Este documento describe un estudio sobre la formulación y evaluación de películas de polietileno degradables. Se formuló polietileno con diferentes concentraciones de almidón y un fotoactivador. Las muestras se expusieron a envejecimiento natural y acelerado, evaluando cambios en propiedades mecánicas, térmicas y químicas. Los resultados mostraron una pérdida en resistencia y elongación, e incremento en grupos carbonilo, indicando degradación. Las películas podrían usarse cuando se requiere vida

1. MATERIALES FOTODEGRADABLES
Ma. Elena Ramos Aguiñaga, Liliana Cantú S., Felipe Avalos B.
Departamento de Investigación en Polímeros
Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Coahuila.
Saltillo, Coah., México
Tel. (84) 15-70-15, 16-92-13
Fax. (84) 15-95-34
RESUMEN
Uno de los problemas para la eliminación de desechos sólidos, lo constituyen los
materiales poliméricos, principal componente de los productos plásticos para empacado
(botella, botes, bolsas, etc). Estos desechos muestran una resistencia al ataque de los
microorganismos presentes en el suelo, así como al ataque por radiaciones solar y U.V.
El objetivo del trabajo es estudiar las vías de desintegración por radiación solar y
biológica de los plásticos. Para realizar este estudio se formuló el polietileno de baja
densidad formulado con diferentes concentraciones de almidón y un fotoactivador
(benzofenona). Estos materiales fueron colocadas en un panel (intemperismo ambiental) y
en una cámara de envejecimiento artificial para su evaluación. Se determinaron los
cambios en sus propiedades físicas 8tensión-elongación), Calorimetría Diferencial de
Barrido (DSC), y grado de oxidación (FTIR).
Los resultados obtenidos muestran una disminución en sus propiedades físicas,
incremento en la banda de índice carbonilo a diferentes tiempos de envejecimiento.
I N T R O D U CCION
Actualmente los plásticos han venido a constituir una parte importante en nuestra vida
cotidiana debido a la gran versatilidad de aplicaciones, ofreciendo las posibilidades de
substituir en muchos campos a los materiales tradicionales (acero, madera, papel, cartón,
vidrio, metal, etc).
El papel actual de los plásticos en el tema de la contaminación, es cada vez más
preocupante, los materiales ligeros ocupan más volumen y como consecuencia su
resolución es cada vez más difícil. Es conveniente evitar el problema de acumulación de

2. desechos plásticos contaminantes en los basureros municipales, océanos y mares y así
minimizar la contaminación.
En la actualidad se entiende que IGNORAR los residuos y desechos plásticos, sería como
una serpiente devorando su propia cola, lo cual amenaza su propia supervivencia.
Las soluciones propuestas como alternativas para solucionar este problema son: el
rciclaje, incineración y la degradación por influencia del medio ambiente, usando plásticos
biodegradables, fotodegradables o fotobiodegradables.
Por lo anterior es necesario la preparación de materiales plásticos biodegradables y
fotodegradables, los cuales contemplan dos características fundamentales: la primera es
de que estos plásticos deben de seguir prestando las características físicas y mecánicas
que demande un determinado producto y la segunda que presente características de bio
y/o fotodegradabilidad.
ANTECEDENTES
Originalmente los plasticos fueron hechos para ser resistentes a la degradación y a las
condiciones ambientales, creando con esto un problema ambiental (1). Para solucionar
estos problemas se ha planteado la modificación o formulación de dichos materiales
poliméricos para obtener polímeros de vida controlada.
En algunos países se han implementado legislaciones que obligan a la disminución de la
cantidad de plásticos en los basureros sólidos o al uso de materiales con características
degradables que aseguren su completa eliminación una vez cumplido su período de uso.
Según legisladores y ecologistas es ncesario implementar algunos sólidos adecuados
para resolver el problema de los basureros sólidos municipales, la reducción del material
de plástico ya sea por reciclado y/o incineración o bien por otras tecnologías que han sido
consideradas de interés y en particular de plásticos degradables (2).
El bajo costo que supone obtener películas fotodegradables es una de las razones que
explica este contínuo crecimiento, estimándose que el uso de concentrados que llevan los
aditivos fotosensibles no incrementan el valor de la película en más de un 4% (3). Griffin,
quien describió los compuestos de polietileno cargado con almidón en 1973, continua
manteniendo que los plásticos degradables son la única solución realista para resolver el
problema de la eliminación de los plásticos de desecho y de los basureros municipales
(4,5)
.
Según Albertsson (6) para que se lleve a cabo la biodegradación inducida por el ataque de
microorganismos es conveniente considerar un plástico que contenga un aditivo orgánico
a base de almidón que sirva de alimento a los microorganismos.
Al aumentar el contenido de almidón es mayor el efecto de degradación, es decir, que
disminuyen las propiedades mecánicas del polímero (7).

3. Kubota, H. Takahashi, K. (8, 9) han observado que la benzofenona influye en la
fotodegradción del polietileno y que constituye el consumo de radicales libres producido
por la reacción de Norrish I, ocurriendo formación de dobles enlaces, lo cual promueve la
formación de radicales alil y poli enil, los cuales dan lugar a la formación de dobles
enlaces en la muestra.
P A R T E E X P E R I M EN T A L
1. Formulación de las películas de polietileno.
Las muestras fueron mezcladas con las concentraciones de 25%, 35% y 50% de almidón
y 0.3 benzofenona en un mezclador interno de laboratorio marca HAAKE con unos rotores
tipo roller con una velocidad de 50 rpm y una temperatura de la cámara de 140ºC.
2. Preparación de las películas.
Las películas se elaboraron mediante el método de compresión en una prensa hidráulica
Wabash a una temperatura de 140ºC por 5 minutos y con una presión de 5 ton.;
posteriormente, la muestra con los moldes es enfriada en otra prensa por circulación de
agua fría.
3. Preparación de las muestras.
Las películas se prepararon cortando muestras de 5 x 12 cm en dirección máquina, se
midieron su ancho y espesor, posteriormente se lavaron.
4. Colocación de las muestras.
Las muestras fueron colocadas en el panel (envejecimiento ambiental), y en la cámara
(envejecimiento artificial acelerado) para su monitoreo a diferentes tiempos de exposición.
5. Evaluación de las películas.
El efecto de la degradación del material se siguió evaluando el cambio en sus
propiedades mecánicas (tensión-elongación) aplicando la norma Astar D-882. También
se realizaron evaluaciones en calorimetría diferencial de barrido (DSC) con el objeto de
detectar variaciones en puntos de fusión y/o cristalización y de espectroscopía infrarroja
para ver el posible incremento en grupos funcionales específicos que indicaran la
degradación del material.
RESULTADOS
La degradación de los polímeros, se determina frecuentemente por la pérdida de
propiedades mecánicas, las cuales son de gran valor apra la caracterización y
seguimiento de envejecimiento de dichos materiales.

4. En el presente trabajo se evaluaron las porpiedades mecánicas de resistencia tensil y
elongación como criterio para determinar el efecto que tuvo la radiación solar (ultra violeta)
sobre las propiedades originales del polietileno sin aditivos y las formulaciones.
En la figura 1 y 2 se muestran los resultados de envejecimiento natural de los materiales
colocados en bastidores durante un período de 4 meses. Se observa que después de 2
meses de exposición las películas formuladas han perdido el 50% de elongación y el 25%
de resistencia tensil y a los 4 meses han perdido el 100% de la elongación y el 40% de la
resistencia tensil. Se observa una mayor pérdida en propiedades al aumentar la
concentración de almidón. Asimismo, puede verse que el PE sin aditivos alcanza el 50%
de pérdida de elongación a los 3.7 meses de exposición.
105
R. Tensión Residual (%)
100
95
90
PE25
85 PE35
80 PE50
75 PE
70
65
60
0 30 60 90 120
Tiempo (días)
Figura 1. Pérdida de resistencia tensil (envejecimiento natural).
120
Elong. Residual (%)
100
PE25
80
PE35
60
PE50
40
PE
20
0
0 30 60 90 120
Tiempo (días)
Figura 2. Cambio en % elongación residual (envejecimiento natural).
En las figuras 3 y 4 se observan los resultados de envejecimiento artificial, acelerado en
cámara durante 12 días de exposición. Se puede ver que después de 6 días de
exposición se alcanza un 50% de pérdida de elongación en las películas formuladas con
almidón, mientras que la película sin aditivos necesita 9 días de exposición para alcanzar
el 50% de pérdida.

5. 100
R. Tensión Residual (%)
90
PE25
PE35
80
PE50
PE
70
60
0 2 4 6 8 10 12
Tiempo (días)
Figura 3. Pérdida de resistencia tensil (envejecimiento acelerado).
100
Elong. Residual (%)
80
PE25
60
PE35
PE50
40
PE
20
0
0 2 4 6 8 10 12
Tiempo (días)
Figura 4. Cambio en % de elongación residual (envejecimiento acelerado).
Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC)
Con lo que respecta al % de cristalinidad se observa una pequeña variación dada por la
carga de las muestras. en la tabla 1 se encuentran los resultados de % de cristalinidad
donde las variaciones se consideran despreciables, considerando que el polietileno virgen
tiene un 25.66% de cristalinidad.
Tabla 1.- Porciento de cristalinidad de envejecimiento ambiental y acelerado.
% carga Mezcla E Natural E Acelerado
25 21.01% 21.12% 21.38%
35 21.96% 23.11% 22.50%
50 18.22% 21.5 % 19.69%

6. Cambios en estructura química (IR)
El presente análisis se llevo a cabo con el fin de obtener información sobre los cambios
químicos causados por la fotodegradación en envejecimiento natural y acelerado.
El PE degradado sufre una modificación química, ya que se observan cambios en la
región de los grupos carbonilo en la 1715 cm-1 , confirmandose que la muestra se ha
degradado tanto en envejecimiento acelerado como en envejecimiento natural.
CONCLUSIONES
- Es posible obtener formulaciones para elaborar películas de polietileno de baja densidad
con características fotodegradables a base de almidón, debido al ataque de la radiación
que ocasiona que se debilite la película.
- Se logró establecer una correlación que permite predecir el tiempo de vida útil a la
intemperie en la región de Saltillo.
- Estas películas podrían utilizarse en aplicaciones donde se requiere un período corto de
vida provocado por la combinación de biodegradación y fotodegradación.
BIBLIOGRAFIA
1. C. Peinado; F. Catalina. Materiales polímeros degradables; Revista de Plásticos
Modernos, Núm. 479 (mayo 1996).
2. R. wilder; Envase degradable. Sueño o realidad. Revista Plásticos Modernos. Núm. 404
(febrero 1990).
3. Revista Plásticos Modernos. Núm. 401 p. 770, Noviembre 1989.
4. G.J.L. Griffin. Symp. Degrad. Plast., Jun 10, Washington, D.C. (1987) pp. 47-50.
5. E. Chiellini, F. Cioni. Starch Filled Polyethylene in Composting Environment: Evidence
for polyethylene matrix oxidation; Journal of Environmental Polymer Degradation. Vol. 1,
No. 2, 167- 170.
6. Ann Christine Albertsson, Camilla Barenstedt and Sigbritt Karlsson. Degradation of
Enchanced
Environmentally Degradable polyethylene in Biological Aqueous Media: Mechanisms
During the first Stages. Journal of Applied Polymer Science, Vol. 512, 1097-1105
(1994).

7. 7. Hueta Ortega J.I. Poliolefinas Biodegradables. Plastinoticias. Septiembre 1989.
8. Hitoshi Kubota, Kazuo Takahashi & Yoshitaka Ogiwara; Benzophenone - Sensitized
photodegradation of polyolefins. Influence of benzophenone on Model
Compounds Polymer
Degradation and Stability. 33, 115-123 (1991).
9. Kubota H., Takahashi K & Ogiwara Y., Polym. Deg. and Stab., 29, 207 (1990).