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O

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ESTUDIO Y SNTESIS EN LA PRODUCCIN DE PLA (CIDO POLILCTICO)

D. Del Angel Lpez a*, . A. Flores Velaa, J.S. Zubiaga Canob,A. Garca Murilloa,

A. Lpez Marurea , F. Carrillo Romoa.

a Centro de Investigacin en Ciencia Aplicada y Tecnologa Avanzada del Instituto Politcnico Nacional-Unidad Altamira, Km.14.5 Carretera Tampico-Pto.Industrial Altamira C.P. 89600, Altamira, Tamaulipas, Mxico *yaderani18@yahoo.com.mx

b Universidad del Noreste, Prolong. Ave. Hidalgo No. 6315 Col.Nuevo Aeropuerto C.P. 89337, Tampico, Tamaulipas, Mxico.

ResumEn:

La Industria Qumica es una importante fuente generadora de desechos no degradables por el gran uso de recursos fsiles. El cido polilctico es un polmero que puede reemplazar a los polmeros basados en recursos no renovables, las ventajas son su biodegradabilidad y su procedencia de recursos renovables. El cido polilctico es un polister termoplstico que forma parte de los hidroxicidos. El monmero contiene un tomo de carbono asimtrico, es una molcula que existe en cuatro formas estereoisomricas: L, D, meso y mezcla racmica. El cido lctico se encuentra en la naturaleza, el ismero L(+)- es producido por los msculos humanos ante una actividad fsica extensa, y ha sido usado en una gran variedad de aplicaciones que incluyen la industria de los alimentos, la farmacutica y la de los cosmticos. El D(-)- cido lctico puede producirse por fermentacin haciendo uso de fuentes renovables de energa como los carbohidratos. Se realizan estudios por tcnicas de espectroscopia infrarroja, estudios para observar las propiedades trmicas por medio de la calorimetra diferencial de barrido que darn como resultado las condiciones de operacin para una transformacin ptima del PLA. Los productos polimricos pueden usarse en diferentes segmentos de mercado como envases desechables y bolsas para vveres.

1. Introduccin:

La industria qumica es un sector de produccin y desarrollo muy importante para el pas, Sin embargo tiene una dependencia total de los recursos del petrleo. En este sentido es una fuente importante de generacin de desechos, ocasionando un impacto en el medio ambiente. Para disminuir el efecto en el medio ambiente es necesario desarrollar procesos qumicos sustentables que minimicen la generacin de desechos y menor consumo de energa, preferencialmente que utilice materiales de origen natural renovables como productos agrcolas, para el aseguramiento de fuentes fsiles como el petrleo crudo o el gas natural [1]. Para desarrollar biopolmeros es necesario utilizar materias primas sustentables.

La mayora de los plsticos y polmeros sintticos actuales se obtienen a partir de productos petroqumicos. Los plsticos convencionales son persistentes en el medio ambiente, por lo que son una fuente significativa de contaminacin ambiental [2(. Por esta razn, es necesario sustituir los polmeros no degradables por biodegradables. La sntesis del cido Polilctico (PLA) permite potencialmente reemplazar polmeros provenientes de recursos no renovables. Debido a su biodegradabilidad, propiedades de barrera y biocompatibilidad, el biopolmero PLA ha encontrado numerosas aplicaciones ya que presenta un amplio rango de propiedades, desde el estado amorfo hasta el estado cristalino; propiedades que pueden lograrse manipulando las mezclas entre los ismeros D (-) y L (+), los pesos moleculares, y la copolimerizacin [3(.

Este proyecto esta encaminado a la sntesis del HOMOPOLIMERO del cido lctico a partir del L (+) - cido Lctico y la caracterizacin de los productos de reaccin para evaluar las propiedades trmicas, mecnicas y tiempo de biodegradabilidad.

Las propiedades fsicas, mecnicas y de reabsorcin dependen de la composicin del polmero, de su peso molecular y de su cristalinidad.

El cido polilctico que se sintetizar debe presentar buenas propiedades trmicas, mecnicas y de barrera, adems de biodegradabilidad, para sustituir parcialmente a los polmeros commodities y ser aplicados en diferentes mercados de consumo.

La materia prima; el cido lctico puede producirse por sntesis qumica, en la que la principal desventaja es la obtencin de mezclas racmicas. Otra va para la produccin el cido lctico es la fermentacin de sustratos carbonados que produce cido lctico de elevada pureza ptica [2] [4].

1.1 POLIMERIZACIN DEL CIDO LCTICO

La polimerizacin del cido lctico para producir polilactatos puede seguir tres rutas diferentes:

1. El cido lctico es polimerizado en grandes cantidades para producir molculas de PLA de bajo peso molecular, de apariencia vidriosa y frgil. Este producto tiene aplicaciones reducidas, a menos que agentes de acoplamiento externo sean adicionados para aumentar su peso molecular.

2. El cido lctico es polimerizado en presencia de disolventes para obtener alto peso molecular.

3. La tercera ruta comprende la purificacin, apertura y polimerizacin del anillo de lacturo para obtener polmero de alto peso molecular [5(.

La existencia de dos grupos funcionales en el cido lctico posibilita convertirlo directamente en polister va reaccin de policondensacin. Sin embargo la reaccin de policondensacin convencional no genera productos de alto peso molecular.

Debido a los altos costos de la polimerizacin va apertura y polimerizacin del anillo de lacturo y la necesidad de la modificacin de las propiedades de PLA para diferentes tipos de aplicaciones, una ruta alternativa de polimerizacin ha adquirido mayor inters. Una ruta alterna comprende la condensacin del monmero usando extensores de cadena para rendir molculas de PLA de alto peso molecular. Los extensores de cadena son usualmente compuestos bifuncionales de bajo peso molecular que incrementan el peso molecular del polmero mediante reacciones rpidas [5].

2. MTODOLOGA:

El mtodo de polimerizacin utilizado es policondensacin en masa.

Se estudian diferentes catalizadores y se analizan los productos obtenidos mediante diferentes tcnicas de caracterizacin.

Se monitorea el comportamiento de la reaccin mediante la medicin del ndice de acidez.

Se caracterizan los productos mediante anlisis de Espectroscopa Infrarroja y anlisis trmico DSC.

Posteriormente el PLA se analizar mediante otras tcnicas como son la Resonancia Magntica Nuclear, se realizarn pruebas mecnicas y de intemperismo acelerado.

3. RESULTADOS PREELIMINARES

En la figura 1 y la Tabla 1 correspondiente se presentan los datos espectroscpicos del cido lctico.

Fig. 1 Espectro IR del monmero del L-cido Lctico.

Tabla 1. Asignacin de los grupos funcionales del cido lctico.

Interpretacin del espectro

v cm-1

Grupo

3100-3700

O-H cido

2988.66

C-H

1724.41

C=O carbonilo de cido

1455.72

CH3 C-H

1300

C-C

1195.94 - 1036.39

C-O

En la figura 2 se aprecia el espectro IR del cido polilctico, as como sus correspondientes asignaciones de los grupos funcionales en la Tabla 2.

Fig. 2 Espectro Infrarrojo del polmero del L - cido lctico.

H

H

C

H

C

H

O

C

O

OH

C

O

C

CH

3

O

H

C

O

C

CH

3

H

O

C

O

C

H

3

Tabla 2. Asignacin de grupos funcionales del homopolmero (PLA)

Interpretacin del espectro

v cm-1

Grupo

3000-3600

O-H cido

2997.27

C-H

1755.88

C=O carbonilo de ester

1455.98

CH3 C-H

1085.93

C-O

1200-1300

C-C C-O

El anlisis por calorimetra diferencial de barrido (DSC) de algunos productos se presentan en la Tabla 3.

Tabla 3. Resultados DSC (Calorimetra Diferencial de Barrido)

PLA

Tg (C)

Tc (C)

Tm (C)

PLA/Sn

78.7

85.16

144.5

PLA/Al-Etanol

81.9

83.7

151.86

PLA/ Al

84.0

87.0

155

PLA/Ti

82.6

84.7

152.2

Las temperaturas obtenidas en el anlisis trmico muestran que los polmeros obtenidos con los diferentes catalizadores pueden ser moldeados a temperaturas relativamente bajas, y los valores de las temperaturas de transicin vtrea (Tg), de cristalinidad (Tc) y de fusin (Tm) cambian de un catalizador a otro. El PLA con catalizador de estao es el que tiene los valores ms bajos de temperaturas. Se muestra una pequea diferencia entre el PLA-Aluminio plastificado con etanol y el PLA con aluminio sin etanol, sin embargo esta diferencia no se debe a la presencia de etanol, la diferencia se presenta porque en el caso del PLA- Aluminio sin etanol se aument la concentracin de catalizador.

Estas temperaturas son una base para pruebas de intemperismo para evaluar el tiempo de biodegradabilidad y para establecer la temperatura y el tipo de moldeo que puede ser aplicado a cada polmero.

4. CONCLUSIONES PREELIMINARES

Se observan resultados favorables, basados en anlisis de Espectroscopa Infrarroja y anlisis trmicos DSC.

El proceso tendr mejor definicin cuando se obtengan los resultados de RMN, pruebas mecnicas y de intemperismo.

Estos resultados tambin definirn la aplicacin del polmero.

BIBLIOGRAFA

1. Royal Belgian Academy Council of Applied Science, Industrial Biotechnology and Sustainable Chemistry, 6-7,(2004).

2. Daniel Bello Gil, Revisin sobre plsticos biodegradables con especial nfasis en los polilactatos, ambiente personal (2006).

3. Liliana Serna C., Ada Rodrguez de S. , Fred Albn A., cido Polilctico (PLA): Propiedades y Aplicaciones, Revista Universidad del Valle, Colombia, Vol. 5, Num.1,(2003), 16-26.

4. Vishnu,C.,Seenayya, G., Reedy G., Direct Fermentation of various pure and crude starch substratesto L(+) lactic acid using Lactobacillus amylophilus GV6,World Journal of Microbiology & Biotechnology, 18,(2002), 429-433.

5. Tuominen J. Chain linked acid polymers: polymerization degradation studies. Tesis Doctoral, Universidad Tecnolgica de Helsinki, Finlanda,(2003).

EMBED ACD.ChemSketch.20

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O

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