorganismos, insectos, 
animales y derivados de fuentes mecánicas como el viento, lluvia, acciones de 
movimiento, tráfico vehicular, etc Este término es por lo general, pero erróneamente 
llamado, biodegradación "
FOTODEGRADACION "La fotodegradación consiste en la degradación de sustancias 
poliméricas y otros compuestos orgánicos cuando se exponen a la luz del sol y otras 
fuentes intensas de luz Se ha observado que los rayos ultravioleta son los principales 
responsables de este daño"
DEGRADACION OXIDATIVA "La degradación oxidativa es la degradación continúa de 
enlaces poliméricos atacados por oxígeno y ozono En algunos polímeros, la 
degradación oxidativa ocurre por un mecanismo de rompimiento de enlaces catalizado 
por luz ultravioleta, residuos de catalizador, o ambos La degradación oxidativa es 
igualmente acelerada cuando se presentan altas temperaturas ambientales "
BIODEGRADACION "La biodegradación es la degradación y asimilación de polímeros 
orgánicos y otros compuestos mediante la acción de organismos vivos Por ejemplo,en 
la exposición al medio ambiente, los principales organismos son los hongos y las 
bacterias La degradación microbiológica es comúnmente favorecida por la acción del 
agua y la destrucción oxidativa del polímero debido a la exposición ambiental Para 
polímeros implantados en el cuerpo de un animal, la biodegradación involucra algunos 
o todos los procesos catalíticos del cuerpo, incluyendo la hidrólisis y los procesos de 
oxidación los cuales usualmente implican la participación de enzimas Los polímeros 
sintéticos usualmente son más difíciles de degradar por otros animales o microbios 
que los polímeros naturales"
1.2 FACTORES AMBIENTALES DE LA BIODEGRADABILIDAD 
EN POLIMEROS.
El hecho de que un polímero sea sometido a la biodegradación depende de tres 
factores el tamaño y estructura molecular, la población bacteriana y los diversos 
factores ambientales Los factores ambientales que tienen que ver con la 
biodegradación son temperatura, humedad, pH, presencia de microorganismos y 
disponibilidad de nutrientes, los factores ambientales son determinantes en la 
degradación dei polímero, ya que se relacionan directamente en el medio en que se 
desempeña el mismo, entre ellos los más importantes a considerar es la
biodegradación enzimática y la microbiológica
La degradación enzimática del materia! polimérico ocurre debido a la actividad de 
diversas enzimas que son producidas por la presencia de un microorganismo que 
genere organismos con capacidad de degradar al polímero Debido a que son 
proteínas, la mayoría de las enzimas son solubles en agua, se diluyen en solución 
salina, o se diluyen en soluciones de alcohol en agua Son precipitadas por soluciones 
salinas concentradas, iones de metales pesados, solventes orgánicos y soluciones 
fuertemente básicas o ácidas
Debido a la difícil solubilidad en agua de los plásticos sintéticos, éstos no son 
atacados por enzimas que tengan afinidad al agua, ya que tienen dificultad para 
mteractuar con los polímeros Se ha pensado que probablemente incrementando la 
hidrofilidad de tales polímeros aumentaría su susceptibilidad a la biodegradación Sin 
embargo, éste no ha demostrado ser un medio efectivo para aumentar la facilidad de 
biodegradación de tales plásticos debido a la acción específica de las enzimasEl grado de reacción de procesos catalizados por enzimas se incrementa con la 
temperatura hasta que la actividad de la enzima comienza a disminuir debido a que el
calor de activación sobrepasa su límite natural La actividad de la enzima se disminuye 
también grandemente durante los meses de invierno en climas fríos y es afectado 
adversamente por la exposición a radiación ionizante, a luz UV, a ultrasonido y a altas 
presiones hidrostaticas 0
La degradación microbiana es otra de las formas de degradación de los polímeros 
[Schabel Wolfram, 1981] y la define como la acción de los microorganismos que 
atacan al polímero, causando una disminución en las propiedades del mismo, dando 
como consecuencia la degradación del polímero Los microorganismos juegan un 
papel eminente en la descomposición de todos los tipos de materiales orgánicos 
incluyendo los biopolimeros Existe un gran número de microorganismos, como por 
ejemplo, hongos bacterias y actinomicetos, los cuales se distribuyen en derredor de 
la tierra Bajo condiciones apropiadas el crecimiento de los microorganismos podría 
ocurrir simultáneamente con la descomposición de alguna especie biológica que 
finalmente perece En algunos casos la muerte de algunos organismos vivientes es 
causada por el ataque de microorganismos, por ejemplo, bacterias patogénicas 
Durante la putrefacción del material orgánico, por ejemplo, en el composte apilado, los 
microorganismos son ademas operativos
El crecimiento de microorganismos depende del pH, la temperatura , disponibilidad de 
los nutrientes minerales , concentración de 02 y la humedad (la presencia de agua es 
un requisito para la vida)
Hongos (como por ejemplo, moho) comunmente requiere 02 y un pH de 4 5-5 0 para 
proliferarse El crecimiento se lleva a cabo en un amplio intervalo de temperatura, 
sobre los 45',C El intervalo óptimo de crecimiento ocurre en la mayoría de los casos a
temperaturas entre los 30 y 37° C
Actinomicetos, generalmente crecen aeróbicamente en un intervalo de pH de 5 a 7 
Las cuales son usualmente mesofílicas sin tener en cuenta la temperatura, el
crecimiento ocurre en un amplio intervalo de temperatura
Bacterias puede ser aerobico o anaeróbico el crecimiento en un intervalo de pH de 5 
a 7 Los cuales son mesofilicos sin tomar en cuenta la temperatura
Algunos microorganismos son termofílicos, por ejemplo, al contrario de altas 
temperaturas (40-70 °C) con intervalos óptimos de crecimiento de 50-55 °C, o a los 
mas altos niveles de 50-70 °C Las temperaturas apreciablemente mas altas de medio 
ambiente prevalecen frecuentemente en compostas apiladas Además los 
microorganismos tefmofilicos son importantes en la descomposición del material 
polimerico en bioreactores de desperdicio La Tabla 1.1 contiene una lista de 
microorganismos que pueden proliferar a temperaturas por encima de los 60 °C
Comunmente, la degradabilidad microbiana de los polímeros sintéticos es estudiada 
con pruebas de crecimiento soDre medidas establecidas*
Para realizar pruebas con hongos y/o pruebas con bacterias se inoculan junto con el 
material polimenco (las formas mas recientes en películas, gránulos o polvo) [Shabel 
Wolfram 1981]
Tabla 1.1. Una selección de microorganismos termofilicos aeróbicos existentes
en el suelo y son capaces de proliferar a temperaturas alrededor de los 
60 °C. [Shabel Wolfram, 1981],
Bacilos Especies Optimo crecimiento de temperatura
ro .
Bacilos calidolactis 60-65
pepo 60
terminales 60-65
thermodiastaticus 65
tostus 60-70
Actinomicetos nondiastaticus 65
(Estereptomicetos) spinosporus 60-65
thermodiastaticus 65
thermofuscus 60
thermophilus 60
Hongos aurantiacus 60
Thermoascus sulfureum 60
thermoidium
En un medio de cultivo que contendrá todos los nutrientes necesarios para el 
crecimiento microbiano excepto una fuente de carbono Los microorganismos 
típicamente empleados para este tipo de pruebas se enlistan en la Tabla 1 2 La 
prueba se corre en un tiempo definido (usualmente 3 semanas) El grado de 
crecimiento es clasificado de acuerdo a la fracción a la superficie del gel cubierto con 
colonias, por ejemplo, 0 sin crecimiento, 1 10% convertido, 2 10-30% convertido, 3 
30-60% cubierto, 4 60-100% cubierto Para mas pruebas cuantitativas, las capas del 
polímero son depositadas en la base de una caja de Petri y cubiertas con un medio de 
cultivo nutriente Antes del tratamiento microbiano, el cambio de peso y otras 
alteraciones físicas o químicas son un obstáculo
En la zona clara denominada zona de prueba, el polímero en polvo, está suspendida 
en un medio de cultivo nutriente El gel grumoso puede llegar a ser claro en algunos
lugares que rodean las colonias, indicando así que el polímero ha llegado a ser 
biodegradado y soluble por el ataque enzimático
Tabla 1.2. Microorganismos típicamente utilizados para pruebas de 
biodegradabilidad de los polímeros sintéticos. [Schnabel Wolfram, 1990],
Hongos Aspergillus mger, Aspergíllus flavus, Chaectomicum globosum, 
Penicillium fumculosum, Pullularia pullulans
Bacteria Pseudomonas eruginosa, Bacilos cereus, Coryneformes 
bacterias, Bacilos sp
Actinomicetos Streptomycetaceae
1.3 IMPACTO ECOLOGICO.
Las sociedades modernas imponen formas de vida en las que el consumo de 
productos se incrementa peligrosamente, muy especialmente los productos 
poliméricos, todo esto debido al afán de vivir más "cómodamente" y hacer la vida más 
fácil, sin darse cuenta de que se están acabando con los recursos naturales de la 
Tierra
La industrialización, producción y venta de toda clase de productos, muchas veces 
innecesarios, ha tenido como consecuencia la contaminación del medio ambiente 
Basta con mirar alrededor, para percatarse de los daños que los malos hábitos del ser 
humano, en conjunto con la no degradación de los polímeros, han acarreado al 
planeta, nuestro hábitat
-10-
De los desechos, los sólidos constituyen una de las principales fuentes de 
contaminación y dentro de éstos, los polímeros representan un porcentaje que ha ido 
incrementándose debido al desarrollo de nuevas aplicaciones de los mismos. La 
mayoría de estos materiales, desafortunadamente, no son degradables
La industrialización de los polímeros remonta su origen al año de 1869 con la 
producción comercial de la Nitrocelulosa, aunque al principio no tuvo un crecimiento 
acelerado Posteriormente, en el año de 1938, se inició el verdadero auge en la 
tecnología de los polímeros con el desarrollo del Policloruro de Vímlo (PVC). Es 
durante el período de 1938-1946, cuando se implementan las tecnologías para 
elaborar un gran número de los polímeros que actualmente conocemos
Así existe una amplia gama de productos poliméricos, cada uno con prioridades y 
características específicas para satisfacer una necesidad, es tal la nobleza de estos 
materiales que las presentaciones de cada uno pueden ser muy contrastantes pero de 
gran utilidad en cada caso Por otro lado existen aditivos como los plastificantes, 
antioxidantes, retardantes a la flama, entre otros, los que pueden agregarse en 
diferentes cantidades al polímero básico para modificar y mejorar sus propiedades, lo 
que permite incrementar el número de productos que componen una familia
Estos polímeros, han sido formulados para presentar buenas propiedades que hagan 
posible su resistencia a los agentes externos Sin embargo, a la larga esto se ha 
convertido en un fuerte problema, ya que su resistencia a la degradación hace que 
continúen existiendo durante muchos años (50 o más ) aunque hayan dejado de 
presentar alguna utilidad Es por ello que actualmente se busca que sean 
degradables, ya que como hemos mencionado, el problema de los desechos plásticos 
ha ido creciendo día con día por lo que se ha hecho necesario estudiar más a fondo la 
manera de controlar y reducir estos desechos, así como de resolver los problemas que 
se han originado [Conde Ortiz, 1992]
- 11 -
1.3.1 Biodegradabilidad: un problema Técnico-Económico-Social.
La problemática que representa la biodegradabilidad implicafactores tanto de índole 
tecnológico, social y económica, ya que surgen cuestionamientos acerca de si ¿, El uso 
a gran escala de materiales poliméricos biodegradables representaría, en verdad, una 
ventaja para la colectividad?, además de saber ¿Cuál es el incremento en el precio de 
embalajes y bienes de gran consumo que el usuario esta dispuesto a pagar a cambio 
de la biodegradabilidad?, o bien 6Cuál es el incremento en el precio de embalajes y 
bienes de gran consumo que realmente puede competir en el mercado? Las opiniones 
de los expertos están divididas, y aún a nivel político no es fácil anticipar cuáles serán 
las tendencias legislativas en varios países Recientemente la Comisión de la 
Comunidad Europeas, respondiendo a una encuesta parlamentaria sobre la 
oportunidad de incrementar el uso de embalajes biodegradables, concluía que "los 
productos definidos como biodegradables, a primera vista no parecen responder a los 
objetivos principales de la política comunitaria sobre el medio ambiente " [Conrrado 
Perrone, 1991]
La cautela con la que es manejado el problema puede ser justificada, y ciertamente no 
tiene mucho sentido gastar más para producir un embalaje si éste va a terminar en un 
basurero o en un incinerador Pero debe considerarse la evolución en curso en los 
sistemas de tratamiento de los desechos urbanos, que están actualmente 
abandonando los modelos "monoculturales" para apuntar a sistemas basados en la 
maximización de la recolección diferenciada y de la recuperación
Las experiencias recientes en Alemania, con los esquemas organizativos del "triple 
recolector de basura", indican que se pueden obtener tasas de recuperación que 
llegan incluso al 70% del total de los desechos sólidos producidos por los usuarios 
domésticos
-12-
En la organización de los sistemas integrados de recolección diferenciada, un papel
central lo desempeña la recolección y la depuración de composta de los desechos 
orgánicos En este rubro los materiales poliméricos pueden tener un espacio 
importante , ya que son muchas las aplicaciones de los materiales poliméricos que no 
se prestan económicamente para el reciclaje bandejas para empaque de corta 
duración de productos alimenticios, vajillas desechables, envases para comida rápida 
y postres, absorbentes higiénicos, pañales, embalajes compuestos de papel y plástico, 
etc Se trata de sectores cuya aplicación puede involucrar volúmenes importantes, ya 
que los materiales plásticos biodegradables no le quitarían, de ningún modo, espacio 
en las actividades de reciclaje
Nadie reciclará jamas pañales o platos sucios, pero los mismos objetos, si se producen 
con materiales biodegradables, podrían incluirse entre los desechos aptos para el 
composteo, evitando llenar los basureros y reingresándolos a los ciclos naturales A 
través de esta vía y dejando por el momento a un lado las consideraciones 
económicas, los materiales plásticos biodegradables pueden dar una importante 
contribución en la mejora del medio ambiente y la reducción del problema del 
tratamiento de la basura
En México el problema de la basura, en la actualidad, es un problema que no se ha 
podido resolver satisfactoriamente A continuación se presenta un panorama de la 
cantidad de desechos que se generan tanto en nuestro país como en algunos lugares 
del mundo
1.3.2 Desechos en México y en el mundo.
En México como en el mundo, no sólo se produce maquinaria, bienes de inversión y de 
consumo, sino también residuos y desechos que conjuntamente a estos beneficios 
producen el desequilibrio ecológico que hoy padecemos y la disminución de recursos 
renovables y no renovables, ya que muchos de los satisfactores producidos se usan 
momentáneamente y después pasan a formar grandes cantidades de basura como se 
muestra en la Figura 1.
- 13-
O 
Z 
UJ 
C/) 
D 
lil 
h
O
Z
U
J
j
<
D
<
LL
30
M 4 0
I
2 0
1 0
F I G U R A 1 P R O D U C C I O N D E B A S U R A E
(MILLONES DE TONELADAS POR AÑO)
1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000
M E X I C O
[Conde Ortiz, p 4, 1992]
En 1982 por ejemplo, se produjeron aproximadamente 48,000 toneladas diarias de 
basura en México, en 1990 fueron 62,000 toneladas diarias y se estima que para el 
año 2000 serán 100,000 toneladas/día, 36 5 millones de Ton/año como se muestra en 
la Figura 2.
Se puede observar que alrededor del 30% de la basura que se genera en la República 
Mexicana se encuentra localizada en el área metropolitana ocupando un volumen 
equivalente a tres veces la magnitud del Estadio Azteca cuando se acumula durante 
un mes, es decir, 3 millones de metros cúbicos mensuales ( Figura No. 3 y 4)
En el mundo, el total de la basura producida es de 775 millones de toneladas por año, 
siendo los países más industrializados y las ciudades de mayor explosión demográfica 
los mayores aportadores con una generación percapita al día que va desde 0,5 
kilogramos para los países de menor población o desarrollo hasta 2 kilogramos por día 
en los países altamente industrializados (Figura No. 5 y 6)
De igual forma que varía la generación percapita de basura también varía la 
composición de la misma dependiendo de factores como son el estrato social, 
costumbres de la población, ubicación geográfica, sistemas de servicio de limpia y 
principal actividad económica
Los polímeros representan menos del 6% en la basura y equivocadamente se piensa 
que son los materiales más peligrosos para el medio ambiente sin darse cuenta de 
todos los beneficios que han proporcionado en todos los sectores industriales y a la 
humanidad en general (Figura No. 6)
Si bien es cierto que ¡os desechos plásticos provenientes de envases como bolsas, 
botellas, películas, vasos desechables, jeringas, etc causan problemas en el manejo 
de la basura por ocupar grandes volúmenes debido a su baja densidad, también es
-15 -
1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000
F I G U R A 2 P R O D U C C I O N D E B A S U R A P O R D I A 
E N M E X I C O
[Conde Ortiz, p 4,1992]
0.7 kg/hab-día 85 M ILLONES DE HABITANTES
E.M 
D F. 
VER. 
JAL. 
PUE 
N.L 
GTO. 
MICH. 
GRO. 
CHIS. 
OAX 
TAMPS. 
CHIH 
SIN 
COAH. 
QRO. 
CAMP. 
OTROS
: 6 2 , 0 0 0 t o n / d í a
F I G U R A 3 P R O D U C C I Ó N D E B A S U R A P O R D Í A 
M E X I C O 1 9 9 0 .
[Conde Ortiz , p 5, 1992]
1
2
0
(M
IL
LO
N
ES
 
DE
 
TO
N
EL
A
D
A
S 
PO
R 
A
N
O
)
[C
on
de
 
Or
tiz
, p 
5, 
19
92
 
]
0.4
 
K
G
/H
A
B
-D
IA
 
52
00
 
M
IL
LO
N
ES
 
DE
 
H
A
B
IT
A
N
TE
S
F
IG
U
R
A
 
5 
P
R
O
D
U
C
C
IO
N
 
DE
 
B
A
S
U
R
A
 
M
U
N
D
IA
L
 
1
9
9
0
[C
on
de
 
Or
tiz
, p 
6, 
19
92
 
]
N
O
d
'V
S
'
< « < 0 < [ Í Z < d « O W 
Z W ^ Z Q q 3 < Q w » Z O o O
^ . < D Í I Z Z ( / ) 5 ^ Í Ü X Í
UJ
_ l
<
CO
O
Ol_
co
5
Q_
00
O
X
o
LU
00
LU
Q
w
c:
,o
UO
h-
í
o
H
3
CO
<
00
^ O
LU
tr .
F
IG
U
R
A
 
6 
P
R
O
D
U
C
C
IO
N
 
DE
 
D
E
S
E
C
H
O
S
 
P
L
A
S
T
IC
O
S
 
A
 
N
IV
E
L 
M
U
N
D
IA
L
 
EN
 
1
9
9
0
[C
on
de
 
Or
tiz
, p 
6, 
19
92
]
cierto que si estos se separan representarían una buena cantidad de plástico, que si 
se les diera el tratamiento adecuado, podrían ser biodegradables, con lo cual se 
controlaría de una manera muy eficiente el crecimiento de los desechos de basura 
La mayoría de los trabajos de investigación en reciclado de polímeros, solo enfoca su 
investigación en la basura, sin embargo cuando se destruye un auto, casa móvil ó 
cualquier construcción, no se contemplan a los plásticos
- 2 1 -
C A P IT U L O 2
P R I N C I P A L E S 
M E C A N I S M O S D E L A 
D E G R A D A C I O N
Algunos microorganismos, mohos, insectos, roedores , son capaces de degradar o 
deteriorar los materiales poliméricos El estudio de esta biodegradación inicia desde 
La Segunda Guerra Mundial bajo el impulso del ejército norteamericano, al cual estos 
fenómenos le habían ocasionado considerables pérdidas de material en las zonas 
ecuatoriales y tropicalesdel Pacífico
Se conocen al menos cuatro mecanismos de biodegradación,
1) Degradación bioquímica de las macromoleculas
2) Consumo de aditivos
3) Ataque químico al material de los productos del metabolismo
4) Ataque mecánico (roedores)
Debido a que los mecanismos de biodegradación involucran varios mecanismos, lo 
cuál hace mas difícil su estudio, a continuación sólo se mencionan los más 
importantes, o de los que se tiene información
Se sabe además, que la biodegradación está favorecida por los medios húmedos, a 
temperatura estable y relativamente elevada, alrrededor de los 30°C La luz visible 
puede favorecer algunos procesos, por el contrario, la luz UV destruye numerosos 
microorganismos
2.1. OXIDACION BIOLOGICA.
La degradación oxidativa de un polímero de adición involucra la formación inicial de un 
radical libre Esta se puede presentar mediante diversas formas de iniciación 
Por ejemplo, luz ultravioleta o iniciación térmica 
El oxígeno, en combinación con tensión mecánica o temperaturas moderadamente 
elevadas, puede iniciar también la degradación
-22-
Estas reacciones generalmente involucran la formación y descomposición de 
peróxidos y son precursoras de ellos. La siguiente etapa es la liberación de C02 y 
CO que parece ser una etapa común. En adición, la degradación algunas veces se 
origina por la inclusión de impurezas polares en el polímero, las cuales actuarán como 
un centro de iniciación para una mayor oxidación.
La presencia de agentes oxidantes fuertes y otras moléculas potencialmente dañinas 
en la interface del polímero macrófago indican la real, pero no comprobada posibilidad 
de un mecanismo de oxidación mediante microorganismos para polímeros biomédicos. 
La producción de oxígeno reactivo metabolizado por leucocitos activados, que puedan 
estar involucrados en la degradación del polímero, se ilustra en la Figura 2.1. El 
radical libre del hidroxilo formado, por ejemplo, puede entonces iniciar la degradación 
del polímero a través de la abstracción de un átomo de hidrógeno 
H O + H-R — > R« + H20
Este mecanismo, u otros de degradación posiblemente a través de microorganismos, 
no han sido demostrados para un polímero biomédico implantado Una inferencia 
importante, sin embargo, es que la bioestabilidad en vivo de polímeros biomédicos que 
no contienen enlaces hidrolizables no debería ser asumida en base a que no 
hubiera luz ultravioleta o las temperaturas elevadas del cuerpo.
2 0 2 + N A D P H -°*'daci6n-> 2 0 2 + N A D P + + H +
2 0 2- + 2 H + .supero*,d ac ió n^ +
H 20 2 + F e ++ „°x.dac,6n___> q H ' + O H » + F e +++
H 20 2 + C|- _h.droperoxidac.6n_> H 0 C |° +
Figura 2.1. Modelo mecanístico de la producción de oxígeno reactivo metábolico por 
activación con leucocitos. [Marchant E. Roger, 1992]
-23-
2.2. HIDROLISIS.
La hidrólisis como tal, no es propiamente un mecanismo de degradación que involucre 
la presencia de microorganismos, para ser considerada como un mecanismo de 
biodegradación, sin embargo, debido a su importante participación como una reacción 
que la favorece, se juzga conveniente hacer mención de ella en el presente capitulo.
Relacionado con el concepto de solubilidad, se observa que los polímeros absorben 
una cantidad más ó menos importante de agua en función de su estructura, y en 
particular de la polaridad de su monómero En algunos casos, el polímero no solo fija 
moléculas de agua, sino que reacciona más ó menos rápidamente con ellas La 
hidrólisis puede intervenir en los enlaces laterales, pero en le caso más frecuente y el 
más importante en el plano práctico puede esquematizarse como sigue
A - B + H20 ............ > A - OH + H - B
Representa un corte de la cadena que provoca una caída del peso molécular y
fragilización
Los efectos de la hidrólisis se superponen siempre a los resultantes de la interacción 
física entre el polímero y el agua (plastificación, hinchamientos diferenciales, etc ) Son 
irreversibles mientras que los efectos físicos son, salvo rotura mecánica, reversibles, 
ya que el material recupera sus propiedades iniciales después de ser hidrolizado
Los mecanismos de rotura se indican en la Figura 2.2 y son principalmente tres En la
primera categoría se pueden colocar las poliamidas, poliamidas-imidas, polnmidas y
poliuretanos En la segunda tenemos a los poliésteres saturados (PET, PBT), 
policarbonatos, poliésteres no saturados y resmas epoxicas reticuladas por anhídridos 
En la tercera encontraremos a los poliésteres, poliuretanos-poliéster, PPO, 
Celulósicos, etc
-24 -
AMIDAS, IMIDAS Y URETANOS
- C- N ------^ ----- > - C- OH + NH ■
II (I
O O
ESTERES Y CARBONATOS
C - O - m > - C - OH + HO
II 'I
O O
ETERES
1 í / I
C - O - C - m > - C - O H + H - O - C -
i l i i
Figura 2.2. Tipos de ruptura por hidólisis, de enlaces de polímeros. [LACOSTA 
BERNA J.M, 1991]
-25-
2.3. HIDROLISIS ENZIMATICA.
Los polímeros biomédicos que son utilizados para la implantación a largo-plazo son, 
frecuentemente, materiales hidrofóbicos que absorben agua, del entorno biológico,en 
pequeñas cantidades Consecuentemente, la solvatación de la superficie del polímero 
y la susceptibilidad de los grupos funcionales del polímero para la degradación 
hidrolítica no son en realidad usualmente detectados La participación posiblemente 
derivada de un leucocito (lisosomal) de enzima {por ejemplo, aquellas enzimas con 
actividad como las estearasas o las amidasas ) mediante la biodegradación de 
polímeros biomédicos ha sido una hipótesis popular para la degradación de varios 
polímeros, incluyendo los polímeros biomédicos de poliester, poliamidas, poliolefinas y 
poliuretanos segmentados Sin embargo, mientras los efectos de las enzimas han sido 
claramente mostrados, no hay ninguna evidencia directa de un mecanismo particular 
entre una enzima y un sustrato del polímero sintético sólido que haya sido demostrada 
Los productos que segrega el macrófago, incluyendo enzimas lisosomales, no preveen 
necesariamente un ambiente degradante en vivo Esto se demostró en un estudio en 
que un polieteruretano de urea (PEUU) estuvo expuesto a una reacción inflamatoria 
intensa por un período de implantación de 3 semanas La reacción intensa del 
huesped fue estimulada por la presencia de un policloruro de vinilo adyacente 
implantado que contenía un estabilizador organotin citotóxico La reacción del 
huésped al agente citotóxico incluyó concentraciones muy altas de enzimas 
extracelulares derivadas de leucocitos ¡isados Sin embargo, no fué detectada ninguna 
evidencia espectroscópica de la degradación hidrólitica
Este resultado fue explicado por el hecho de que muchas prótesis tienen su actividad 
óptima a un pH bajo , frecuentemente menor de 6 0 Este es un problema de posturas 
intracelulares, en el que los leucocitos pueden proveer niveles bajos de pH en el 
fagolisosoma sin dejar la posibilidad de sustituir células. En la mayoría de los casos, 
sin embargo, el pH observado fué >7 5, sugiriendo que las enzimas tienen una 
actividad relativamente baja Recientemente, esta observación fue confirmada por los 
estudios de Zhao y Anderson
- 26-
Muestras de PEU orientado ( al 400% ) fueron expuestas a reacciones normales y 
reacciones con agentes citotóxicos En este último entorno, no se detectó evidencia 
para la degradación, mientras el control condiciona el resultado en deterioro 
macroscópico de PEU biomédico comercial (pellethane 80 A°) Estos resultados 
destacaron la importancia de las interacciones de micrófagos variables con superficies 
del polímero implantadas y la posible participación de estas células en la 
biodegradación oxidativa o hidrolitica En el caso de enzimas, el pH en la proximidad 
de la célula parece indicar estar totalmente bajo durante un período de exocitosis y 
provee un modelo para explicar los resultados y de esos otros que han mostrado que 
las enzimas (condiciones de pH óptimo bajas) pueden provocar deterioro de las 
propiedades del polímero Siguiendo este concepto, han propuesto un mecanismoposible para la papaina combinado con la hidrólisis de PEUU, mostrado en la Figura
2.3 el cual fué adaptado del mecanismo aceptado por la hidólisis de substratos de 
proteínas
Una condición importante para el mecanismo propuesto depende de la habilidad de la 
enzima a unirse al sustrato de polímero, indicado en la Fifura 2 1 por la delgada línea 
punteada Obviamente, no ocurrirá una catálisis sin la presencia de enlaces Sin duda 
los largos tiempos de reacción que se requieren para generar efectos observables 
están sujetos al intervalo que determinen los enlaces, ya que los enlaces se forman 
normalmente a través de interacciones hidrofóbtcas no específicas, que sugieren que 
los grupos bisfeml en el polímero pueden ayudar al enlace, mientras que el estado 
sólido del sustrato reduce marcadamente los sitios de enlaces disponibles 
Claramente, la composición de la superficie del polímero en medios acuosos y los 
efectos de la solvatación que actúa en grupos funcionales polares en la interface 
necesita ser definido más exactamente Aparentemente la oxidación, más que la 
hidrólisis, es el mecanismo predominante para la degradación de PEU’S, sin embrago, 
la comparación con otros estudios están ofreciendo evidencias crecientes para 
considerar la presencia de una posible reacción de hidrólisis mediante enzimas 
[Marchant Roger E , 1991]
- ? 7 -
í
? M
s\y X - (i-N r \* / H
AMIDA EN PEUU 
[X = OóN,
= POLIMERO]
H • N-H - O ,0
C'
SITIO ACTIVO DE 
LA PAPAINA
^ x - 
¿ £
o o \ //
Hi
O A
¡1 N
W
N -!l O O//
n AI /s'\
. C-O ,, II
¿ s|< u ,
-II O O \ '/ 
c
h20
ü !UN
l x -'T
Í s
N £I-H O O 
\ O
ACIL - ENZIMA 
INTERMEDIARIA
N ^ J -H O O
\ - / V '
o
[ 'VX-C-O-H
TERMINAL INESTABLE 
DERIVADA DEL ACIDO 
CARBONICO
> "V-X-H +
AMINA O
ALCOHOL
c o 2 t
Figura No. 9. Posible mecanismo para la papaina, catalizada hodroliticamente por la 
poliéter uretano urea (PEUU), un polímero biomédico [Marchant Roger E., 1991],
C A P IT U L O 3
B I O D E G R A D A C I O N D E 
D I V E R S O S 
P O L I M E R O S
En el presente capítulo se hace una clasificación de los diversos tipos de polímeros y 
se menciona su suceptibilidad a la biodegradación. Para el estudio de la 
biodegradación de diversos polímeros, la principal fuente de infromación fué Kírk 
Othmer, 1982
Se han desarrollado métodos generales para medir el grado de descomposición de los 
polímeros orgánicos Estos métodos de medición proporcionan información como el 
grado de perdida de peso del polímero, disminución de las propiedades físicas del 
polímero como lo son el esfuerzo a la tensión, el grado de crecimiento del tamaño de
las colonias de los cultivos microbianos en contacto con el polímero
Uno de los primeros procedimientos formales que se dieron a conocer fué el método
de la ASTM D 1924-63 y en ciencias en 1980 se designa al método ASTM G 21-70. los
especímenes son puestos sobre o dentro de un medio de cultivo solido de crecimiento
el cual tiene una deficiencia de carbono disponible Despues de la inoculación con
mocroorganismo de prueba , el medio y el polímeroson incubados por tres semanas
Algún crecimiento de ía colonia es dependiente de la utilización de la especie
polimérica sobre una fuente de carbón Los organismos estándares de prueba
comunmente usados son los hongos Aspergillus mger, Aspergillus flavus, Chaetomium
globosum y Pemcilhum fumculosum dentro de una mezcla, aunque algunos otros
organismos podrían ser usados, como por ejemplo Pullaria pullulans
Después de varios tiempos de exposición, arriba de las tres semanas, los ejemplos son
examinados de acuerdo a la evidencia del crecimiento de la colonia sobre la superficie
del polímero ejemplo y se le asigna un intervalo de crecimento de acuerdo a lo
siguiente
0 = no existe crecimento visible
1 = <10% de la superficie muestra crecimiento
2 = 10-30% cubierta (crecimiento ligero)
3 = 30-60% cubierta (crecimiento mediano)
4 = 90-100% cubierta (crecimiento grande)
- 2 9 -
El método puede ser usado con especies plásticas de cualquier espesor, Ceras 
semisolidas y grasas pueden ser probadas por sus depósitos fibrosos
En otras pruebas formales son ASTM D 2676T y ciencia 1980, ASTM G 22-76, siguen 
un procedimiento similar al antes citado, excepto que son empleadas las bacterias 
como las Pesudomonas aeruginosa Generalmente los hongos son prefereridos sobre 
las bacterias para este tipo de pruebas porque los hongos muestran gran actividad y 
poseen baja amenaza de infección al personal analista
Sin embargo las pruebas de ASTM son capaces de detectar la presencia de 
cantidades mínimas de carbón disponible y son extremadamente sensitivos a la
presencia de aditivos biodegradables o impurezas dentro o fuera del polímero, como 
por ejmeplo plastificantes (qv) y agentes adesivos, etc
3. 1 POLÍMEROS DE ADICIÓN Y COPOLÍMEROS.
Los polímeros de adición y copolímeros que se consideran en este estudio son el 
polietileno, poliestireno, PVC y sus copolímeros, así como polímeros injertados y en 
bloque
P O L IE T IL E N O
Los compuestos puros con pesos moleculares arriba de 620 no han sido sometidas a 
pruebas de biodegradabilidad debido a que no es viable, ya que, varios estudios han 
demostrado que la facilidad a la biodegradabilidad del polietileno disminuye al 
incrementar su peso molecular
Lo primero que se examinó fue la susceptibilidad bacteriana del polietileno en un 
intervalo de pesos moleculares de 4,800-41,100 utilizando modificaciones de 
Pseudomonas eruginosa, Norcadia y Brevibacterium Se utilizó el método de "placa 
para conteo" El mayor aumento en la "placa para conteo" se observó para el control 
de cera de parafma, que después de 185 días dió 3 5X109 colonias por mL La "placa 
para conteo" para muestras de peso molecular de 4,800 también fueron altos 
imcialmente, pero después de 180 días, las "placas para conteo" de estas muestras así
-30 -
como de aquellas de polímeros de más alto peso molecular fueron sustancialmente 
menores que las del control de carbono libre (concentración de 5X106 colonias por 
mL) La alta actividad de la muestra de cera de parafina fue atribuida a la presencia de 
una gran cantidad de material biodegradable en la muestra La marcada disminución 
en la actividad de las muestras del polímero con el tiempo de incubación fue evidencia 
de que el suministro de moléculas de bajos pesos moléculares, moléculas de 
oligómeros biodegradables, se habían agotado
Estudios más recientes del Polietileno de alta y baja densidad, se muestran en la 
Tabla 3.1, también se observa mayor actividad en los ejemplos de bajo peso 
molecular Una prueba aún más impactante de la importancia del peso molecular en el 
control de la biodegradabilidad se encuentra en experimentos resumidos en las Tablas 
3.2 y 3.3, donde se presentan los efectos de la biodegradabilidad del polietileno de 
alta y de baja densidad, que al inicio son biológicamente inertes debido a su alto peso 
molecular, después de ser sometidos a una pirólisis éstos polímeros acusan una 
degradación biológica ya que disminuye su peso molecular En la medida en que 
aumenta la severidad de la pirólisis, el peso molecular del polímero disminuye y la 
concentración de pequeñas moléculas biodegradables aumenta
El Polietileno lineal contiene generalmente un ligero porciento en peso de cera y tiene 
un peso molecular por debajo de 5000 Los experimentos han mostrado que esta 
fracción de cera puede ser retirada del polímero por extracción con ciclohexano y 
posteriormente se expone a hongos por períodos superiores a un año para determinar 
la magnitud de la biodegradación Después de 16 semanas de exposición, la pérdida 
de peso promedio de 9 muestras tuvo 8 4 +0 04% Está aumentó a 10 6% después de 
22 semanas y alcanzó un nivel del 13 5% entre 30 y 52 semanas El hecho de que las 
muestras de cera no perdieran más peso después de 30 semanas de exposición se 
explicó debido al agotamiento de la fracción biodegradable de la cera Estos 
resultados son útiles al evaluar la extensión en que la biodegradaciónpodría afectar 
por ejemplo, a un tubo de polietileno subterráneo utilizado para llevar agua Si el
- 31 -
contenido de cera del tubo se mezcla con 5% y 13 5% de la cera biodegradable, la 
pérdida de peso máxima esperada de la biodegradación sería aproximadamente de 
0 67% Este debería de ser un efecto sin importancia en las características de 
desempeño de dicho tubo
TABLA 3.1. Efecto del Peso Molécular sobre la Degradabilidad del 
Polietileno. [KIRK OTHMER, 1982].
DENSIDAD
g/cm3
PESO MOLÉCULAR 
VISCOSIDAD 
PROMEDIO
CLASIFICACIÓN 
ASTM D 1924-63*
0 96 10,970 2
0 96 13,800 2
0 96 31,600 0
0 96 52,500 0
0 96 97,300 0
0 88 1,350 1
0 95 2,600 3
0 92 12,000 2
0 92 21,000 1
0 92 28,000 0
* significado de la escala Se mide de acuedo al método ASTM D 1924-63
-32 -
T A B L A 3.2. Efectos sobre la Biodegradabilidad de la Degradación Pirolitica
del Polietileno de alta densidad [ KIRK OTHMER, 1982],
temperatura de la
PIROLISIS, °C
PESO MOLÉCULAR, 
VISCOSIDAD > 
PROMEDIO
CLASIFICACIÓN 
- ASTM D 1924-63
Control ( sin pirólisis) 123,000 0
400 16,000 1
450 8,000 1
500 3,200 3
535 1,000 3
TABLA 3.3 Efectos sobre la Biodegradabilidad de la Degradación Pirolitica
del Polietileno de baja densidad [KIRK OTHMER, 1982].
TEMPERATURA DE LA 
PIROLíSiS, °C
PESOMOLÉCULAR,
VISCOSIDAD
PROMEDIO,
CLASIFICACIÓN 
ASTM D 1924-63
Control (sin pirólisis) 56,000 0
400 19,900 1
450 12,000 1
500 2,100 2
535 1,000 3
-33-
En un estudio de la evolución del C02 originado de una muestra de polietileno
comercial y una muestra marcada con C-14, enterrada en el suelo enrriquecido por la 
adición de basura de composteo, se encontró que cuando la muestra del polímero 
marcada con C-14 estuvo protegida de la luz, solamente se generaron trazas de 14C02 
de la muestra, probablemente debido a los oligómeros de bajo peso molecular que 
originalmente estaban presentes en el polímero Cuando el polímero contiene un 
acelerador de fotodescomposición y es expuesto a la luz solar durante 26 a 46 días 
previos al entierro, el rango de evolución del 14C02, el cual decrece constantemente 
con el tiempo de entierro, indica que en los polímeros de bajo peso molécular, los 
fragmentos biodegradables generados por la fotodescomposición se han ido agotando 
Despues de 6 meses del entierro en el suelo no hubo ninguna diferencia entre el grado 
de evolucion de 14C02 en muestras que contenían acelerador y en muestras sin 
acelerador
En un estudio similar pero con ciertos refinamientos fué investigada la oxidación 
biologica del Polipropileno y Polietileno fotodegradado por la medición de oxígeno 
tomado de la tierra de jardín conteniendo en forma pulverizada, polímero severamente 
oxidado Películas de 25 4 m de espesor fjeron fotooxidadas bajo luz ultravioleta hasta 
fraccionarse y el peso molecular (Mn) fué de 2,200 La fotodegradación del Polietileno 
consumio mas oxigeno que la fotodegradación del Polipropileno, ambos tuvieron un 
alto consumo de oxígeno más que la muestra de tierra de jardín El polietileno oxidado 
con 60% de HN03 produce excelente crecimiento de perillus fumigatus Uno de los 
productos de la oxidación es el ácido succímco, el cual es biodegradable
COPOLIMEROS DE ETILENO.
Los siguientes copolímeros de etileno de composición estipulada 
etileno-acetato de vmilo (73 33), etileno-alcohol vímlico (3 7), etileno-ácido acrílico 
(17 3), etileno-acrilato de amonio (18 7), etileno-acnlato de etilo (419), 
etileno-monóxido de carbono (47 3), etileno-ácido aconítico (41 9), etileno-ácido 
itacómco (79 21) y etileno-acrilato láurico (3 1), no fueron esencialmente asimilados
- 34 -
cuando se examinaron por la prueba de ASTM D 1924-63 Se observó que aparece un 
incremento en la polaridad e hidrofilidad del polietileno por la adición corta, del lado 
polar ramificado, no aumenta la facilidad de biodegradación
Los copolímeros de etileno con uno o varios aceites vegetales insaturados tales como 
el de castor, linaza, cártamo, soya, cacahuate, rape, olivo, maíz y ácido oléico también 
dan resultados negativos en la prueba ASTM D 1924-63 Ninguno de estos
copolímeros de etileno es biodegradable, lo cual sostiene la discución previa del efecto 
de inhibición de la ramificación de cadena en la degradación del polímero Los grupos 
derivados que resultan de la copolimerización de etileno con estos monómeros 
interfiere con la -oxidación de los hidrocarburos de la cadena principal de los 
polímeros, así, aparecen allí los efectos de la ramificación y el peso molecular sobre la 
biodegradabilidad del polietileno y de sus copolímeros
POLIESTIRENO Y COPOLIMEROS.
El pohestireno es reconocido generalmente como resistente a! ataque microbiano No 
obstante, se han hecho esfuerzos para modificar la estructura del producto y así 
aumentar su susceptibilidad a la degradación biológica, aunque sin mucho éxito Los 
esfuerzos para hacer al poliestireno biodegradable, adicionando grupos 
biológicamente activos, por copolimenzación con otros monómeros y por pirólisis ha 
sido insuficiente Las mezclas de poliestireno y copolímeros de estireno con diversos 
plásticos, que tampoco son activos, no fueron películas elastomericas termoplásticas 
copolimerizadas Estos resultados difieren con informes anteriores que aseguran que 
esos plásticos sintéticos eran biodegradables
POLICLORURO DE VINILO Y COPOLÍMEROS.
El policloruro de vímlo (PVC) es considerado generalmente como inmune al ataque por 
hongos y bacterias y es utilizado ampliamente para recubrimientos exteriores en casas 
y en los marcos exteriores de las ventanas Tiene que estar protegido por agentes con
- 35-
estabilizadores y revestirnentos para evitar el deterioro polr luz solar El plástico de 
PVC es un producto flexible utilizado en la industria automotriz, mangueras para jardín, 
delineadores de piscinas, cortinas de baño, etc como se puede apreciar en la Tabla
3.4
El policloruro de vinilo que contiene dioctil ftalato, un plástificante común, no es 
afectado por la bacteria, la muestra conteniendo R2H fue ligeramente quebradiza; en 
tanto la muestra conteniendo el plastificante H707 fue severamente quebradiza No 
hay evidencia de que el PVC fuera atacado por los microorganismos o por hongos 
Sin embargo, si el PVC estabilizado es eliminado se origina una película de 
plastificante por acción bacterial, el polímero incrementa su oxidación y suceptibilidad 
microbial Un número de copolímeros de cloruro de vmilo comerciales y mezclas han 
sido probadas para su biodegradabilidad y se ha encontrado que son inactivas Estos 
son Cycovin (ABS-PVC mezcla), Baarex 210, Lopac, Kydene (PVC-PMMA mezcla), 
Saran (Cloruro de Vmilo-Copolímero de Cloruro de Vmilideno) y Poliacetato de vmilo
Tabla 3.4 Efecto de la pérdida de plastificante sobre las propiedades físicas del 
Policloruro de Vínilo plastificado después de la exposición a la bacteria3 [KIRK
OTHMER, 1982]
MODULOS DE TENSION O ELASTICIDAD, 
Mpat>
PLASTIFICANTE
SIN
EXPOSICIÓN
EXPUESTAS CAMBIO, %
r2h poliester 16 33 19.91 22
H707 9.46 33.73 258
Dioctil ftalato 7.6 8.04 6
a Para convertir los MPa a psi, multiplique por 145
- 36-
COPOLIMEROS EN BLOQUE E INJERTADOS.
Varios injertos ó bien copolímeros en bloque se pueden preparar utilizando polietileno, 
poliestireno o polietilentereftalato como polímeros fundamentales y poli-caprolactama 
los cuales son polímeros biodegradables [POTTS J E , 1972] La Tabla 3.5 muestra 
las clasificaciones de crecimiento degradativo de acuerdo al ASTM en función de la 
composición de polímeros de injerto etilen-caprolactama Aparentemente la muestra 
tiene un contenido al menos de 50% en peso de caprolactama para mostrar un 
crecimiento apreciable Según el método ASTM D 1924-63 el polímero de
caprolactama es selectivamente degradado
Los polímeros de injerto de estireno y caprolactama dan buen crecimiento bacterial en 
concentraciones de caprolactama tan bajas como 35% Esto refleja probablemente el 
mayor grado de incompatibilidad del poliestireno y la caprolactama en comparacióncon el polietileno y la policaprolactama, cuyos resultados son mayores en las cadenas 
disponibles de la policaprolactama existentes en la superficie de la muestra No se 
observó ninguna evidencia de ataque en la parte de poliéstireno de estas muestras 
Para los copolímeros en bloque de polietilentereftalato-poli-̂ -caprolactama, debido a 
las altas concentraciones del PCL los bloques de PET no presentaron 
biodegradación
Estos resultados para copolímeros en bloque e injerto sugieren que asociando 
moléculas de polímeros biodegradables con otras moléculas de polímeros no se 
incrementa la degradabilidad del componente inerte y que el segundo componente 
puede ser encapsulado por el componente activo si se presentara éste en mayor 
proporción
-37-
Tabla 3.5. Biodegradabilidad de injerto { Polietileno-poli Caprolactama) [POTTS 
J.E. 1972].
EJEMPLO ETSL£NOt
%
CAPROLAC­
TAMA, %
CLASIFICACIÓN 
ASTM D 1924-63
1 24 76 4
2 48 52 4
3 60 40 2
4 88 12 0
3.2 POLIMEROS DE CONDENSACIÓN.
Debido a que los polímeros sintéticos de condensación tienen el mismo grupo éster, 
amida y enlaces de éter encontrados en forma natural que se encuentran en los 
polímeros como proteínas, grasas y carbohidratos, es razonable esperar que esos 
polímeros de condensación sean más fácilmente biodegradables que los polímeros de 
cadena de carbono Sin embargo, se ha observado que algunos polímeros de 
condensación de pesos moléculares altos, comercialmente disponibles como nylons y 
poliesteres aromáticos, son también resistentes al ataque biológico Esto permite su 
uso en aplicaciones como cuerdas, textiles, alfombras y partes moldeadas donde la 
resistencia a la biodegradación puede ser importante
Ciertos tipos de polímeros de condensación, como poliésteres alifáticos y poliuretanos 
derivados de dioles, se ha encontrado que pueden ser suceptibles a la degradación 
microbiana También , la introducción de aminoácidos y otras sustancias similares 
parecen aumentar la suceptibilidad de ciertos polímeros de condensación al ataque 
por enzimas y microbios Debido a su alto costo, las aplicaciones para tales productos 
es restringida solamente al uso en implantaciones biomédicas y suturas quirúrgicas 
donde la eliminación por el cuerpo es deseada [KIRK OTHMER, 1982] El efecto de las 
variaciones estructurales en polímeros de suceptibilidad microbial se da como sigue
- 38-
POLIAMIDAS.
Aunque estos polímeros contienen enlaces amida similares a los de las proteínas, los 
polímeros cristalinos de alto peso molécular, como el nylon 6 (poli E-caprolactama), 
nylon 6,6 y nylon 12 se ha encontrado que son bastante resistentes al ataque 
microbial Sin embargo, una bacteria (Corynebacterium aurantiacum B-2) aislada de 
una linea de agua del efluente de una planta de nylon 6, se encontró que es capaz de 
dividir el ciclo del trímero, tetrámero y pentámero de la -caprolactama, así como el 
dímero, trímero y tetrámero lineal
La posibilidad de incrementar la biodegradabilidad de las poliamidas, con injertos de 
aminoácidos en la cadena del polímero se ha estado investigando El intento de la 
inserción aleatoria resulto en un considerable bloqueo de los grupos de aminoácidos 
Un copolimero alternante de glicina y acido E-aminocapnónico fué mas degradable 
que el basado únicamente en la glicina
En otros trabajos se prepararon benzilato de nylon-6,3 (mp 140-145 °C, Mn 2000) de 
acido bencilmalonico y se encontró que pueden ser hidrolizado por "chymotrypsin” 
en solucion buffer Sin embargo, para nylons (2-6), (4-6), (6-6) y (8-6), derivados del 
DL-a-acido benciladípico, se observo una degradación muy pequeña Se ha 
especulado que los isomeros D de los polímeros DL actuaron como inhibidores de la 
enzima Se preparó una sene de poliamidas conteniendo metil y/o 1,3 diamino-2 
propanol con cloruro de diácido Estos polímeros variaron su Mn de 9,470 a 20,000 y 
fundieron en el intervalo de 180-245 °C Todos estos polímeros soportaron el 
crecimiento de A Niger y A Flavus, mientras que los nylons preparados con 
etilendiamina y 1,3 diaminopropano fueron resistentes al ataque de hongos
POLIUREAS.
Estas se prepararan por la reacción de polusocianatos y poliamidas Las poliureas 
lineales son cristalinas y resistentes a la degradación, pero sustituidas por poliureas
- 39-
preparadas originalmente de metil etil ésteres de L-LISINA sostienen el crecimiento de 
Aspergillus niger El metil éster llega a ser soluble en agua después de la exposición a 
la chymotrypsm en una solución reguladora de pH y al subtilisim, aparentemente 
debido a la hidrólisis del enlace éster También la poliésterurea derivada del 
aminoácido de femlamina es degradada por la chymotrypsm Los polímeros se 
prepararon por la esterificación del etilenglicol con fenilanma seguido por la reacción 
de los grupos amino con 1,6-dnsocianato hexano para dar un producto de Tf 194-198 
°C con un Mn entre 1930 y 2640 Basados en pequeños cambios en la concentración 
del grupo aminoácido, se concluye que los enlaces de éster son degradados 
preferencialmente Un polímero similar preparado utilizando glicina en lugar de 
femlamina no es degradado Los Poli (amida-uretanos) preparados originalmente a 
partir del acido mandelico y 16 dicianatohexano (Tf 110-150°C, Mn 7,500) son 
biodegradables, mientras que un poliester similar preparado de ácido glicolico no es 
biodegradable ya sea por enzimas o por Aspergillus niger
POLIESTERES AROM ÁTICOS.
Los poliesteres que contienen cantidades significativas de componentes aromáticos se 
encuentra generalmente que son resistentes a la biodegradación Por ejemplo, se 
encontró que el Arnite G (polietilentereftalato), Vitel PE 100 (polietilen- tereftalato- 
isoftalato), Kodel (poli ciclohexano dimetanol tereftalato), Mylar (polietilentereftalato) y 
poli (bisfenol A-carbonato) son resistentes a la degradación según la prueba de ASTM 
D 1924-63 Las fibras de PET muestran buena resistencia al ataque biológico después 
de la exposición durante siete años, al agua de mar El Dacrón (un copoliéster del 
acido tereftálico metil tereftalato y etilen glicol) en forma de tela muestra buena 
resistencia al ataque por hongos y ninguna pérdida de fortaleza después de ser 
enterrado en el suelo El Terylene (polietilenglicol tereftalato) y los pohcarbonatos 
también son resistentes
-40-
Se prepararon pohcetoésteres de bajo peso molécular a partir de 4,4-bis (cloroacetil) 
difemléter, 4,4-bis (bromoacetil difeml éter) y 4,4-bis(2-bromopropiom!) difeml éter y 
ácidos alifáticos de 6, 8. 9, 10 y 12 átomos de carbono Los pesos moleculares de 
estos polímeros se estimaron en aproximadamente 2000 por análisis de grupos 
terminales El poliéster preparado con (CH2)10 diácido dió un valor según la 
clasificación ASTM D 1927-63 de 3, aquellos de (CH2)8 y (CH2)6 dieron de 2 Las 
versiones de alto peso molecular de estos polímeros no fueron probados
POLIESTERES ALIFÁTICOS.
Hay muchos informes que describen a los ésteres alifáticos y poliésteres alifáticos 
como biodegradables La susceptibilidad a hongos en tres polímeros de poliester, 
polietilen glicol adipato de Mn 390, poli (1,3 propanodiol adipato ) de Mn 5240 y poli 
(14 butanodiol adipato) se encontró que puede ubicarse en 4 como se muestra en las 
clasificaciones de crecimiento, utilizadas en el ASTM 1924-63 Dicha suceptibilidad se 
probo frente a siete organismos A niger, A flavus, A Versicolor, O Finiculosum, 
Pullaria pullulans, Trichoderma y Chaetomium globosum
Otro estudio se aplico a cuatro plastificantes de tipo poliéster polipropilen sebacato, 
acido sebásico poliester y dos poliésteres no identificados Todos estos plastificantes 
comerciales fueron atacados rápidamente por cada uno de 24 hongos probados, con la 
excepción del A niger el cuál no dio crecimiento de colonias cuando el poliéster del 
acido sebásico fue la única fuente de carbono Los siguientes plastificantes de tipo 
éster, que no son disponibles para organismos mesofílicos, son utilizados por 
microorganismos de tierra termofílicos a 48°C Estosson tri-n-butil citrato, dioctil 
sebacato, polietilen glicol 200, tricresil fosfato, dioctil ftalato y trietilfosfato El bencil 
benzoato de n-butil tereftalato y glicerol triacetato son bastante inactivos para 
organismos termofílicos y plastificantes de poliésteres
-41 -
Se realizó un estudio comparativo de la agresividad que presentan una familia de 
hongos contra una familia de bacterias hacia el butilen glicol en la que se emplea 
poliadipato como plastificante siendo ésta la única fuente de carbono Este polímero 
fue sometido al ataque por 51 hongos aislados sin otra fuente presente de carbono 
Todos los cultivos bacterianos probaron los requerimentos de la presencia de una 
fuente suplementaria de carbono como extracto de levadura La biodegradabilidad de 
un número de poliésteres alifáticos de diferente estructura y peso molécular fue 
investigada en otros trabajos, utilizando el método de prueba ASTM D 1924-63
Los resultados se muestran en la Tabla 3.6 La muestra 1, un poliéster lineal obtenido 
por la apertura del anillo en la polimerización de la E-caprolactama, tiene un peso 
molecular aproximadamente de 40,000 Este polímero es atacado rápidamente tanto 
por hongos como por bacterias La muestra 2, un poliéster ramificado obtenido por la 
polimerización de la apertura del anillo de pivalolactona, no es atacado, aunque es de 
peso molecular mucho menor Los poliésteres basados en el ácido fumárico, que es 
msaturado, son atacados con menor rapidez que aquellos basados en ácidos 
dibasicos saturados como los ácidos succímco y adípico Una marcada dependencia 
de la facilidad de degradación con respecto al peso molécular se observa en la 
muestra 4 y 5 de politetrametilen succinato
-42-
Tabla 3.6 Biodegradabilidad de los Poliésteres Alifáticos [KIRK OTHMER, 1982].
EJEMPLO DESCRIPCIÓN CLASIFICACIÓN ASTM
1 poli
(E-caprolactama)
4
2 polipivalolactone 0
3 poli (etilen 
succinato)
4
4 poli (tetrametiien 
succinato)
1
5 poli (tetrametiien 
succinato)
4
6 poli (hexametilen 
succinato)
4
7 poli (hexametilen 
fumarato)
2
8 poli (hexametilen
fumarato)
2
9 poli (etilen 
adipato)
4
Una buena correlación entre biodegradabilidad y punto de fusión existe para una serie 
de poliesteres alifáticos, como se muestra en la Tabla 3.7 La biodegradabilidad 
disminuye marcadamente con un punto de fusión creciente para estos poliesteres Los 
copolímeros preparados por transesterificación entre poliésteres alifáticos poli 
E-caprolactama y diversos poliésteres aromáticos muestra la misma dirección 
Solamente la parte alifática de los copoliésteres aparece como factible para ser 
biodegradada
- 4 3 -
En una prueba de la degradabilidad de copoliesteres de DL-ácido tartárico y dioles 
teniendo 2, 6, 8, 10 y 12 átomos de carbono, el C2 poliéster no soportó el crecimiento 
de A Niger en ASTM D 1924-61T La cadena más larga de dioles de poliéster fué 
degradada, con una ocurrencia de efecto máxima con C6 y C8 dioles Bloqueando la 
mitad de los grupos OH pendientes del ácido tartárico se logró una gran reducción en 
la actividad Poliésteres conteniendo 50% de ácido mandélico fueron degradados; sin 
embargo, aquellos que contuvieron una cantidad menor o igual al 20% de ácido 
mandélico fueron inactivos, siendo probados todos los poliésteres del ácido ghcólico
Tabla 3.7 Biodegradabilidad de los poliésteres alifáticos saturados en función 
del Punto de Fusión (Melting Point) [KIRK OTHMER, 1982].
POLIESTER BIODEGRADABILIDAD, 
TOTAL DE CARBONO 
ORGANICO FORMADO, 
103 ppm
Mp, ’ C
poli (etilen ad ipato ) 9 4 48
poli (etilen a ze la to ) 3 7 51
poli (etilen subera to ) 1 6 64
poli (etilen seb a c a to ) 1 74
poli (e tiie n d e c a m e tila to ) 0 3 86
poli (butilen seb a c a to ) 3 3 65
poli (butilen succinato ) 0 2 112
poli (E -c a p ro la c ta m a ) 3 6 59
poli p ro p io lac tam a 1 7 95
poli (h exam etilen 
seb a c a to )
1 3 73
- 44 -
3.3 ELASTÓMEROS.
Aparentemente, el poli-cis-isopreno es realmente biodegradable En una observación 
del poli-cis-isopreno, en forma de látex coagulado, se encontró cera descompuesta 
después de tres semanas de entierro en el suelo Los primeros trabajos informaron 
que plásticos sintéticos como estireno-butadieno, polibutadieno y acrilomtrilo 
butadieno estireno (ABS) también fueron plásticos biodegradables Sin embargo, en 
estas pruebas de plásticos sintéticos no fue tomado en cuenta la presencia de aditivos 
biodegradables como agentes emulsionantes agentes vulcanizantes y plástificantes 
En el caso del poli-cis-isopreno en estudio, la muestra fue completamente consumida, 
de modo que no hay duoa acerca de la biodegradabilidad del polímero
Otras pruebas han mostrado que los siguientes polímeros sintéticos no son suceptibles 
al ataque microbial ABS copolímero en bloque de estireno-butadieno (elastómero
termoplastico) plástico butadieno acrilonitrilo, polnsobutileno y polietileno
clorosulfonado (Hipalon)
3.4 LATEX ACRÍLICO Y VÍNILICO.
Los látex vimlicos y acrilicos hechos por polimerización en emulsión son utilizados en 
pinturas de látex, adhesivos, papel, revestimento de lámina, acabados textiles y otros 
similares Muchos polímeros y copolímeros están disponibles en forma de látex, 
incluyendo el poliacetato de vimlo, policloruro de vimlo-etileno, policloruro de 
vmilo-acido acrilico, polibutadieno estireno y muchos copolímeros que contienen 
esteres de acrüato o metacrilato Aunque estos polímeros son resistentes al ataque de 
diversas sustancias en la formulación de emulsión, como son monómero, agentes de
abultamiento (polialcohol vímlico y celulósico), estabilizadores, surfactantes y
antiespumantes
-45-
Las causas y prevenciones del deterioro microbiológico del látex en emulsión han sido 
discutidas El deterioro resulta de la presencia de sustancias susceptibles al ataque 
microbial y microbios como bacterias, hongos y la levadura en la formulación y 
condiciones ambientales favorables al crecimiento microbiano La pérdida de la 
viscosidad en el almacenamiento resulta de la degradación bacteriana de agentes 
poliméricos espesantes como ésteres celulósicos solubles en agua y alcohol 
polivimlico La sustitución de aditivos no degradables por unos degradables minimiza 
el deterioro microbial, como se hace en la fabricación sanitaria y en los procedimientos 
de manufactura El uso de biocidas de amplio espectro en la formulación de 
emulsiones es recomendado grandemente
3.5 POLIMEROS SOLUBLES EN AGUA.
La biodegrdabilidad de los polímeros soluble en agua depende de su estructura 
molecular, la presencia de enzimas específicas, y en algunas circunstancias del peso 
molecular del polímero Una antigua revisión de las propiedadesde los polímeros 
solubles en agua incluyen su biodegradabilidad, la cual fué medida por la prueba de 
demanda biologica de oxigeno (BOD)
Los polímeros sintéticos solubles en agua que son resistentes a la biodegradación por 
la prueba de BOD son los polietilen glicóles, polímeros de Carboxiviml (Carbopol), 
peróxido de polietileno (Polyox), polivmil piorrolidona, poliviml eter, sales de ácidos 
poliacriIicos, poliacrilamida y alcohol polívinilico Sin embargo, el polialcohol vimlico 
puede ser biodegradado por medio de otra prueba El polióxido de etileno puede ser 
biodegradable en pesos moleculares por debajo de 500 pero es resistente a pesos 
moleculares mas altos
La mayoría de los derivados celulósicos solubles en agua, como el Klucel (una 
celulosa de éter), y otros derivados del éter, como el etil-2-hidroxietil celulosa, etil metil 
celulosa, 2 hidroxietil celulosa, 2-hidroximetilceluiosa, 2-hidroxipropil metil celulosa, 
metil celulosa, carboximetil celulosa de sodio, sodio carboximetil celulosa y celulosa 
de sodio sulfatada son biodegradables Ocurriendo lo mismo con los polímeros 
naturales solubles en agua como la goma de mascar arábiga, goma de mascar Karaya,
- 46 -
g o m a d e m a s c a r t r a g a c a n t o , g o m a d e m a s c a r guar, g o m a d e m a s c a r d e frijol d e
cigarra, al m i d ó n , c a s e í n a , gelatina s e c o n s i d e r a n b i o d e g r a d a b l e s El a g a r - a g a r s e 
d e g r a d a l e n t a m e n t e , d e m o d o q u e e s utilizado a m p l i a m e n t e c o m o u n m e d i o d e cultivo 
m i c r o b i ó l o g i c o
-47 -
C A P I T U L O 4
" A V A N C E S 
T E C N O L O G I C O S E N 
L A O B T E N C I O N D E 
P O L I M E R O S 
B I O D E G R D A B L E S "
. m
E n el p r e s e n t e capitulo s e d a r á u n a p a n o r á m i c a g e n e r a l d e c o m o s e h a n d e s a r r o l l a n d o 
los p o l í m e r o s b i o d e g r a d a b l e s , a l g u n o s m é t o d o s d e o b t e n c i ó n d e p o l í m e r o s 
b i o d e g r d a b l e s , así c o m o , a l g u n o s m é t o d o s p a r a p r o b a r el g r a d o d e b i o d e g r a d a c i ó n
4 . 1 A N T E C E D E N T E S .
P a r a lograr u n a revisión histórica r a z o n a b l e m e n t e c o m p l e t a d e los e s t u d i o s existentes 
d e la interacción ent r e los p o l í m e r o s y los e n t o r n o s biológicos, t e n e m o s q u e t o m a r e n 
c u e n t a el c a m b i o q u e o c u r r e al p a s o del t i e m p o c o n r e s p e c t o a la m o t i v a c i ó n d e e s t e 
tipo d e trabajo
D e b i d o a dificultades o r i g i n a d a s e n la S e g u n d a G u e r r a M u n d i a l c o n la e x p o r t a c i ó n d e 
e q u i p o t é c n i c o a p a í s e s tropicales h ú m e d o s , s e iniciaron e s t u d i o s detallados, 
f r e c u e n t e m e n t e e n laboratorios d e g o b i e r n o s , p a r a e x a m i n a r el p a p e l d e los 
m i c r o o r g a n i s m o s e n el deterioro d e los m a t e r i a l e s sólidos y t a m b i é n el desarr o l l o d e 
p r o d u c t o s q u í m i c o s p r o t e c t o r e s del deterioro, c o m o c i d o s c o m o “biocidas" E s t o s 
e s t u d i o s a d q u i r i e r o n el titulo d e “b i o d e t e n o r a c i ó n” y s u c o n d i c i ó n f u e r e c o n o c i d a y 
a d o p t o e s p e c i f i c a c i o n e s e s t á n d a r e s p o r ejemplo, la e s p e c i f i c a c i ó n d e la p r u e b a del 
c r e c i m i e n t o e x c e s i v o d e h o n g o s A S T M D 1 9 2 4 (1963), e n los E s t a d o s U n i d o s E n los 
7 0 s fu e r e c o n o c i d o el g r a n interés a c e r c a d e la e l i m i n a c i ó n d e los plásticos d e 
e m p a q u e t a d o c o m o u n potencia! c o n t a m i n a n t e S e iniciaron n u e v o s p r o g r a m a s d e 
investigación, p e r o a h o r a p r i n c i p a l m e n t e e n laboratorios d e u n i v e r s i d a d e s , y el objetivo 
principal d e los e s t u d i o s f u e a u m e n t a r la sensibilidad b i o lógica d e e s t o s p o l í m e r o s El 
t e r m i n o " b i o d e g r a d a c i ó n” p r e v i a m e n t e a d o p t a d o e n c o n e x i ó n c o n la e l i m i n a c i ó n d e 
m a t e r i a l e s s o l u b l e s e n a g u a c o m o p o r e j e m p l o s u r f a c t a n t e s s e utilizó y c o m e n z ó la 
b ú s q u e d a d e p o l í m e r o s b i o d e g r a d a b l e s
-48-
B r o w n e n 1 9 4 6 h a b l ó a c e r c a d e la ligera suceptibilidad del nitrato d e c e l u l o s a 
p r o d u c t o s s e m e j a n t e s al poliacetato d e vmilo, p o l í m e r o s d e m e l a m i n a f o r m a l d e h í d o y 
otras r e s i n a s sintéticas e n las cuales, la resistencia al a t a q u e p o r h o n g o s e s g r a n d e
H u e c k e n 1 9 6 0 y W e s e l e n 1 9 6 4 , entre otros investigadores, dividieron los plásticos 
h a s t a e s e e n t o n c e s c o n o c i d o s , e n d o s g r u p o s los d e b u e n a r esistencia y los d e p o b r e 
resistencia a los m i c r o o r g a n i s m o s H u e c k t a m b i é n c o n c l u y ó q u e la bio d e t e r i o r a c i ó n d e 
los p o l í m e r o s p u e d e d e p e n d e r d e s u g r a d o d e p o l i m e r i z a c i ó n y d e la cristalimdad
O t r o s a u t o r e s r e v i s a r o n el efecto d e los m i c r o o r g a n i s m o s e n r e s i n a s y plásticos 
t o m a n d o c o m o referencia la n a t u r a l e z a q u í m i c a del p o l í m e r o y el posible 
p r o c e s a m i e n t o d e aditivos incluidos e n s u f o r m u l a c i ó n [ K u h l w e i n etal, 1 9 6 7 ] 
[ H a l d e n w a g n e r 1 9 7 0 ]
S e p r o b a r o n m a s d e 3 0 0 tipos d e p o l í m e r o s y e l a s t o m e r o s e n el a s p e c t o m i c r o b i a n o y 
f u e r o n o b s e r v a d o s p o r S c h w a r t z 1 9 6 3 U n g r u p o d e b a c t e r i a s fu e a i s l a d a del 
p o l í m e r o y s e reviso s u c r e c i m i e n t o m e d i a n t e p r u e b a s e n u n cultivo e n para f i n a y s e 
c o m p a r o e s t e c r e c i m i e n t o c o n u n m e d i o c a r e n t e d e e s a f u e n t e d e c a r b o n o libre S e 
e n c o n t r o q u e el Polietileno, Policloruro d e vinilo y Poliestireno p u e d e n s e r m u y 
resistentes I g u a l m e n t e W a s s e r b a u e r e n 1 9 6 7 p r o b ó 2 1 4 d i v e r s o s m a t e r i a l e s 
a m p l i a m e n t e utilizados e n la electrónica y electrotecnia p a r a d e t e r m i n a r s u resistencia 
al c r e c i e m i e n t o superficial d e h o n g o s
L a resistencia d e los p o l í m e r o s a los m i c r o o r g a n i s m o s , e v a l u a d a e n diferentes p a í ses, 
c o n diferentes m é t o d o s h a sido r e p o r t a d a p o r D o l e z e l e n 1 9 6 7 ] El g r a d o d e 
c r e c i m i e n t o d e h o n g o s e n los plastificantes n o s i e m p r e c o r r e s p o n d e a los c a m b i o s e n 
s u s p r o p i e d a d e s m e c a m c a s D e m m e r e n 1 9 6 8 t a m b i é n c o m p a r ó diferentes m é t o d o s 
d e p r u e b a y e n c o n t r ó , al igual q u e Dolezel, q u e el Polietileno y el Policloruro d e Vinilo 
s o n resistentes al a t a q u e p o r h o n g o s , m i e n t r a s q u e e n las P o l i a m i d a s s e e n c o n t r ó 
q u e p u e d e n se r m a s s u c e p t i b l e s a la b i o d e g r a d a c i ó n
-49-
W o r n e e n 1 9 7 1 p r o b ó diferentes m a t e r i a l e s e n p r u e b a s d e entierro e n s u e l o y e n c o n t r ó 
q u e la c o p o l i m e r i z a c i ó n d e á c i d o s acrílicos, a c r i i a m i d a o vmil a c e t a t o c o n etileno y 
p r o p i l e n o a u m e n t ó la b i o d e g r a d a b i l i d a d d e e s t o s p o l í m e r o s po l i o l e f í m c o s 
I n v e r s a m e n t e , s e e n c o n t r ó q u e las poliolefinas sin mod i f i c a r s o n casi c o m p l e t a m e n t e 
resistentes W o r n e a s e g u r a h a b e r a l c a n z a d o cierto éxito e n el desarrollo d e los 
plásticos b i o d e g r a d a b l e s
C a n n o l l y e n 1 9 7 2 a n a l i z a parte d e la t e n d e n c i a e n el c o m p o r t a m i e n t o del material 
plástico d e s p u e s d e 8 a ñ o s d e entierro e n el s u e l o El entierro e n el s u e l o e s u n a 
p r u e b a m u y realista p e r o al m i s m o t i e m p o resulta c o m p l e j a y difícil d e controlar y a 
q u e los c a m b i o s físicos e n los m a t e r i a l e s plásticos p u e d e n estar p r o v o c a d o s p o r u n a 
v a r i e d a d d e fact o r e s biológicos, así c o m o fact o r e s n o biológicos L o s Polietilenos. 
P o h c l o r u r o s d e Vi ni lo, Acrílicos, P o l i c a r b o n a t o s , Poliestirenos b a s e estireno, e p ó x i c a s 
i n s a t uradas, N e o p r e n o y p o l í m e r o s d e m t n l o m o s t r a r o n , e n e s t a p r u e b a , q u e n o s o n 
a f e c t a d o s e s e n c i a l m e n t e