peliculas

1. ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES FISICAS DE PELICULAS
BIODEGRADABLES Y SU POSIBLE APLICACIÓN COMO SISTEMA
MULCHING (ACOLCHADO)
María Elizabeth ALEMAN HUERTA, Lilia H. MORALES RAMOS, Erick de J. DE
LUNA SANTILLANA, Ruby y. SALAZAR ALPUCHE, Katiushka AREVALO NIÑO
Instituto de Biotecnología, Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Autónoma
de Nuevo León, San Nicolás de los Garza, N.L. México. C.P. 66450,
karevalo@fcb.uanl.mx
Palabras clave: residuos, agrícola, pectina, cáscara de naranja, alcohol polivinílico
RESÚMEN
Los plásticos biodegradables surgieron como una alternativa viable a la
problemática ocasionada por la acumulación de los residuos plásticos
convencionales en los diversos ecosistemas naturales, lo anterior debido a la
posibilidad de disminuir el volumen de plásticos almacenado en los rellenos
sanitarios y ayudar a la preservación de los recursos no renovables, ya que
pueden ser producidos a partir de fuentes renovables de energía como los
carbohidratos y las proteínas. La aplicación de películas biodegradables se ha
enfocado en tres áreas: área médica, área de alimentos para el desarrollo de
empaques y en el área agrícola, para el desarrollo de cubiertas tipo mulching. El
objetivo del presente estudio fue conocer el comportamiento de las propiedades
físicas de membranas elaboradas a base de pectina y alcohol polivinílico en un
sistema de mulching establecido a nivel laboratorio. Para lograr dicho objetivo se
prepararon membranas de pectina y alcohol polivinílico mediante la técnica
¨casting¨. Se evaluaron 2 formulaciones de polímeros y 2 membranas como
control, una de polietileno de baja densidad (PEBD) y la otra de pectina al 100%.
Para medir la permeabilidad al agua, se colocaron muestras de suelos de
humedad conocido en cajas petri, las cuales fueron selladas con las películas
biodegradables y sometidas a diferentes temperaturas y tiempos de
almacenamiento. Posteriormente, la humedad del suelo se determinó por el
método gravimétrico. Los valores de % de retención de agua presentados por las
películas biodegradables (10.3%), fueron menores que los presentados por las
películas sintéticas, indicando ser más permeables. La permeabilidad al vapor de
agua para las películas biodegradables no fue afectada por el tiempo y la
temperatura. Es posible utilizar películas biodegradables como sistema de
mulching, ya que evita la acumulación de residuos persitentes en el suelo, aunque
deberán buscarse mejorar las propiedades de barrera para optimizar su uso.
INTRODUCCIÓN
Los plásticos son materiales de variados usos que se producen a partir de
reservas fósiles de energía como el petróleo. Estos polímeros perduran en la
naturaleza por largos períodos de tiempo y por tanto se acumulan, generando así
grandes cantidades de residuos sólidos.
1

2. Como alternativa viable a esta problemática surgieron los plásticos
degradables. Los plásticos degradables se definen como aquellos plásticos que en
su cadena de polímeros contienen componentes que pueden desencadenar una
reacción de descomposición biológica o fotoquímica, que destruye la estructura
encadenada de los polímeros. La pieza plástica primero se torna frágil,
desintegrándose mecánicamente en pequeños pedazos. A medida que avanza el
proceso de degradación el material se va desintegrando en partículas cada vez
más pequeñas, hasta convertirse en anhídrido carbónico y agua.
Según el tipo de reacción de descomposición los plásticos degradables se
dividen en dos categorías:
1. Biodegradables: las cadenas de polímeros se descomponen por acción de
enzimas liberadas por microorganismos (bacterias), degradándose completamente
a anhídrido carbónico, agua y biomasa.
2. De degradación fotoquímica: por efecto de la luz solar (radiación ultravioleta) las
cadenas de polímeros se degradan formado cadenas moleculares más cortas, que
a su vez pueden continuar degradándose por acción de microorganismos
(biodegradación) o fotoquímicamente.
Los polímeros que se han utilizado para la fabricación de plásticos
biodegradables son almidón, pectina, quitosán, entre otros. La pectina, de la
palabra griega “Pekos” (denso, espeso, coagulado), es una sustancia
mucilaginosa de las plantas superiores. Esta sustancia se asocia con la celulosa y
le otorga a la pared celular la habilidad de absorber grandes cantidades de agua.
La celulosa tiene un importante rol en la estructura ya que le da rigidez a las
células, mientras que la pectina contribuye a su textura.
Desde el punto de vista económico y social, uno de los problemas más
fuertes e importantes a que se enfrenta México es la producción agrícola,
provocado en gran parte por las condiciones climáticas tan variables que imperan
en el país. La distribución espacial de las lluvias y las temperaturas producen una
gran variedad de climas desde las condiciones áridas (31%) y semiáridas (36%)
en la región norte hasta el trópico húmedo (33%) en el suroeste. En las regiones
áridas la precipitación es escasa o nula y sin embargo vive el 76 % de la
población, se encuentra el 70 % de las industrias y se localiza el 40% de las tierras
arables. En estas regiones es necesario cambiar los patrones de cultivos,
sustituyendo los de alto consumo de agua por otros de menor consumo; así como
mejorar las prácticas de riego actuales principalmente en la conducción,
aplicación, cantidad y oportunidad, para poder incrementar significativamente los
rendimientos. (Morán et al. 2005)
El uso de materiales plásticos ha tenido una enorme difusión en el campo
agrícola gracias a sus enormes ventajas teniendo un campo de aplicación muy
diverso que hacen de estos materiales una tecnología importante para el control
de factores adversos en la agricultura.El plástico en agricultura se utiliza en
invernaderos, macrotúneles, microtúneles, acolchados, mallas, en el control de
plagas (plásticos fotoselectivos), en el control de enfermedades (solarización), en
el riego, etc. (Robles et al. 2005).
2

3. La técnica del acolchado que consiste en cubrir el suelo a cultivar, con
materiales plásticos se utiliza para ahorrar agua, controlar malezas, aumentar la
temperatura y con esto lograr una cosecha precoz y de mayor rendimiento. [3]
El incremento de la temperatura en el suelo en los tratamientos acolchados,
genera aceleración en el crecimiento del cultivo, mayor disponibilidad de los
nutrientes, adelanto en el inicio de la cosecha, incremento en la producción y
eficiencia productiva del agua.
Por lo anterior, los plásticos han permitido convertir tierras aparentemente
improductivas en modernísimas explotaciones agrícolas. Ejemplo de ello es la
provincia de Almería, que de una agricultura de subsistencia ha pasado a contar
con una gran concentración de invernaderos que la hacen modelo del desarrollo
agrícola en muchas partes del mundo.
En Almería España, se encuentra la mayor concentración de invernaderos
del mundo, unas 30.000 ha cubiertas por plástico y que han permitido la
producción de hortalizas en territorios prácticamente desérticos; así el valor de la
producción hortofrutícola en Almería ha pasado de 9.500 millones de pesetas en
1975 a los casi 189.000 millones de pesetas en 1997 (más de 1,2 billones
americanos de dólares) (Fuente: CEPLA, 2000).
Sandoval y Durán, en el 2005, encontraron una tendencia de mejor
respuesta en el crecimiento y desarrollo de la sábila cuando se usó acolchado
plástico, ya sea e transparente o negro, expresado en una mayor altura de planta
(51 cm), mayor intensidad de color (3.7 de 0 a 5), mayor temperatura (29 ºC), y un
menor daño por heladas (2.3 de 0 a 5), en comparación a cuando no se usó
acolchado plástico.
Yu-Zhon Wang, et al, en el 2004, reportaron el desarrollo de películas foto-
biodegradable de polietileno conteniendo almidón y al utilizarlas en la agricultura
como sistema mulching encontraron que las películas podían conservar la
humedad del suelo alcanzando rendimientos altos comparados con las de
polietileno común, aparte de degradarse en el ambiente después de utilizarse.
Miranda,S.P et al, en el 2003 evaluaron el comportamiento de pelícuas de
quitosán, encontrando que la composición de las películas y la temperatura
tuvieron efecto significativo sobre la permeabilidad efectiva al vapor de agua.
En Hokkaido, Japón, se evaluaron plásticos biodegradables (PBD)
elaborados a partir de almidón de maíz, como acolchado en cultivos de repollo.
Los PBD mostraron un desempeño igual que los films de polietileno usados como
control. La disponibilidad de los PBD se mantuvo durante todo el cultivo de repollo
desde Mayo 1999 a Agosto de 1999, aunque mediante escaneo con el
microscopio electrónico, se logró observar que dos meses después de la
aplicación en campo, comenzaba su deterioro biológico. En conclusión, los
plásticos biodegradables pueden ser utilizados para aplicaciones prácticas como
acolchados en la ciudad en estudio (Tamura, et al, 2001).
3

4. MATERIALES Y MÉTODOS
1. ELABORACIÓN DE LAS PELICULAS
Las biopelículas fueron elaboradas mediante el método de casting
utilizando placas de vidrio de 20 x 20cm, las cuales fueron lavadas y
desengrasadas con alcohol-acetona antes de vaciar las mezclas de las diferentes
formulaciones (Tabla I). Las mezclas se extendieron con una cuchilla de acero
inoxidable con la finalidad de obtener un grosor uniforme. Se dejaron las placas a
temperatura ambiente (23-24°C) por 24 hrs. Posteriormente, se recuperaron las
películas desprendiéndolas cuidadosamente con una aguja y guantes. Se
almacenan a temperatura de 25°C entre (50 – 60)% de Humedad Relativa en una
cámara de acondicionamiento.
Tabla 1. Composición de las películas en estudio
Composición
Clave Pectina:PVOH:RL Plastificante
(%)
A 1:0.075:1 2
B 1:1.75:1 2
C 1.25:0:0 2
D Polietileno 100% 0
RL = residuos lignocelulósicos
2. Determinación de propiedades físicas
Grosor. El grosor de las películas fue medido antes y después de someterlas a un
sistema de acolchado con un micrómetro Multitoyo modelo Digimatic con una
resolución de 0.001mm. Se le hicieron 10 mediciones a un área conocida.
Peso. Para conocer el cambio en el peso de las películas se pesó antes y
después de someterlas a un sistema de acolchado en una balanza analítica.
3.- Evaluación de permeabilidad al vapor de agua
Se extrae suelo de jardín húmedo, posteriormente se pesa (Peso inicial) y
se coloca en una caja petri desechable, las cuales se sellan con las películas en
estudio, cuya área , grosor y peso fueron previamente medidos.
Se colocaron las cajas petri a diferentes temperaturas y tiempos (30° y 40°
por 5, 10 y 15 días). El procedimiento se hace por triplicado.
Una vez finalizado el tratamiento se determinó el peso y grosor de las
películas y se registró el peso del suelo.
Una vez registrado el peso del suelo (tanto antes como después del
tratamiento), éste fue colocado en la mufla a 105°C hasta peso constante para
después determinar el porcentaje de humedad.
El % de pérdida de humedad fue calculado mediante la siguiente ecuación:
% humedad = ((Phúmedo – Pseco) / Pseco) x 100
RESULTADOS y DISCUSION
4

5. Las tablas II y III presentan el valor promedio del grosor, de tres repeticiones
para cada formulación. Después de ser sometidas a una temperatura de 30 °C a
tiempos de 5 , 10 y 15 días.
Aunque las películas presentaron cambios en el grosor, al someterlas a los
diferentes tiempos y temperaturas, como lo es la película A, C y D quienes
presentaron un comportamiento semejante al disminuir su grosor (Ver Tabla II) el
análisis estadístico no presentó diferencia significativa entre los tratamientos
(P<0.05)
Tabla II. Efecto del tiempo y temperatura en el grosor de películas biodegradables.
Grosor (mm)
Formulación
A B C DTIEMPO
30°C 40°C 30°C 40°C 30°C 40°C 30°C 40°C
5 días 2.33E-03 1.23E-02 6.47E-03 7.07E-03 4.73E-03 1.73E-03 7.33E-04 8.33E-04
10 días 1.73E-03 1.73E-03 9.50E-03 9.53E-03 5.07E-03 1.27E-03 4.57E-03 4.10E-03
15 días 1.03E-03 1.50E-03 1.48E-02 7.63E-03 3.97E-03 0.00363 3.07E-03 2.10E-02
Tabla III. Efecto del tiempo y temperatura en el peso de las películas en estudio.
Grosor (mm)*
Tie
m A B C D
30°C 40°C 30°C 40°C 30°C 40°C 30°C 40°C
5 d 3.31E-04bc 3.59E-04bc 2.70E-04abc 6.41E-04c 2.44E-04abc 3.62E-04bc 6.98E-05abc
1.58E-
04abc
10
d 2.29E-04ab 3.79E-04a 3.74E-04bc 1.55E-04abc 7.68E-05abc 2.75E-04abc 1.97E-04abc
3.82E-
05abc
15
d 4.67E-05abc 7.54E-05abc 1.49E-04abc 6.58E-05abc 1.33E-04abc 2.44E-5abc 1.92E-04abc 1.83E-04ab
*Valores seguidos de letras minúsculas diferentes, son significativamente diferentes (P<0.05)
La tabla III nos muestra que el análisis estadístico de los resultados de
grosor de las películas sometidas a los diferentes tratamientos, arrojó tres grupos
de homogeneidad, resaltando que la película biodegradable A presentó un
comportamiento inverso al presentado por la película de origen sintético,
disminuyendo y aumentando su grosor respectivamente.
Tanto los cambios presentados para grosor como para peso se pueden
atribuir a la naturaleza química de las membranas, que en el caso de la
formulación D, es impermeable al agua, lo cual facilita la adhesión de partículas de
agua en su superficie, evitando el paso de ésta y provocando el incremento en el
peso registrado; mientras que en el caso de las películas biodegradables (A, B y
C) cuyos componentes poliméricos son altamente hidrofílicos, facilitan el
intercambio de agua, ocasionando pérdida de peso por exposición a la
temperatura. Con los resultados obtenidos, podemos considerar que el sistema
implementado mostró que es difícil monitorear los parámetros peso y grosor, sin
5

6. embargo los datos obtenidos nos presentan un panorama previo a lo que pudiese
ocurrir a nivel campo, bajo condiciones no controladas.
Evaluación de permeabilidad al agua
La película D (polietileno de baja densidad) muestra un % mayor de humedad
en el suelo con respecto a las demás; por lo tanto es la menos permeable. Se
presentó un notable efecto de la temperatura y tiempo en la capacidad de
retención de humedad.
Por otra parte las películas biodegradables elaboradas presentaron menor
capacidad de retención de humedad en comparación con la sintética, sin embargo,
en base al análisis estadístico las películas A, B Y C presentaron diversos grupos
de homogeneidad entre ellas, siendo la que mayor eficiencia presentó a 30 °C fue
la película C>A>B y para 40°C fue de la siguiente manera C>B>A.
Tabla IV. Efecto del tiempo y temperatura en el % de
humedad del suelo para las diferentes formulaciones a
la temperatura de 30°C.
% DE
HUMEDAD (D.S.)
Formulación
5 DÍAS 10 DIAS 15 DIAS
A 9.83b (0.31) 10.36ab (0.32) 7.92a (0.80)
B 8.29ab (0.49) 10.38ab (0.18) 7.50ab (1.56)
C 10.93bc (0.35) 9.68bc (0.66) 8.34ab (0.20)
D 67.49f (2.13) 67.61f (4.03) 55.94de (8.02)
Valores seguidos de letras minúsculas diferentes son significativamente
diferentes (P<0.05). DS=desviación estándar
Tabla V. Efecto del tiempo y temperatura en el % de
humedad del suelo para las diferentes formulaciones a la
temperatura de 40°C.
FORMULACIÓN % DE HUMEDAD
6

7. 5 dias DS
10 dias
DS 15 días DS
A 8.21ab 0.42 7.57ab 0.21 6.29a 0.36
B 8.28ab 0.90 7.26ab 0.16 13.31a 11.17
C 12.68ab 7.84 7.50b 2.50 6.94ab 0.06
D 60.22ef 2.19 46.60e 2.19 29.72c 8.83
CONCLUSIONES
El sistema “mulching” implementado a nivel laboratorio, nos permitió
monitorear las propiedades de películas biodegradables para predecir su
comportamiento en ambientes naturales, con la limitante de que las condiciones a
nivel campo son similares pero no iguales, ya que la temperatura en este estudio
se mantuvo constante, lo cual no sucede en el exterior.
Por otra parte se pudo observar que el grosor y el peso de las películas en
estudio son parámetros que pueden verse afectados en diferentes grados, por la
temperatura y el tiempo.
Las películas sintéticas presentaron mejores propiedades de barrera que
las biodegradables. La temperatura y el tiempo afectan la permeabilidad al vapor
de agua de las películas biodegradables. Se recomienda establecer condiciones
del sistema a nivel laboratorio similares a las de campo, incluyendo fotoperíodos,
así como realizar modificaciones en las formulaciones que permitan mejorar sus
propiedades de barrera.
AGRADECIMIENTOS
A la Universidad Autónoma de Nuevo León. A la I.Q. Janett Mendoza Espinoza
REFERENCIAS
7

8. Gusev E.M. and Dzhogan, L.Ya. (2000) Evaluation of the Effect of Soil Mulching
with Plant Residues on the Water Regimen of Agrosystem. Eurasian Soil Science.
Vol.33. No.11, pg.1238-1247.
Morán R., Sánchez I., Moreno L., García G., López A., Sepúlveda M. (2005).
Interacción Agua-nutrimentos en tres sistemas de Producción en sandia citrullus
lanatus (thunb.) con riego por cintilla y acolchado plastico. Revista Chapingo serie:
zonas Áridas. Publicación semestral de difusión de investigación científica y
tecnológica agropecuaria y forestal. Vol. IV núm. 1. pag. 21-28.
Pedroza A., Duran S. (2005). Efecto del acolchado plastico, fertilización
nitrogenada y composta orgánica en el crecimiento y desarrollo de sábila aloe
barbadensis miller con riego por goteo automatizado. Revista Chapingo Serie
Zonas Aridas. 4:1-7.
Robles T., Santos L, Martínez J., (2005). Desarrollo vegetativo de melón (cucumis
melo l.)establecido por trasplante, con guiado vertical y acolchado plástico en la
comarca lagunera. Revista Chapingo serie Zonas Áridas. 4: 9-13,14.
Tamura H, Nakano H, Saito H, Yamada Y, Hocino Y, Sato H. (2001). Evaluation of
the biodegradable plastic films for mulching in Hokkaido. Research Bulletin of the
University Farm. Hokkaido University. 32: 55-60
Yu-Zhon Wang, Ke-ke Yang, Xiu-Li Wang, Qian Zhou, Chang-Yi Zhong and Ze-
Fang Chen. (2004). Journal Of Polymers and the Environment. Vol.12, No. 1,
January 2004.
8