Evaluación de la biodegradabilidad de popotes elaborados a partir de compuestos de origen renovable

Abstract

RESUMEN: En el presente trabajo de tesis se presenta la identificación estructural de cinco popotes comercialmente etiquetados como biodegradables y/o compostables, así como su asociación a sus propiedades térmicas características y morfológicas, los cuales fueron identificados como 1) celulosa, 2) ácido poliláctico (PLA), 3) mezcla de almidón con polipropileno (A-PP), 4) mezcla de almidón con polietileno de baja densidad (A-LDPE) y 5) polipropileno (PP). Los popotes fueron inicialmente sometidos a prueba de biodegradabilidad en suelo, en la cual se analizó la pérdida de peso de cada uno de ellos y se caracterizaron estructural, térmica y morfológicamente, mediante las técnicas de espectroscopía infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR), difracción de rayos X (DRX), calorimetría diferencial de barrido (DSC)/análisis termogravimétrico (TGA) y microscopía electrónica de barrido (MEB), con el objetivo de monitorear y determinar la susceptibilidad a degradación así como su ruta de degradación bajo condiciones no controladas. Los resultados indicaron que la pérdida de peso sigue el siguiente orden: celulosa (86.25%) > A-LDPE (26.54%) > PLA (1%) > A-PP (0.80%) > PP (0.64%), siendo la hidrólisis de los enlaces glucosídicos y éster los principales mecanismos de biodegradación de solamente las fases renovables. A partir de los resultados de este ensayo, se seleccionaron los popotes más susceptibles a biodegradar, A-PP y A-LDPE, y se sometieron a composteo controlado mediante el ensayo ASTM D5338-15, el cual involucra el estudio de la metabolización de los oligómeros y monómeros por hongos y bacterias mesofílicas, a través de la producción de dióxido de carbono (CO2) por 40 días. La presencia de hongos y bacterias mesofílicas, las propiedades estructurales, térmicas, morfológicas fueron también analizadas al final de la prueba para discutir el mecanismo de degradación. De acuerdo con los resultados, ambos popotes siguen el mismo mecanismo de degradación de hidrólisis química y enzimática de los enlaces glucosídicos de la amilopectina y amilosa, siendo el popote de A-LDPE quien presentó un mayor porcentaje de biodegradación (16%), en comparación con el de A-PP (5.55%). ABSTRACT: This dissertation work deals with structural identification of five straw commercially tagged as biodegradable and/or compostable, as well as their association with characteristic thermal and morphological properties, which were identified as 1) cellulose, 2) poly(lactic acid) (PLA), 3) blend of starch with polypropylene (PP) (A-PP), 4) blend of starch with low density poly(ethylene) (A-LDPE) and 5) PP. Straws were initially subjected to buried biodegradability in soil, in which the weight loss % was analyzed and the structural, thermal and morphologically through Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, x-ray diffraction (XRD), differential calorimetric scanning (DSC) and scanning electron microscopy (SEM), with the aim of monitoring and determining the susceptibility to degradation as well as the degradation route by a non-controlled conditions. Results indicated that the weight loss % was as follows: cellulose (86.25%) > ALDPE (26.54%) > PLA (1%) > A-PP (0.80%) > PP (0.64%), being the hydrolysis of glycosidic and ester bonds, which govern the biodegradation mechanism of only the renewable phases. From results of that essay, A-PP and A-LDPE straws, the more susceptible to degradation, were selected. They were subjected to controlled composting through ASTM D5338-15 essay, which involves the study of oligomers and monomers metabolization, through carbon dioxide (CO2) production for 40 days. The presence of mesophilic fungal and bacteria, structural, thermal, and morphological properties were also analyzed at the end of the test to discuss the degradation mechanism. According to results, both straws follow the same mechanism involving chemical and enzymatic hydrolysis of glycosidic bonds of amylopectin and amylose, being the A-LDPE, which presented the highest biodegradation % (16%) compared to A-PP (5.55%).