Una de las estrategias más viables para paliar el problema de la contaminación por plásticos es que el máximo posible de los que se fabrican sean biodegradables, es decir, que puedan ser descompuestos por microorganismos (idealmente en pequeñas moléculas como CO2, CH4, H2O…), ya sea en condiciones aeróbicas o anaeróbicas. Los plásticos biodegradables más comunes son la polilactida, el poliglicolato, la policaprolactona, los polihidroxialcanoatos, el polibutilensuccinato o el poli(butilenadipato-co-tereftalato). De ellos, el primero se considera uno de los más adecuados para reemplazar a los plásticos no biodegradables[1].
La polilactida es conocida también como poli(ácido láctico) o por sus siglas en inglés PLA. Una interesante característica de este plástico es que, a diferencia de otros polímeros sintéticos biodegradables que se obtienen a partir de productos petroquímicos, este es sostenible, en el sentido de que se puede sintetizar a partir de ácido láctico extraído del almidón de maíz, y también de la yuca, la caña de azúcar o la pulpa de la remolacha azucarera. En la figura 6.4 se esquematizan las dos vías principales de síntesis. Una es la conversión del ácido láctico directamente en polilactida; la otra pasa por la generación previa de lactida. Aunque este último procedimiento supone más pasos, el control químico del proceso es óptimo y se obtienen polímeros de mejores propiedades y mayor peso molecular.
La vía indirecta mostrada en la figura 6.4 está muy simplificada, ya que consta de más etapas, y son complejas. En cualquier caso, ambas implican reacciones de condensación. En química, una reacción de condensación de dos moléculas es aquella que supone la unión de ambas con eliminación de una molécula pequeña, que en este caso es H2O. Esta condensación transcurre en pasos. El primero sería el que se muestra en la figura 6.5.
El ácido láctico es un ácido carboxílico, ya que posee un grupo –COOH, pero también es un alcohol, por tener un –OH. De hecho, su nombre sistemático, que es ácido 2-hidroxipropanoico, indica esta doble funcionalidad. Un ácido carboxílico puede reaccionar con un alcohol para dar un éster. Por eso, una reacción de condensación de ese tipo se llama esterificación. La correspondiente reacción inversa se denomina de hidrólisis porque viene a ser una “ruptura por agua”. Ambas reacciones se producen de forma simultánea y con el tiempo se alcanzará un equilibrio entre ellas, lo que supondrá que las concentraciones de reactivos y productos ya no cambiarán. Si se quiere que cambien, habrá que modificar algunas variables como la presión o la temperatura o bien, como es lógico, retirar del medio parte de los reactivos o los productos. En general, el comportamiento de un equilibrio y de su alteración viene regido por el llamado principio de Le Châtelier, según el cual si se retira del medio uno de los productos los reactivos seguirán reaccionando para regenerar el producto perdido.
Como el ácido láctico es bifuncional (ácido y alcohol), una molécula del ácido puede reaccionar con otra igual para producir el éster correspondiente, como se muestra en la figura 6.5. Si se quiere que se produzca la máxima cantidad de éster (mediante la reacción de esterificación), el principio de Le Châtelier indica que debería retirarse el producto H2O del medio de reacción. La eliminación del agua se puede favorecer aumentando la temperatura, pero si se eleva demasiado se pueden generar subproductos indeseados. También cabe hacer vacío en el reactor, lo que facilita la evaporación sin elevar mucho la temperatura.
No hay que perder de vista que la reacción de la figura 6.5 conduce a un dímero. Pero, si se quiere obtener el polímero, el dímero debe condensarse con otro monómero para generar el trímero, y así sucesivamente. Es decir, hay que llevar a cabo lo que se llama una policondensación. Es la vía directa de la que hablábamos antes (ver figura 6.4). Por este procedimiento, el polímero formado tendrá un peso molecular relativamente bajo (2000 – 10000). Para conseguir que sea más alto se ideó la vía indirecta, que supone la obtención previa de anillos de lactida, los cuales, con el catalizador adecuado y en caliente, se abren y polimerizan en un ácido poli(ácido láctico) de peso molecular bastante alto (> 100000) y buenas propiedades como material plástico[2].
Este polímero supera a muchos otros biodegradables en la velocidad de descomposición biótica, incluso si en el medio no existen los microorganismos óptimos y la temperatura es baja. Además, se degrada también abióticamente por hidrólisis, calor, luz, oxidación e incineración, dejando residuos de escasa o nula toxicidad. Se puede acelerar su biodegradabilidad mezclándolo con otros plásticos, como se ilustra en la figura 6.6.
Con polilactida se pueden fabricar desde implantes médicos (tornillos, placas, anclajes…), que se descomponen dentro del cuerpo, a envases de alimentos y fármacos, vajilla desechable, embalajes, fibras, telas, tapicerías, toldos y filamento para impresión tridimensional. Uno de sus inconvenientes es que no es competitivo con los plásticos no biodegradables en términos de precio de fabricación. Otro es que sus propiedades térmicas son pobres, defecto que le resta bastante utilidad a temperaturas mayores de aproximadamente 60 grados.
[1] Editorial: The future of plastic. Nat. Commun. 9 (2018) 2157. https://doi.org/10.1038/s41467-018-04565-2.
[2] A. Södergård y M. Stolt. Industrial production of high molecular weight poly(lactic acid). En R. Auras et al. (eds.). Poly(lactic acid): Synthesis, Structures, Properties, Processing, and Applications. John Wiley & Sons, 2010.
[3] Imagen adaptada de D. Huang et al. e-Polymers, 20 (2020), pp. 759-772. https://doi.org/10.1515/epoly-2020-0071.
Este texto pertenece al libro:
Carlos Romero Muñiz, José M.ª Gavira Vallejo: Noventa materiales de ingeniería para la enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/90mi/ .
