biopolimeros como una alternativa de sustitución de polime

79 Pages·2010·1.45 MB·Spanish

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA
E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

“BIOPOLIMEROS COMO UNA ALTERNATIVA DE
SUSTITUCIÓN DE POLIMEROS SINTÉTICOS”

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO QUÍMICO INDUSTRIAL
PRESENTA:

LUIS ALFREDO PÉREZ RODRÍGUEZ

DIRECTOR DE TESIS: M. en C. J. TRINIDAD AVILA SALAZAR

MÉXICO, D.F. OCTUBRE 2010
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERJOR DE INGENIERÍA QUíMICA EINDUS1RIAS EXruCfJVAS
DEPARTAMENTO DE EVALUACiÓN YSEGUIMIENTO ACADÉMICO
T-087·10.
México, O. F.• a 20 de Mayo de 2010.
Al C. Pasante: Boleta: Carrera: Generación:

LUIS ALFREDO PÉREZ RODRIGUEZ 2006320871 101 2005-/009

Club Exc. Everest Mza.229 Lt. 2280

Lázaro Cárdenas.

Tlalnepantla de Baz.

Estado de México.

C.P. 54180
Mecüante el presenté se hace de su conocimiento Que este Departamento acepta que el C.
M. en C. J. Trinidad Av/fa Sa/azar, sea orientador en el tema ql,le propone usted desarrollar como
prueba escrita en la opción. Tesis Individual, con ellitulo y contenido siguiente:
"BiopofimsTOS como una alternativa de sustitución ds po/fmeros sintéticos".
Resumen.
Introducción.
l.. Antecedentes
11.· Propiedades y Aplicaciones de los bropoUmeros.
111.-Ventajas y desventajas de los biopoUmeros.
IV.-Proyección de los biopollmeros en México.
Conclusiones.
Bibliografia.
uel AJv Gómez
Subdirector mico
e.c.p.·ConlTOIEseolllf.
I
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QuíMJCA EINDUSTRIAS EXTRACfIVAS
...:!i~PARTAMENTO DE EVALUACiÓN Y SEGUIMIENTO ACADÉMICO
T·087·10
México, D. F., a 14 de octubre del 2010.

Al C. Pasante: Boleta: Carrera: Generación

C. LUIS ALFREDO ptREZ ROORiGUEZ 200f320B71 IQ/ 2005-2009
PRESENTE
Los suscritos tenemos el agrado de infonnar a Usted. que habiendo procedido a
revisar el borrador de la modalidad de titutación corresponálente, denominado
"Biopolímeros como una alternativa de sustitución de polímeros sintéticos'".
encontramos que el citado trabajo de TESIS INDIVIDUAL reúne los requisitos para autorizar
el Examen Profesional y PROCEDER A SU IMPRESiÓN segUn el caso, debiendo tomar en
consKteraci6n las indicaciones y correcciones que al respecto se le hicieron.
Alentamen1e
JURADO
tng-l::J::E:.,
Secretario
e.c.p.-Expediente
AGRADECIMIENTOS

Agradezco al Instituto Politécnico Nacional la oportunidad que me brindo al
permitirme extraer sus conocimientos y valores.

Mi más sincero agradecimiento para mí alma mater la Escuela Superior de
Ingeniería Química e Industrias Extractivas; quien aporto no solo sus
conocimientos técnicos y científicos; sino también la responsabilidad que ellos
conlleva.

M. en C. J. Trinidad Ávila Salazar; gracias por el tiempo, la paciencia y
dedicación que tuvo en el desarrollo de este proyecto. Pero sobre todo gracias por
ampliar mí horizonte a nivel profesional y humano.

Gracias Madre; sabiendo que jamás existirá una forma de agradecerte todo lo que
has brindado en una vida de sacrificios y dedicación, quiero dedicarte este trabajo.

Gracias Padre; porque a tu lado he emprendido un proyecto personal,
fundamentado en tú gran amor. Transformando mi vida hacia una nueva misión y
visión.

A toda mi Familia; quienes siempre han estado conmigo en cada momento, para
llegar a donde estoy, teniendo un consejo y la orientación en mi desarrollo
personal y profesional.

A todos y cada uno de ustedes

Gracias

Luis Alfredo Pérez Rodríguez
ÍNDICE

ABREVIATURAS i

GLOSARIO ii

RESUMEN iii

INTRODUCCIÓN 6

CAPITULO I. ANTECEDENTES 7
I.1 Polímeros 7
I.1.1 Clasificación de polímeros 8
I.2 La escasez del petróleo 9
I.3 La química verde 11
I.4 Desarrollo sostenible que presentan los biopolímeros 12
I.5 Biopolímeros 15
I.5.1 Tipos de biopolímeros que actualmente existen 15
I.5.2 Métodos de producción de los biopolímeros 17

CAPITULO II. PROPIEDADES Y APLICACIONES DE LOS BIOPOLÍMEROS 18
II.1 Propiedades 18
II.2 Aplicaciones 19

CAPITULO III. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS BIOPOLÍMEROS 45
III.1 Ventajas 45
III.2 Desventajas 47

CAPITULO IV. PROYECCIÓN DE LOS BIOPOLÍMEROS EN MÉXICO 51
IV.1 La posibilidad de los biopolímeros en México 51
IV.2 La opción del ácido poliláctido o polilactida (PLA) 52
IV.3 Propiedades del PLA 53
IV.4 Obtención del PLA 53
IV.5 Ciclo de vida del PLA 56
IV.6 Aplicaciones del PLA 56
IV.7 Diseño de procesos 57
IV.8 ACV, herramienta para medir la sostenibilidad del medio ambiente 58
IV.9 Aplicaciones de la evaluación del ciclo de vida a la
producción del PLA 60
IV.10 Descripción del sistema de producción 63
IV.11 Reglamentación 66
IV.12 Requisitos y procedimientos generales 67
IV.13 Normalización y certificación 67
IV.14 Los niveles de la normalización y los organismos encargados 68
IV.15 La calidad como preámbulo para la certificación 69
IV.16 Aseguramiento de la calidad 70
IV.17 Certificación de los biopolímeros 72

CONCLUSIONES 74

BIBLIOGRAFÍA 75
ABREVIATURAS

PS Poliestireno

PVC Policloruro de vinilo

ABS Acrilonitrilo-butadienoestireno

ADN Acido desoxirribonucleico

ARN Acido ribonucleico

PLA Acido poliláctico

PHB Polihidróxi-butirato

CMC Carboximetilcelulosa

PVA Alcohol polivinílico

LDPE Polietileno de baja densidad

HDPE Polietileno de alta densidad

FRP Polímeros reforzados con fibra

HPMA Poli[N-(2-hidroxipropilmetacrilamida)

PGA Poli (ácido glicólico)

PAMAM Poli (amidoaminas)

PEG Polietilenglicol

PHBV poli[N-(2-hidroxipropilmetacrilamida]

ACV Evaluación del ciclo de vida

LCIA Ciclo de vida de evaluación del impacto

LCI Inventarios del ciclo

i
GLOSARIO

Bioplástico se denomina a un tipo de plásticos derivados de productos vegetales,
tales como el aceite de soja o el maíz, a diferencia de los plásticos
convencionales, derivados del petróleo.

Biomateriales se pueden definir como materiales biológicos comunes tales como
piel, madera, o cualquier elemento que remplace la función de los tejidos o de los
órganos vivos.

Biocompatibles materiales que pueden implantarse en un ser viviente,
especialmente el ser humano.

Biodegradable se entiende como el producto o sustancia que puede
descomponerse en elementos químicos naturales por la acción de agentes
biológicos, como el sol, el agua, las bacterias, las plantas o los animales. En
consecuencia todas las sustancias son biodegradables, la diferencia radica en el
tiempo que tardan los agentes biologicos en descomponerlas en quimicos
naturales, ya que todo forma parte de la naturaleza.

Fuerzas de van der Waals es la fuerza atractiva o repulsiva entre moléculas (o
entre partes de una misma molécula) distintas a aquellas debidas al enlace
covalente o a la interacción electrostática de iones con otros o con moléculas
neutras.

Modulo de Young es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un
material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza.

“La cuna a la tumba” concepto que empieza con la extracción de las materias
primas necesarias para crear el producto y finaliza cuando todos los materiales
retornan a la tierra.

Diana terapéutica es una sustancia localizada en cualquier parte de la célula
como la membrana celular, el citoplasma o el núcleo, capaz de reconocer un
fármaco y producir una respuesta celular. Los receptores farmacológicos
formarían parte de las dianas terapéuticas.

Transfección consiste en la introducción de material genético externo en células
eucariotas mediante plásmidos, vectores víricos (en este caso también se habla
de transducción) u otras herramientas para la transferencia. El término
transfección para métodos no virales se usa en referencia a células de mamífero,
mientras que el término transformación se prefiere para describir las transferencias
no virales de material genético en bacterias y células eucariotas no animales como
hongos, algas o plantas.

ii
RESUMEN

El presente trabajo tiene como finalidad, servir como una herramienta para
obtener información acerca de los biopolímeros y los avances que se han
generado hasta el momento.

Debido a la alta contaminación de residuos sólidos que se genera, en
especial los plásticos que tardan aproximadamente 500 años en degradarse por
completo. El planeta sufre varios cambios que afectan el medio ambiente, por este
motivo los biopolímeros pueden ser una opción viable para disminuir la
acumulación de basura en los tiraderos debido a su rápida degradación.

Dentro de este contexto, la fabricación de plásticos biodegradables a partir
de materiales naturales, es uno de los grandes retos en diferentes sectores;
industriales, agrícolas, y de materiales para servicios varios. Ante esta
perspectiva, las investigaciones que involucran a los plásticos obtenidos de otras
fuentes han tomado un nuevo impulso.

En el capítulo I se cita un panorama general sobre los polímeros que se
utilizan actualmente, en especial los de origen sintético, los cuales incrementan su
uso cada año. Una posibilidad son los biopolímeros, que pueden tener un gran
auge en los próximos años.

En el capítulo II se dan a conocer las propiedades que tiene los
biopolímeros, las cuales son de gran beneficio para la aplicación en ciertas áreas
como la medicina, el embalaje, etc.

En el capítulo III se comparan las ventajas y desventajas que tienen los
biopolímeros, aunque por el momento se está trabajando para mejorar y sustituir
por definitivamente a los polímeros sintéticos. Además de comparar los usos de
algunos plásticos con los biopolímeros de mayor avance.

Por ultimo en el capítulo IV se plantea la posibilidad de formar una industria
productora de un acido polilático (PLA), uno de los biopolímeros más utilizados,
con lo que se beneficiaría al país con la generación de empleos, explotando el
amplio territorio agrícola y no depender solo del petróleo.

Es importante tomar conciencia de lo que está ocurriendo con el medio
ambiente. Y si se quiere hacer algo, se tiene que hacer un estudio detallado para
no empeorar más la situación actual.

iii
INTRODUCCIÓN

Hoy en día una de las problemáticas que enfrenta el planeta es la excesiva
generación de residuos en el medio ambiente, que se introducen por encima de la
capacidad de este, para eliminarlos. No es, pues, una cuestión de qué productos se
introducen, sino su cantidad. La proliferación de estos residuos supone un
desequilibrio grave en el biosistema, hasta el punto de llegar a imposibilitar la vida de
las especies existentes

Un caso particular que se puden mencionar son los plásticos, un material casi
indispensable en la vida cotidiana. Lo utilizamos para mantener cálidos nuestros
hogares, hacer más ligeros los carros y las computadoras, conservar más frescos
nuestros alimentos y asegurarnos la seguridad de las medicinas. Anualmente se
producen varios millones de toneladas de plásticos en el mundo. En México, el
consumo anual de plásticos por habitante en 2005 se estimaba en 49 kilogramos. Del
total consumido, más de un millón de toneladas por año se convierten en desecho.

Por otro lado, la gran mayoría de los plásticos están hechos a base de
petróleo, mineral que está alcanzando el máximo de su capacidad en un fenómeno
denominado “peak oil”. Esta situación grafica que no hay suficiente petróleo para el
futuro aunque en la actualidad se venda con normalidad. La industria de petróleo
considera que las reservas de la tierra no durarán más de 42 años si sigue siendo
extraído al ritmo actual.

Con miras al futuro, se detectan nuevas alternativas sustentables para
producir plásticos y reducir un cierto por ciento la acumulación de basura. Una de las
posibles soluciones es la implementación del acido poliláctico (PLA), biopolímero con
la propiedad fundamental de biodegradarse y ser totalmente inocuo en el momento
de su descomposición. Esto no quiere decir que es la solución a todos los problemas,
ya que todavía se está desarrollando una tecnología.

Aunque también se debe enfocar en una producción limpia en el proceso y la
selección de las materias primas a utilizar. Los sistemas de producción limpia son
circulares, es decir, cierran el ciclo de extracción de materias primas naturales
devolviéndolas en forma limpia y sustentable al ambiente.

6