Un vistazo rápido a los polímeros

Antes de continuar conviene ver qué es lo que hace a un material un plástico. Aunque el sentido literal implica que puede cambiar de forma y moldearse, desde el punto de vista químico un plástico es un polímero orgánico, es decir, un compuesto químico de carbono conformado por moléculas grandes que consisten en la repetición múltiple de grupos de átomos definidos. El plástico más simple, el polietileno, es una prolongación de la cadena de hidrocarburos -CH₂-CH₂-CH₂-: en los hidrocarburos ordinarios la longitud de la cadena va desde el metano (CH₄) o gas natural hasta poco más de 20 átomos de carbono del (C₂₀H₄₂), los cuales son ceras sólidas; cuando estos valores aumentan hasta cientos o miles de átomos de carbono por molécula, nos encontramos con el polietileno. Al alcanzar estos tamaños, sus propiedades físicas y químicas cambian drásticamente: de líquidos volátiles a sólidos cerosos, el polietileno puede ser rígido y consistente; en lugar de arder fácilmente, se consume muy lentamente en la combustión y de forma incompleta debido a un área superficial molecular mucho más pequeña. Esta lentitud para reaccionar es característica de los polímeros y juega un gran papel en su degradación lenta en el ambiente

Ejemplo de cadenas de polipropileno. La orientación misma de los grupos funcionales puede variar y dar diferentes propiedades.

En la molécula de poliestireno el grupo fenilo (hexágonos) es voluminoso y hace al polímero más suave.

En el caso de los termoplásticos, se pueden modificar las propiedades físicas y químicas ajustando ya sea los átomos que forman parte de la “columna” de la molécula o aquellas que van expuestas a los lados. Materiales como los poliuretanos o los poliésteres son más duros y se suavizan menos con el calor, debido a la mayor atracción que ejercen sus átomos de nitrógeno y oxígeno con sus átomos de hidrógeno; por otro lado, materiales con grupos funcionales laterales voluminosos como el poliestireno confieren elasticidad ya que hacen que las cadenas se compacten menos. La adición de átomos de flúor a la molécula les brinda gran resistencia química, ya que el enlace carbono - fluoruro es sumamente estable.

Algunos polímeros comúnmente usados

Desde el petróleo o las plantas

Comúnmente, los plásticos son derivados del petróleo; sin embargo, actualmente está en auge el concepto de plástico biobasado. Este término describe aquellos plásticos que se han fabricado a partir de materia prima de origen vegetal en lugar de usar petróleo y sus derivados. Entre las ventajas, se citan que el proceso de producción es sustentable y viable a largo plazo en una economía circular, mientras que entre sus desventajas se arguye la competencia por los mismos recursos para la producción de alimentos.

Desde el punto de vista químico, no sería posible distinguir un plástico derivado del petróleo respecto a uno producido a partir de biomasa, pero se puede aprovechar la distribución desigual de los isótopos de carbono para dilucidarlo. Ya que el carbono 14 se forma espontáneamente en la atmósfera por la incidencia de rayos cósmicos, los tejidos biológicos tienen un contenido mayor de carbono 14 cuando los seres vivos lo incorporan a partir del dióxido de carbono de la fotosíntesis. El método de análisis para saber si un plástico es biobasado mide la desintegración beta del carbono 14 para distinguir el origen del plástico en cuestión.

Clasificacion de plásticos respecto a su origen y degradabilidad

Nótese que es posible fabricar un plástico no biodegradable a partir de materia prima vegetal, por lo que la mera denominación de biobasado no implica que sea biodegradable.

Las muchas maneras de desvanecerse

Incluso el mismo término de degradación podría prestarse a confusiones: por la manera en que se presenta el proceso en algunas ocasiones, podría suponerse que un mero proceso de reducción de tamaño (de hojas o piezas grandes a filamentos o polvo) podría ser una degradación, pero requiere más que ello: de hecho, la conversión incompleta a micropartículas plásticas representa hoy en día un problema serio que amenaza a los océanos . La definición completa de degradación incluye la descomposición química hasta compuestos minerales como dióxido de carbono, agua y sales. Según el mecanismo de degradación, existen ciertas modificaciones al término (biodegradable, fotodegradable, oxodegradable), etc. Es importante aclarar que un plástico declarado como degradable por cierto mecanismo puede no serlo por otro, o incluso requerir varios de estos mecanismos en secuencia o simultáneamente.

En la industria de los plásticos y referente al tema de la degradabilidad y el reciclaje, es inevitable encontrar intereses opuestos que derivan en narrativas adversas.

Perfilando el material

Aunque es perfectamente plausible probar un material plástico a ciegas, desconociendo por completo su composición, siempre resulta apropiado contar con información adicional.

El análisis del espectro del infrarrojo medio es sencillo y resulta útil para identificar al menos el componente principal del plástico, incluso si no se detectan aditivos y plastificantes de proporción menor. Un análisis del contenido por medio de fluorescencia de rayos X o técnicas de espectroscopia atómica puede revelar alguna contaminación por metales pesados.

Dado que los materiales plásticos suelen tener un mezcla compleja de aditivos, es una práctica común para el proceso de certificación que el fabricante libere una ficha técnica con la descripción de los componentes que integran el material.

En el caso de productos terminados (bolsas, desechables, etc), el grosor del material es fundamental para la velocidad del proceso de degradación. En el caso que se quiera certificar una gama de productos, se debe usar el producto más grueso.

Pruebas de degradabilidad preliminar

Una vez recibido el material, el primer paso consiste en someterlo a pruebas de degradación abiótica: la temperatura elevada y cambiante, la humedad, el oxígeno y la irradiación solar son los factores abióticos que degradan paulatinamente el plástico a la intemperie y en algunos casos como los plásticos oxodegradables, son necesarios para que los microorganismos puedan actuar sobre ellos.

Muestras de plásticos en la prueba de termodegradabilidad	Muestras de plásticos en el proceso de fotodegradabilidad	Muestra de plástico oxodegradable tras la prueba de fotodegradabilidad

Dos de estas pruebas indicadas son la de fotodegradabilidad y termodegradabilidad: en la prueba de fotodegradabilidad, se introducen piezas (comúnmente denominadas especímenes en este ámbito) del plástico a probar en una cámara cerrada donde se exponen a ciclos de irradiación ultravioleta y humedad a oscuras a temperatura elevada. En la prueba de termodegradabilidad las muestras se someten a temperaturas altas en un horno. Al final de un periodo acordado, se analiza la integridad física de las muestras y su espectro infrarrojo para detectar cambios con respecto a la muestra original. Si existe un cambio notorio en la integridad, las muestras se consideran foto o termodegradables.

Degradación biológica

El segundo paso después de las pruebas de degradación abiótica es someter las muestras a un proceso biológico para evaluar si efectivamente existe la degradación biológica. Las muestras de plástico ya medianamente desintegrado por las pruebas abióticas se incorporan a materiales como suelo o composta y se incuban a temperatura controlada en un sistema cerrado, de forma que se pueda cuantificar el dióxido de carbono producido en intervalos cortos y que se asigna al consumo microbiológico de este (se usa una porción de suelo o composta sin plástico para cuantificar y restar la generación de CO2 intrínseca). Este proceso toma tiempo y se considera terminado cuando se estabiliza y detiene la producción de CO2 o hasta 6 meses transcurridos. El criterio para decidir si un producto es biodegradable es si 90 % o más de su contenido de carbono se descompuso a bióxido de carbono (entre otras cosas, esto implica que una etiqueta o slogan de “100 % biodegradable” carece de significado práctico).

En la prueba de biodegrabilidad, es necesario tener en consideración el método de referencia usado porque las condiciones de prueba en el laboratorio podrían no ser las mismas que las condiciones de disposición final; por ejemplo, las condiciones de composteo definidas en el método ISO 14855 son de 58 °C y 50 % de humedad, y están pensadas para plásticos que serán procesados junto con desechos orgánicos a nivel industrial.

Evaluación física de residuos microplásticos

Transcurrido el periodo de degradación, se evalúa el nivel de desintegración física del plástico, revisando si existe la presencia de fragmentos grandes de plástico, lo que en el caso de los plásticos oxodegradables podría sugerir una concentración o distribución subóptima de los aditivos de degradación. En caso que el plástico cumpla, pasa al proceso final de ecotoxicidad.

Un plástico degradable no debe dejar residuos microplásticos a largo plazo

Demostración de no ecotoxicidad

Finalmente, se prueba si los residuos mineralizados del plástico biodegradable no afectarán a los organismos en el ambiente. La prueba común para este paso es germinar semillas en un sustrato que contiene dichos residuos de mineralización del plástico degradado, y se considera aceptable si el proceso de germinación de las semillas no es estadísticamente diferente a uno experimentado con un sustrato de control.

Las pruebas de ecotoxicidad usan la tasa de germinación como referencia.

Normativas de degradabilidad de plásticos

Existen numerosas normas destinadas a probar la degradabilidad de los plásticos y muchas de ellas son redundantes en el sentido que abarcan el mismo tema pero aplican a diferentes regiones. A continuación se muestran algunas normas según el ámbito al que pertenecen:

Como se ve, no hay normativas mexicanas aún en aplicación, por lo que las pruebas actuales se basan en normas internacionales, existen en el mundo diversos organismos certificadores de plásticos biodegradables que emplean protocolos propios para evaluar esta degradabilidad.

Tanto por el costo elevado como el tiempo que lleva a cabo realizar las pruebas de biodegradabilidad, Microlab Industrial no realiza pruebas de biodegradabilidad, pero ya ofrecemos pruebas de fotodegradabilidad y termodegradabilidad para plásticos.