Síntesis y Aplicación de Biopolímeros

Dr. Ullrich Stahl, Ph.D.

Universidad Central del Ecuador Facultad de Ingeniería Química

Introducción Definición de Biopolímeros Ejemplos, Síntesis y Aplicaciones

Contenido:

Dilema: Biopolímeros y Biocombustibles vs. Polímeros y combustibles fósiles

Introducción:

Alimento Contaminación

Qué son Biopolímeros?

IUPAC (1992): Macromoléculas producidas por un organismo vivo, incluyendo -Polinucleótidos -Polisacáridos -Proteínas

Generalizado: Polímeros a base de materias primas de fuentes renovables: almidón, celulosa, azúcar Polímeros biodegradables

Características

Biopolímeros basados en materias primas renovables

Polímeros biodegradables

Biopolímeros biodegradables Y basados en materias primas renovables

Polímeros convencionales

Materias primas renovables

Materias primas petroquímicas

No degradable Degradable

Ejemplos de Biopolímeros, Síntesis y Aplicación

Acido Poliláctico (PLA):

Síntesis: 1) Almidón –Enzimas-> Glucosa 2) Glucosa –Fermentación-> Acido láctico 3) Acido láctico –Polimerización-> Acido Poliláctico

Mecanismo de Polimerización: Policondensación

Ejemplos de Biopolímeros, Síntesis y Aplicación

Poliácido Láctico (PLA):

Aplicaciones: (Termoplástico estable hasta 60°C) Envases para cosméticos y alimentos Laminas para la Agroindustria Ingeniería médica: Implantes, hilos Materiales compuestos con fibras orgánicas Para Impresoras 3D

Ejemplos de Biopolímeros, Síntesis y Aplicación

Almidón Termoplástico (TPS):

Síntesis: 1) Almidón + Agua + Glicerol –T,p (Extrusor)-> Almidón Termoplástico

Destructuración del almidón de cristalino a amorfo

Polímero resultante es hidrofílico: + blend (e.g. PLA) -> Polímero manejable

15% glycerol 25% glycerol

Ejemplos de Biopolímeros, Síntesis y Aplicación

Almidón Termoplástico (TPS):

Aplicaciones: Bolsas y fundas Láminas para la Agroindustria Envases para alimentos grasosos y secos Para empacar productos delicados

Ejemplos de Biopolímeros, Síntesis y Aplicación

Polihidroxibutirato (PHB):

Síntesis: 1) Almidón/Glucosa –Bacillus Megaterium-> Polihidroxibutirato

Extracción del polímero de la materia celular de la bacteria -> granulado

–extracción, purificación->

Ejemplos de Biopolímeros, Síntesis y Aplicación

Aplicaciones: (Termoplástico estable hasta 175°C) Como PLA, pero mas resistente al UV e hidrólisis Producción aún cara, > $7/kg Gigante durmiente, industria azucarera?

Polihidroxibutirato (PHB):

Ejemplos de Biopolímeros, Síntesis y Aplicación

Acetato de Celulosa (AC):

Síntesis: 1) Celulosa + Ac. Acético glacial + Anhídrido Acético –ZnCl2, H2SO4-> Tri-Ac-Celulosa (CTA) 2) Tri-Ac-Celulosa + H2O –H2SO4, 60-80°C, hidrólisis parcial-> Di-Acetil-Celulosa

Ejemplos de Biopolímeros, Síntesis y Aplicación

Aplicaciones: (Termoplástico 180 - 220°C), poco biodegradable Fibras textiles Marcos de gafas Filtros de cigarrillos Uso como plástico resistente de alto impacto

Acetato de Celulosa (AC):

Ejemplos de Biopolímeros, Síntesis y Aplicación

Quitosano:

Síntesis: 1) Quitina –enzima o NaOH-> Quitosano

Ejemplos de Biopolímeros, Síntesis y Aplicación

Aplicaciones: Absorción de aceites (hasta 1:800 p/p) Clarificación desde bebidas hasta aguas servidas Absorción de metales pesados Coagulante en hemorragias Biocompatible y biodegradable Bactericida, fungicida (agroindustria) Abrasivo, pasta dental (Chitodent)

Quitosano:

Conclusiones:

Biopolímeros: + Tienen un gran mercado + Muestran un abanico de aplicaciones - Su uso pasa casi desapercibido - Existe conflicto de materia prima: uso como alimento o biopolímero

Anexos

PLA: glucosa -> acido láctico

Almidón:

20 – 30% Amilosa, a-1,4 glucosídico

70 – 80% Amilopectina, a-1,4 y a-1,6 gluc.

Biosíntesis PHB:

Celulosa:

b-glucosa b-1,4-glucosídico