RED-Trabajo final - Plastico biodegradable a base de cáscaras de naranja PDF

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Plastico biodegradable a base de cáscaras de naranja...

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

Análisis de proceso físico-químico para la producción de plástico biodegradable a partir de la cáscara de naranja PROYECTO DE INVESTIGACION DOCUMENTAL DE LA ASIGNATURA DE REDACCIÓN TÉCNICA

Autores: Br. Yukary Edith Valdivia Guido Br. Eliángeles Luzía Gadea García Br. Sergio Alejandro Sáenz Pérez Br. Octavio Jesús Miranda Méndez Docente: Msc. Elmer Antonio Vicente Pavón Ingeniería Química Grupo 1T1

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..................................................................................................................................... 4 .......................................................................................................................................... 5 2.1 General ..................................................................................................................................... 5 2.2 Específico ................................................................................................................................. 5 ................................................................................................................ 6 3.1 Naranja..................................................................................................................................... 6 3.1.1 Definición. ......................................................................................................................... 6 3.1.2 Variedades......................................................................................................................... 6 3.2 Cáscara de naranja ................................................................................................................. 7 3.2.1 Definición. ......................................................................................................................... 7 3.2.2 Pectina. .............................................................................................................................. 7 3.3 Vinagre ..................................................................................................................................... 7 3.3.1 Definición. ......................................................................................................................... 7 3.3.2 Tipos de vinagre. .............................................................................................................. 8 3.3.3 Usos. ................................................................................................................................... 8 3.4 Almidón o Fécula de maíz ...................................................................................................... 8 3.4.1 Definición. ......................................................................................................................... 8 3.4.2 Componentes..................................................................................................................... 8 3.4.3 Gelificación. ...................................................................................................................... 9 3.5 Glicerina................................................................................................................................... 9 3.5.1 Definición. ......................................................................................................................... 9 3.5.2 Aplicaciones. ..................................................................................................................... 9 3.6 Polímeros................................................................................................................................ 10 3.6.1 Definición. ....................................................................................................................... 10 3.6.2 Clasificación. ................................................................................................................... 10 3.7 Polímero biodegradable ........................................................................................................ 10 3.7.1 Definición. ....................................................................................................................... 10 3.7.2 Celulosa. .......................................................................................................................... 11 3.8 Bioplástico .............................................................................................................................. 11 3.8.1 Definición. ....................................................................................................................... 11 ................................................................................................................................. 12 2

4.1. Proceso de revisión documental ......................................................................................... 12 4.1.1. Métodos teóricos. ........................................................................................................... 12 4.1.2. Métodos especializados. ................................................................................................ 12 4.1.3. Proceso Experimental. .................................................................................................. 12 ...................................................................................................................... 14 ................................................................................................................................ 15 ............................................................................................................................... 16 ...................................................................................................................................... 18 8.1 Procedimiento ........................................................................................................................ 18 8.2 Bosquejo de fundamentación teórica................................................................................... 21 8.3 Fichas...................................................................................................................................... 22

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El Plástico es el primer material de diseño nuevo en más de 300 años. Durante este periodo, los demás materiales han tenido la oportunidad de afianzarse, establecer normas, imponer las preferencias entre lo que se adecuado y lo que no sirve, y de posesionarse del mercado. La industria del plástico se remonta a 1870 con la introducción del nitrato de celulosa, tras 35 años más aparece el formaldehido fenólico, la creación de 18 polímeros, junto con la maquinaria de procesamiento adecuada para que estos elementos integraran en 1945 lo que en la actualidad se le conoce como la industria del plástico. Los plásticos no son biodegradables en forma natural, esto claramente es un perjuicio, ya que los plásticos que se dejan abandonados después de usarlos no desaparecen de la vista. Sin embargo, depositados adecuadamente en un terreno sanitario, se convierten en un factor estabilizador de esos sitios, sin presentar riesgos de lixiviación hacia el agua freática o masas de aguas cercanas. Aunque la contribución de los plásticos a la carga de desechos sólidos solo sea alrededor del 1% en peso, su volumen en general hace que sea bastante visible, lo cual es preocupante para la población y por ello el reciclado se ha vuelto un objetivo principal en las industrias. Debido a toda la contaminación generada, se ha impulsado la búsqueda de biopolímeros naturales como fuente de conservación y reciclaje, abriendo oportunidades de innovación en el desarrollo de nuevos productos biodegradables en el campo de los envases. Se han realizado estudios en películas biodegradables elaboradas a base de polímeros naturales como almidón, quitosano entre otros, así como también el uso de residuos agroindustriales como la cascara de naranja. La cáscara de naranja es una gran alternativa para la elaboración de plástico biodegradable debido a la presencia de fibras de celulosa, pectina y aceites esenciales presentes en ella, investigaciones realizadas por (Müller et al, 2009) reportaron que el uso de fibras de celulosa de diversas fuentes como refuerzo, logra mayor resistencia a la tensión, aunque poca elongación y disminución de la capacidad de absorción de agua. En el presente trabajo se pretende elaborar plástico biodegradable a partir de cascara de naranja y glicerina (como medio plastificante), ya que esta alternativa es amigable con el medio ambiente, se utilizará como medio de formación, el proceso húmedo o casting, además se evaluarán las propiedades físicas, mecánicas, solubilidad y biodegradabilidad en el suelo. 4

2.1 General  Analizar el proceso Fisicoquímico para la realización de plástico biodegradable a partir de las cáscaras de naranja y propuesta de prueba piloto para su producción. 2.2 Específico  Examinar las propiedades químicas de la cáscara de la naranja para su utilización como materia prima en la producción de plástico biodegradable. 

Explicar el procedimiento de la realización de plástico biodegradable a partir de las cascaras de naranjas utilizando el método casting.

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Realizar ensayos de identificación para determinar control de calidad del plástico.

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3.1 Naranja 3.1.1 Definición. Las naranjas son el fruto del naranjo dulce, árbol que perteneciente al género Citrus de la familia de las Rutáceas. La familia de esta fruta está comprendida por más de 1.6000 especies. El género botánico Citrus es el más importante de la familia y consta de unas 20 especies con frutos comestibles, abundantes en vitamina C, flavonoides y aceites esenciales. Su pulpa está formada por muchas vesículas llenas de jugo. El naranjo dulce se la considera la especie más importante y es el más cultivado de todos los cítricos. Le siguen: las mandarinas, los limones, los pomelos, limeros y kumquats. El naranjo amargo es cultivado como árbol ornamental utilizado para obtener fragancias, este no se debe confundir con el naranjo dulce. (Murphy, 2019) 3.1.2 Variedades. • Naranja dulce: Traída de la China en el siglo XV por comerciales portugueses. Crece con diferentes tamaños según sus condiciones locales, comúnmente con diez gajos, hollejos o segmentos, dentro. •

Naranja pérsica: Cultivada extensamente en el sur de Europa después de su introducción a Italia en el siglo XI, era amarga.

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Naranja de ombligo o “Navel”: Mutación dada en 1820 en un huerto de naranjas dulces de un monasterio de Brasil. La mutación causó que en la base del fruto se desarrolle una segunda naranja, pequeña y atrofiada como un ombligo.

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Naranja Valencia: Tiene su origen en California del siglo XIX, una de las variedades más utilizadas en España para la extracción de jugo.

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Naranja Salustiana: Es una variedad de la naranja Navel que se produjo por una mutación espontánea debido al clima al que estaba expuesta y sus condiciones de cultivo.

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Naranja Cadenera: El fruto de la naranja Cadenera es grande, de forma esférica ligeramente achatada, y su pulpa tiene un alto contenido en zumo de sabor muy dulce.

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Naranja de sangre: La naranja de sangre tiene rayas rojas en la piel, y el jugo es a menudo de color borgoña. La fruta se ha hecho un lugar como una variación de ingrediente interesante sobre la mermelada de Sevilla tradicional, con sus rayas 6

asombrosas rojas y su sabor distinto. El «ombligo escarlata» es una variedad con la misma mutación diploide que la naranja de ombligo.

3.2 Cáscara de naranja 3.2.1 Definición. La cáscara de naranja puede convertirse en un material indispensable para la producción de biopolímeros debido a su contenido en fibras de celulosa, pectina y aceites esenciales. La constitución de la cáscara de naranja varía de acuerdo a la especie y a las condiciones de su cultivo. Se conoce que la naranja contiene 14,27 por ciento másico de cáscara; a su vez, la cáscara seca contiene 53,27 por ciento másico de carbohidratos. De otro lado, los residuos de naranja contienen los porcentajes másicos siguientes: pectina, 29,8; celulosa, 18,7; y, hemicelulosa, 20,9. Vale decir que el contenido de celulosa es cercano al veinte por ciento. (Mayhuire, A. E. , 2019) 3.2.2 Pectina. La pectina, está presente en frutas y hortalizas y, por consiguiente, es numeroso en los desechos agrícolas. Se conforma por varias unidades de ácido poligalacturónico interrumpido por enlaces cortos de ramnosa. Es muy soluble en agua y debido a su maleabilidad molecular otorga amplia deformación a los biopolímeros, aproximado a la que se alcanza con algunos polímeros sintéticos, por ejemplo, las fibras de nylon y PET presentan valores de elongación entre 10 y 50 por ciento. También, bajo ciertas situaciones puede gelificar y formar una barrera apropiada para la permeabilidad de gases. Cuando la pectina se combina con otros polisacáridos se obtienen biopolímeros continuos, homogéneos y transparentes que poseen un carácter hidrofílico. (Mayhuire, A. E. , 2019)

3.3 Vinagre 3.3.1 Definición. La actividad de las baterías Mycoderma aceti o bacterias acéticas consiguen fermentar el alcohol etílico en ácido acético o vinagre. Para que esta fermentación se dé, es necesario tener condiciones actas de pH o acidez, concentración de alcohol, etc. (Pakus, 2018)

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3.3.2 Tipos de vinagre. El vinagre de vino, el vinagre de Jerez (una especialidad dentro de los vinagres de vino), el vinagre de sidra, los vinagres de arroz o de otros cereales, los acetos de Módena o vinagres balsámicos y los vinagres derivados de otras fermentaciones con contenido alcohólico. 3.3.3 Usos. Se pueden utilizar para la elaboración de adobos, escabeches y conservas, así como para la elaboración de salsas como la mostaza y otras salsas frías. El vinagre también se utiliza en otras salsas elaboradas cociendo ingredientes mediante la reducción. Así este producto es necesario para las elaboraciones de marinadas, conservas, maceraciones, pickles, agridulces y encurtidos. También sirve como conservante que es el principal uso que se le da dentro del proyecto.

3.4 Almidón o Fécula de maíz 3.4.1 Definición. El almidón o fécula de maíz es una macromolécula o polisacárido. El almidón es el principal componente del maíz (Zea mays L.) y las propiedades fisicoquímicas y funcionales de este polisacárido están estrechamente relacionadas con su estructura. El almidón está formado por dos polímeros de glucosa: amilosa y amilopectina. Estas moléculas se organizan en anillos concéntricos para originar la estructura granular. La distribución de la amilosa dentro de los anillos concéntricos difiere entre el centro y la periferia del gránulo, ya que sólo ocupa los lugares disponibles que deja la amilopectina después de sintetizarse (Tetlow et al., 2004). (Agama-Acevedo, 2013) 3.4.2 Componentes. • Amilosa: Está formada por α-D-glucopiranosas unidas por centenares o miles de enlaces α-(1 → 4) en una cadena sin ramificar, adoptada en una disposición helicoidal que contiene seis monómeros por cada vuelta de hélice. Constituye del 25% a 30% del almidón. •

Amilopectina: Representa el 70-75 % restante. También está formada por α-Dglucopiranosas, aunque en este caso conforma una cadena altamente ramificada en la que hay uniones α-(1 → 4).

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3.4.3 Gelificación. Es el proceso donde los gránulos de almidón que son insolubles en agua fría debido a que su estructura es altamente organizada, se calientan (60-70°C) y empieza un proceso lento de absorción de agua en las zonas intermicelares amorfas que son menos organizadas y las más accesibles. Se produce hasta que se enfría el almidón y este proceso es de lo más importantes en la elaboración de biopolímeros debido a que le da consistencia sólida. (Anónimo)

3.5 Glicerina 3.5.1 Definición. La glicerina es un compuesto formado de azúcar y alcohol, un líquido espeso, orgánico e incoloro formado principalmente de carbono, oxígeno e hidrógeno. Puede ser soluble en agua, tiene un sabor dulce y no es tóxico. Se puede utilizar de manera pura o mezclarse con otros compuestos orgánicos y no orgánicos para la fabricación de jabones y cremas para la piel dado que ése es su más destacado beneficio. Hidratar y humecta la piel, estimula las células cutáneas para rejuvenecerlas y brinda beneficios laxantes. (Vivir Ar, 2018) 3.5.2 Aplicaciones. • Se utiliza para la elaboración de cosméticos como jabones. •

Elaboración de medicamentos en forma de jarabes.

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Se utiliza para formar parte de los supositorios ya que es higroscópico y ligeramente irritante de mucosas.

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Lubricación de maquinarias específicas.

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Anticongelante

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Resinas alquídicas

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Entre muchos otros usos de los cuales sus propiedades químicas ayudan a dar flexibilidad en cualquier material que se realice, acta como componente principal de los biopolímeros.

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3.6 Polímeros 3.6.1 Definición. Son un tipo de macromolécula constituidas por cadenas más simples llamados monómeros, se unen por enlaces covalentes. Los polímeros abarcan tanto a los plásticos sintéticos que todos conocemos; como el polietileno, así como los biopolímeros naturales como el ADN y las proteínas; que son fundamentales para la estructura y funcionamiento biológico. (Raffino, 2020) 3.6.2 Clasificación.  Según su origen: •

Polímeros naturales: Origen biológico.

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Polímeros sintéticos: Creados por el ser humano.

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Polímeros semisintéticos: Creados por transformación de polímeros naturales.

 Según su composición: •

Polímeros orgánicos: Poseen una cadena principal de átomos de carbono.

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Polímeros orgánicos vinílicos: Tienen enlaces dobles carbono-carbono.

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Polímeros orgánicos no vinílicos: Poseen átomos de oxígeno y nitrógeno en su cadena principal, también poseen carbonos.

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Polímeros inorgánicos: Se basan en otros elementos como el azufre o el silicio.

3.7 Polímero biodegradable 3.7.1 Definición. Un polímero biodegradable es aquel que puede degradarse completamente en el medio ambiente, reduciendo de esta manera el impacto ambiental que estos materiales producen. Cuando un envase plástico biodegradable es desechado al final de su vida útil, comienza a transformar su estructura molecular y sus propiedades físicas y químicas, provocado por la influencia de agentes ambientales. De esta manera el polímero es transformado en sustancias simples o en componentes menores como agua, dióxido de carbono y biomasa que finalmente se asimilan al medio ambiente. De los principales de origen natural están la fécula y celulosa. (Labeaga, 2018)

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3.7.2 Celulosa. Compuesto orgánico muy común en los vegetales. Constituye la biomolécula más abundante de nuestro planeta. Es un biopolímero compuesto por moléculas de glucosa unidas entre sí por puentes de hidrogeno. (Raffino, 2020)

3.8 Bioplástico 3.8.1 Definición. Tipo de plástico derivado de productos vegetales, como el maíz. Los plásticos convencionales se derivan principalmente del petróleo. Son una amplia familia de materiales derivados de materias primas renovables y/o biodegradables. (Rovatti, 2020)

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El tipo de investigación empleada en este proyecto es experimental, ya que se describirá y explicará el paso a paso para elaborar plástico biodegradable a base de cáscaras de naranja, para el desarrollo de la investigación y el cumplimiento de los objetivos. La presente investigación es de carácter cualitativa.

4.1. Proceso de revisión documental Se recolectó la información a través de libros, documentos, archivos e internet, para el desarrollo de esta investigación documental. Se consultó citas bibliográficas, sitios web, blogs y revistas di...