Biodegradacion_de_polipropileno_evaluaci

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BIODEGRADACIÓN DE POLIPROPILENO:
EVALUACIÓN GRAVIMÉTRICA Y POR
 ESPECTROSCOPÍA INFRARROJA
María Silvia Alonso
Ingeniera Química (U.N.Ju., Jujuy, Argentina), Doctorada en la Université des Sciences et
Techniques du Languedoc (Montpellier, Francia). Profesora Adjunta de
Bioingeniería/Microbiología Industrial y Directora de Proyectos de investigación sobre
Descontaminación en la Universidad Nacional de Jujuy, incluyendo actualmente el de
"Biodegradación de plásticos".
Carmen Inés Viturro
Licenciada en Química (Universidad de Buenos Aires), Doctorada en Ciencias-Área Química
(Universidad Nacional de Salta). Profesora Asociada a cargo de la cátedra de Química Orgánica,
asesora del Proyecto "Biodegradación de plásticos" y Directora de Proyectos de investigación
sobre Productos naturales de interés en la región, en la U.N.Ju..
María Gabriela Sueldo
Estudiante (último año) de la carrera de Ingeniería Química de la Facultad de Ingeniería de la
U.N.Ju.. Es becaria adscripta del proyecto de investigación "Biodegradación de plásticos".
Abel Ricardo Lozano
Estudiante (último año) de la carrera de Ingeniería Química de la Facultad de Ingeniería de la
U.N.Ju.. Actual colaborador ad-honorem del proyecto de investigación "Biodegradación de
plásticos". Colaboró también como becario adscripto en el proyecto de investigación
“Descontaminación del lixiviado de un relleno sanitario”.
Sergio Omar Madregal
Ingeniero Químico (U.N.Ju.). Se desempeña como docente del Área Física en la Facultad de
Ingeniería de la Universidad Nacional de Jujuy, y como investigador adscripto al proyecto de
investigación “Biodegradación de plásticos”.
Dirección: Facultad de Ingeniería (Planta piloto) de la Universidad Nacional de Jujuy, Avdas.
Martiarena e Italia, (4600) San Salvador de Jujuy, Tel. (0388)4221592, Fax: (0388)4221528, E-
mail: msalonso@fi.unju.edu.ar
Palabras clave: residuos – plásticos – polipropileno – biodegradación -
espectroscopía IR
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RESUMEN
Considerando las importantes cantidades de residuos de polipropileno, se realizó este trabajo para
conocer si objetos de este plástico pueden ser biodegradados, a qué velocidad y con qué
mecanismo. Se estudió la evolución de la pérdida de peso, durante 14 meses, de trozos de
bandejas de polipropileno, enterradas en humus de lombricultura , a 25ºC y 40-50% de humedad,
analizándose, además, al final de los ensayos, los espectros infrarrojo de muestra y testigo. Se
verificó biodegradación del plástico estudiado por gravimetría y por espectrofotometría, y se
encontró que la degradación ocurre por ruptura de las uniones del carbono metínico del
polipropileno.
INTRODUCCIÓN
El polipropileno es un polímero que se emplea en la fabricación de numerosos envases
descartables de alimentos, tales como bandejas, bolsas, envoltorios, etc. (Plastivida Argentina,
1997). Por lo tanto, es común encontrar objetos de este plástico en los residuos sólidos
domiciliarios, en cantidades que dependen de la población que produce estos desechos (Alonso et
al., 1999; Comisión técnica Plastivida, 1998). Para dar un ejemplo con valores recientes para
nuestro país, se puede mencionar que en la ciudad de San Salvador de Jujuy el polipropileno
representa aproximadamente entre 10 % y 15 % en peso (entre 7% y 14 % en volumen) de los
residuos plásticos domiciliarios (Alonso et al., 2000).
La biodegradación de plásticos constituye una posible vía de minimización de estos desechos
(Carrasco, 1991; Comisión Técnica Plastivida, 1998; Morton y Surman, 1996), lo que disminuiría la
superficie necesaria para disponer los mismos (en rellenos sanitarios, por ejemplo). En el caso del
polipropileno, y de algunos otros plásticos, quizás los resultados negativos de los estudios de
biodegradación realizados por algunos autores (Müller y Deckwer, 2000, Lombardi et al., 1978)
hayan desalentado la realización de trabajos de otros grupos sobre este tema, y ésa sea tal vez la
razón de una disponibilidad bibliográfica tan escasa sobre biodegradación de polipropileno
(agregando a los anteriores Cacciari et al., 1993).
En cuanto a los criterios y técnicas empleados para evaluar los resultados de una posible
biodegradación de un plástico determinado, se encuentran, entre otros: la pérdida de peso luego
de remoción de la biomasa de la superficie del polímero y la espectroscopía, sirviendo esta última
para determinar cambios estructurales del polímero debido a la actividad microbiana (Z. Filip,
1985).
Este trabajo fue realizado con el fin de determinar si objetos de polipropileno (tales como
bandejas, por ejemplo) son susceptibles de ser degradados en presencia de microorganismos de
poblaciones como la que provee el humus de lombricultura. Por otra parte, se ha considerado de
interés conocer el mecanismo de biodegradación, al tiempo que verificar la misma por cambios en
la estructura del polipropileno.
De encontrarse resultados favorables de biodegradación, los microorganismos responsables de la
misma podrían reproducirse de modo de aumentar su concentración, y así acelerar la velocidad de
biodegradación, ya que se sabe que en fuentes naturales de microorganismos, tales como tierra,
compost, etc., las cinéticas de degradación de diferentes polímeros son lentas (Alonso et. al, 2001;
Müller y Deckwer, 2000).
MATERIALES Y MÉTODOS
Para estos estudios se colocaron rectángulos de 3,3 cm por 7,0 cm de lado, provenientes de
bandejas descartables de polipropileno, en potes rellenos con humus de lombricultura (como
fuente de microorganismos), a 2,5 cm de profundidad. Los ensayos cuyos resultados se
presentan aquí corresponden a un período total de incubación de aproximadamente 14 meses, a
una temperatura promedio de 25 ºC, y a una humedad mantenida alrededor de 45 ± 5 %.
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Se conservaron paralelamente muestras testigo de rectángulos de bandejas de polipropileno, en
condiciones similares a las descriptas, pero en ausencia de microorganismos.
A fin de cuantificar la biodegradación, se evaluó la pérdida de peso de las muestras, a través del
tiempo. La pesada inicial de cada muestra se efectuó antes de ubicarla en el pote respectivo, y la
final después de extraerla a un tiempo de incubación determinado, y luego del siguiente
tratamiento: lavado con agua y cepillado suave para eliminar restos de vermicompost y de
microorganismos posiblemente adheridos, a continuación eliminación de posible sustancias grasas
con etanol , y secado hasta peso constante. Para pesar se empleó una balanza analítica con
precisión de centésima de miligramo.
A la muestra tratada del final de los ensayos (aproximadamente 14 meses de incubación) y al
testigo respectivo se los sometió a análisis con un espectrómetro infrarrojo, empleando las
siguientes condiciones operativas: 15 scan a temperatura ambiente, en el rango de 4000 cm-1 a
400 cm-1 con resolución de 4 cm-1.
RESULTADOS
La pérdida de peso (tanto absoluta como porcentual) de las muestras a través del tiempo, se
presenta en la Figura 1.
Figura 1. Pérdida de peso de rectángulos de polipropileno por microorganismos de vermicompost
Se observa que, tal como se encontró en condiciones similares para polietileno de alta y de baja
densidad (Alonso et al., 2001), al comienzo la velocidad de biodegradación fue más rápida, para
luego disminuir (en este caso, a partir de los 2 meses de incubación). La baja pérdida porcentual
de peso indica que los microorganismos que actuaron deberían estar presentes en una
concentración considerablemente mayor a la que se encuentran en el humus de lombriz empleado
para poder lograr un proceso de biodegradación microbiana en un tiempo aceptable. En efecto,
con los valores obtenidos aquí se calcula, suponiendo una biodegradación que progrese
idealmente hasta la casi totalidad del material estudiado, que se necesitarían 100 años o más para
concretar este objetivo, lo cual no sería un emprendimiento atractivo de realizar en escala real
para desechos del plástico estudiado. Los resultados de pérdidas de peso más importantes
encontrados por Cacciari etal. (1993) se deberían a las condiciones operativas marcadamente
diferentes (menos complejas o "naturales") con las que trabajaron estos autores: microorganismos
provenientes de biopelícula de polietileno, para degradar polipropileno isotáctico puro, a 30ºC, en
un medio sintético con lactato de sodio y glucosa.
En cuanto al análisis infrarrojo de las muestras sin y con tratamiento con microorganismos, los
resultados se hallan en la Figura 2.
Polipropile no Bande ja
0
0,4
0,8
1,2
0 4 8 12 16
Tie m po [m es e s ]
P
é
rd
id
a
d
e
p
e
s
o
[m
g
]
0
0,1
0,2
0,3
P
é
rd
id
a
d
e
p
e
s
o
[%
]
mg %
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De la comparación de los espectros obtenidos para la muestra tratada con respecto al testigo, se
observan variaciones tanto en algunas bandas características del polipropileno (Hesse et al., 1999;
Pretsch et al, 1995) como en bandas anómalas, correspondiendo estas últimas a aditivos del
plástico. La modificación de las bandas anómalas no será tratada en detalle aquí; sin embargo,
cabe mencionar que se ha encontrado que la biodegradación de plásticos ocurre a veces por
ataque de los aditivos, en ocasiones con exclusividad, tal como encontraron Martins-Franchetti et
al. (1996) para PVC.
Los aumentos de transmitancia (o disminución de absorbancia) que ocurrieron para las bandas
características del plástico estudiado son las que se resumen en la tabla siguiente:
NÚMERO DE ONDA DE
BANDAS CARACTERÍSTICAS
[cm-1]
CORRESPONDENCIA
QUÍMICA
AUMENTO DE
TRANSMITANCIA %
[unidades]
2975-2845 Tensión C-H en metilo,
metileno y metino
12
1480-1435 Deformación antisimétrica del
metilo
13
1385-1370 Deformación simétrica del
metilo
13
1340 Deformación(flexión) del
metino
13
Tabla 1. Variaciones de transmitancia porcentual entre testigo y muestra tratada, para bandas
características del polipropileno
Figura 2. Espectros infrarrojo de muestras tratada (arriba) y testigo (abajo) luego de 14 meses de
incubación
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La estructura del polímero estudiado fue afectada por la acción de los microorganismos del humus
de lombricultura, como se infiere del análisis de las variaciones de transmitancia de las bandas
características. Iguales espesores de muestras en el polipropileno sin tratar y tratado
experimentaron los mismos incrementos absolutos en la transmitancia de las bandas de
deformación del metino y de deformación simétrica y antisimétrica del metilo. Estos resultados
son coherentes con el comparable incremento de transmitancia en la zona de tensión de los
grupos C-H alquílicos. En función de los resultados espectroscópicos, refrendados con los de
pérdidas de peso, puede interpretarse que se produjo ruptura en la cadena del polipropileno en las
uniones que involucran al carbono metínico.
En el caso de Cacciari et al. (1993), quienes en sus estudios de biodegradación de polipropileno
isotáctico analizaron los espectros infrarrojo de las fracciones de metabolitos producidos (en las
condiciones ya citadas) y no la estructura del polímero degradado, como se hizo aquí, mencionan
solamente "bandas significativas" a 2880 cm-1 (tensión de C-H) y a 1440cm-1 (flexión de C-H), sin
establecer en ningún caso una comparación con la intensidad de las bandas del material plástico
cuya biodegradación estudiaron. No mencionan, para los metabolitos analizados, en particular las
bandas de 1385-1370 cm-1 , que en el estudio presentado aquí sí tuvieron variaciones
significativas. Esta diferencia entre ese estudio y éste se debería a las condiciones operativas
empleadas, que, como se expresara anteriormente, fueron significativamente diferentes entre este
trabajo y el de Cacciari et al. (1993), incluyendo la fuente de microorganismos empleada, lo que
conduciría a diferencias en el mecanismo de ataque inicial del polipropileno.
DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES
1- Pese a lo afirmado por algunos autores (Z. Filip, 1978; Müller y Deckwer, 2000) se ha
encontrado aquí que la biodegradación del poliopropileno es posible, lo cual (teniendo en cuenta
las diferencias y coincidencias con los resultados de otros autores ) depende de las condiciones
operativas empleadas, incluyendo el tiempo (mínimo, en particular) que las muestras se someten a
biodegradación.
2- La velocidad de biodegradación y el mecanismo de ataque del polipropileno dependen de las
condiciones operativas, en donde juega seguramente un rol importante las características y
concentración de los microorganismos que actuaron como degradadores del plástico estudiado
(Alonso et al., 2002; Cacciari et al., 1993).
3-.Para las condiciones de este trabajo, se encontró que una posible vía de degradación (al menos
como una primera etapa del proceso degradativo) sería la ruptura de alguna/s de las uniones que
involucran el carbono metínico del polipropileno.
4- En condiciones de trabajo similares, el polietileno de baja densidad presenta también
biodegradación, con aumento de transmitancia en las bandas características de 1385-1370 cm-1 y
1340 cm-1 (Alonso et al., 2004), aunque en ese caso se encontraron, con respecto al testigo,
incrementos de transmitancia menos significativos que los mencionados aquí para el polipropileno.
REFERENCIAS
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España.
	María Silvia Alonso
	Carmen Inés Viturro
	María Gabriela Sueldo
	Abel Ricardo Lozano
	Sergio Omar Madregal
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