Polimeros Biodegradables

TEMA: POLIMEROS BIODEGRADABLES

OBJETIVOS:

• Definir que son los polímeros biodegradables y sus principales aplicaciones

• Determinar los diferentes grupos funcionales que están presentes dentro de estas estructuras químicas conocidas como polímeros biodegradables.

• Determinar los diferentes métodos de preparación de los polímeros biodegradables.

POLIMEROS BIODEGRADABLES

Los polímeros biodegradables son aquellos capaces de ser degradados Medio ambientalmente. Representan una nueva generación de materiales capaces de reducir significativamente el impacto ambiental en términos de consumo de energía y generación de residuos después de su utilización. En principio, deben comportarse como los materiales plásticos tradicionales procedentes de fuentes fósiles (petróleo), si bien, todavía presentan algunas limitaciones.

La biodegradabilidad de los plásticos depende de la estructura química del material y de la composición del producto final, no sólo de la materia prima empleada para su fabricación. Por esta razón, podemos encontrarnos con materiales biodegradables obtenidos a partir de resinas naturales o sintéticas. Los plásticos biodegradables naturales se obtienen principalmente a partir de recursos renovables, tales como el almidón, y pude ser producido de forma natural o sintética. Las resinas sintéticas proceden principalmente de derivados del petróleo y de otros productos e incluyen polímeros de poliéster y polietileno. Un ejemplo de polímero sintético biodegradable es la policaprolactona, una resina de poliéster termoplástica.

Como cualquier otro plástico comercial, los materiales biodegradables deben cumplir una serie de requerimientos orientados a la función a que van destinados. Por esta razón, a menudo los plásticos biodegradables naturales se mezclan con polímeros sintéticos para obtener un producto final cuyas propiedades funcionales sean adecuadas para el mercado.

CLASIFICACION DE LOS POLIMEROS BIODEGRADABLES

Los polímeros biodegradables se pueden clasificar de acuerdo a dos criterios establecidos: en función de su mecanismo de degradación y basándose en su origen y producción a continuación citamos sus diferentes clasificaciones.

EN FUNCIÓN DE SU MECANISMO DE DEGRADACIÓN:

a. Biodegradable:

La “American Society of Testing and Materials” (ASTM) define un material biodegradable como “aquel capaz de descomponerse en dióxido de carbono, metano, agua, componentes inorgánicos o biomasa, mediante la acción enzimática de microorganismos que puede ser medida por tests estandarizados en un período específico de tiempo, en condiciones normalizadas de depósito”. En esencia, los materiales biodegradables son degradados por acción enzimática dando lugar a moléculas más simples que se encuentran en el medioambiente, principalmente dióxido de carbono y agua.

Las velocidades de biodegradabilidad dependen enormemente del espesor y geometría de los artículos fabricados. Las velocidades altas de degradación se dan para films de bajo espesor, mientras que los artículos más gruesos: platos, bandejas, etc. pueden necesitar tiempos elevados para degradarse biológicamente.

b. Compostable:

Los plásticos biodegradables compostables son aquellos que pueden ser biodegradados y desintegrados en un sistema de compost durante un proceso de compostaje (típicamente alrededor de 12 semanas a temperaturas superiores a 50 ºC). Este compost debe cumplir determinados criterios de calidad tales como el contenido en metales pesados, ecotoxicidad y la no-generación de residuos visibles.

c. Hidrobiodegradable /Fotobiodegradable:

Son aquellos polímeros degradados por un proceso de dos etapas, que supone una etapa inicial de hidrólisis o fotodegradación, respectivamente, seguida por una segunda etapa que involucra una biodegradación.

d. Bioaerodegradable:

Se trata de aquellos polímeros capaces de ser degradados sin necesidad de la acción de microorganismos, por lo menos inicialmente. Este proceso se conoce también como desintegración abiótica e incluye procesos parciales tales como disolución en agua y envejecimiento por luz o calor.

BASÁNDOSE EN SU ORIGEN Y PRODUCCIÓN:

Polímeros directamente extraídos de fuentes naturales.

Son polímeros naturales, fácilmente disponibles, extraídos de animales marinos o vegetales. Algunos ejemplos son los polisacáridos (almidón, celulosa) y las proteínas (caseína, gluten). La ventaja de los polímeros de origen natural es que son más biocompatibles, se obtienen fácilmente y no son demasiados caros, además son fácilmente modificables químicamente. Se suele hacer una clasificación de estos polímeros basada en su estructura química:

a. Polímeros de tipo proteínico

Colágeno

Es un polímero proteínico presente en la piel y los tendones en forma de fibras. Se puede aislar y purificar muy bien y sus propiedades fisicoquímicas son muy conocidas. Se puede procesar en forma de fibras, films, microesferas. Se ha utilizado mucho sobre todo como material de sutura, pero en el campo de la liberación de fármacos no se ha empleado demasiado debido a que sufre hinchamiento y tiene baja elasticidad, por lo que se pierde la estabilidad dimensional, además producen una respuesta antigénica. Para evitar estos problemas el colágeno se modifica entrecruzándolo con formaldehído con esto se consigue una importante mejora de sus propiedades.

A pesar de todo, el colágeno se utilizaba ya en 1973 para la liberación de pilocarpina, un fármaco utilizado para controlar la presión intraocular en el tratamiento del glaucoma; también se utiliza en el tratamiento de la queratoconjuntivitis como soporte para la liberación de gentamicina, aunque en este caso se ha comprobado que el implante sólo es tolerado durante pocas. En la actualidad se estudia el empleo de colágeno para la liberación de hormonas esteroides, ácido trans-retinoico, 5-fluorouracilo y antibióticos.

Gelatina

Se obtienen a partir del colágeno por hidrólisis parcial, consiguiéndose con este proceso la transformación del material fibroso en una proteína soluble en agua. Este polímero ha sido muy estudiado como agente encapsulante para la fabricación de sistemas de liberación de fármacos. Un producto basado en este polímero (Gelfoam) se emplea como homeostato en muchos procesos quirúrgicos.

Albúmina

Las microesferas basadas en albúmina han sido muy investigadas en este campo. Puesto que la albúmina es soluble en agua, lo primero que se debe hacer para utilizarlas

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