Formulación teórica para la obtención de filmes y revestimientos a base de almidón de yuca

Considerando la gran problemática ecológica que produce el consumo masivo de plástico, se planteó como objetivo formular un sustituyente para mitigar la contaminación de petroquímicos con altas emisiones de gases de efecto invernadero y daños directos a la biodiversidad. Adicionalmente, la explosión...

Full description

Autores:
Ortiz Mateus, Luis Fernando
Triana, Camilo Andres
Aldana Sánchez, Juan Camilo
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2021
Institución:
Universidad ECCI
Repositorio:
Repositorio Institucional ECCI
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.ecci.edu.co:001/1379
Acceso en línea:
https://repositorio.ecci.edu.co/handle/001/1379
Palabra clave:
Biopolímeros
Almidones
Plásticos
Película biodegradable
Polisacárido
Petroquímicos
Biopolymers
Starches plastics
Biodegradable film
Polysaccharide
Petrochemicals
Rights
openAccess
License
Derechos Reservados - Universidad ECCI 2021
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description Considerando la gran problemática ecológica que produce el consumo masivo de plástico, se planteó como objetivo formular un sustituyente para mitigar la contaminación de petroquímicos con altas emisiones de gases de efecto invernadero y daños directos a la biodiversidad. Adicionalmente, la explosión demográfica ha incrementado la demanda de productos alimenticios procesados, incrementando a su vez la producción de material polimérico para su envase y distribución. Inicialmente se hizo un análisis de biopolímeros de diferentes procedencias que tuvieran como factor común, un índice considerable de degradación, determinando que los de tipo polisacárido cumplen con los requerimientos iniciales para considerarse una materia prima base viable en términos de adquisición y almacenamiento. Como resultado el almidón de yuca de origen nativo cumplió con las características necesarias, sin embargo, al compararse con los polímeros convencionales y de mayor demanda en la elaboración de empaques como el PP y el PS, presenta una desventaja con respecto a las propiedades fisicoquímicas. Es por ello, que después de analizar las propiedades de dichos polímeros convencionales se concluyó que el almidón de yuca por sí solo como material no era bastante fuerte, resistente e impermeable; teniendo en cuenta este hallazgo, se planteó la modificación química de este con Quitosano, incluyendo al proceso una serie de plastificantes como el glicerol, agua destilada y extracto de propóleo en etanol en diferentes concentraciones que funcionan como reactivos para la mejora de propiedades importantes como mecánicas, físicas, de barrera y propiedades antimicrobianas. Luego de esto, con el fin de hacer un filme o película con mejores propiedades de barrera ya que hasta ahora no eran tan aceptables, se investigaron diferentes fuentes de residuos aprovechables que sirvieran como aditivo para aportar a la obtención de un biopolímero que funcionara como material para crear empaques en el sector alimenticio, usando la cáscara de uva y sus semillas que según nuestras investigaciones exploratorias cuentan con buenas características de barrera, que al ser adicionadas a nuestro proceso de modificación química del almidón de yuca y los demás plastificantes ya nombrados, otorgaba un aumento en la permeabilidad al agua y el coeficiente de permeabilidad al vapor, así mismo como su resistencia a la tracción y resistencia al impacto. Finalmente hubo una investigación de la maquinaria requerida y el proceso de obtención, en el que paralelamente se estudió la viabilidad en costos la producción de un lote de 1 kg de la película biodegradable. Posteriormente se contrastó con la producción de empaques plásticos de origen petroquímico concluyendo que el proceso de obtención de un bioplástico es un poco más costoso que el de los polímeros normales, pero que produciendo a mayor escala podría llegar a ser competitivo por valor unitario y que ambientalmente haría un impacto muy positivo para la industria alimenticia, la cual en la actualidad depende de los materiales poliméricos para su envase y empaque.
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spelling Moreno Guarín, Diana Catalina70d90b540df9c2f72d45537c95bdfd1dOrtiz Mateus, Luis Fernandoe1b93d4259f86e06577d813aa80c372bTriana, Camilo Andres43c7fd0e86e4f6a2b325d9cff7a2905dAldana Sánchez, Juan Camiloead729b35b053ff7b180445c0007ac7a2021-08-26T21:24:15Z2021-08-26T21:24:15Z2021https://repositorio.ecci.edu.co/handle/001/1379Considerando la gran problemática ecológica que produce el consumo masivo de plástico, se planteó como objetivo formular un sustituyente para mitigar la contaminación de petroquímicos con altas emisiones de gases de efecto invernadero y daños directos a la biodiversidad. Adicionalmente, la explosión demográfica ha incrementado la demanda de productos alimenticios procesados, incrementando a su vez la producción de material polimérico para su envase y distribución. Inicialmente se hizo un análisis de biopolímeros de diferentes procedencias que tuvieran como factor común, un índice considerable de degradación, determinando que los de tipo polisacárido cumplen con los requerimientos iniciales para considerarse una materia prima base viable en términos de adquisición y almacenamiento. Como resultado el almidón de yuca de origen nativo cumplió con las características necesarias, sin embargo, al compararse con los polímeros convencionales y de mayor demanda en la elaboración de empaques como el PP y el PS, presenta una desventaja con respecto a las propiedades fisicoquímicas. Es por ello, que después de analizar las propiedades de dichos polímeros convencionales se concluyó que el almidón de yuca por sí solo como material no era bastante fuerte, resistente e impermeable; teniendo en cuenta este hallazgo, se planteó la modificación química de este con Quitosano, incluyendo al proceso una serie de plastificantes como el glicerol, agua destilada y extracto de propóleo en etanol en diferentes concentraciones que funcionan como reactivos para la mejora de propiedades importantes como mecánicas, físicas, de barrera y propiedades antimicrobianas. Luego de esto, con el fin de hacer un filme o película con mejores propiedades de barrera ya que hasta ahora no eran tan aceptables, se investigaron diferentes fuentes de residuos aprovechables que sirvieran como aditivo para aportar a la obtención de un biopolímero que funcionara como material para crear empaques en el sector alimenticio, usando la cáscara de uva y sus semillas que según nuestras investigaciones exploratorias cuentan con buenas características de barrera, que al ser adicionadas a nuestro proceso de modificación química del almidón de yuca y los demás plastificantes ya nombrados, otorgaba un aumento en la permeabilidad al agua y el coeficiente de permeabilidad al vapor, así mismo como su resistencia a la tracción y resistencia al impacto. Finalmente hubo una investigación de la maquinaria requerida y el proceso de obtención, en el que paralelamente se estudió la viabilidad en costos la producción de un lote de 1 kg de la película biodegradable. Posteriormente se contrastó con la producción de empaques plásticos de origen petroquímico concluyendo que el proceso de obtención de un bioplástico es un poco más costoso que el de los polímeros normales, pero que produciendo a mayor escala podría llegar a ser competitivo por valor unitario y que ambientalmente haría un impacto muy positivo para la industria alimenticia, la cual en la actualidad depende de los materiales poliméricos para su envase y empaque.Considering the great ecological problem produced by the massive consumption of plastic, the objective was to formulate a substitute to mitigate petrochemical pollution with high greenhouse gas emissions and direct damage to biodiversity. Additionally, the demographic explosion has increased the demand for processed food products, in turn increasing the production of polymeric material for packaging and distribution. Initially, an analysis was made of biopolymers from different sources that had as a common factor, a considerable degradation index, determining that the polysaccharide type met the initial requirements to be considered a viable base raw material in terms of acquisition and storage. As a result, the native cassava starch fulfilled the necessary characteristics, however, when compared with conventional polymers and those of greater demand in the manufacture of packaging such as PP and PS, it presents a disadvantage with respect to physicochemical properties. That is why, after analyzing the properties of said conventional polymers, it was concluded that cassava starch by itself as a material was not strong, resistant and waterproof enough; Taking this finding into account, the chemical modification of this with Chitosan was proposed, including in the process a series of plasticizers such as glycerol, distilled water and propolis extract in ethanol in different concentrations that function as reagents for the improvement of important properties such as mechanical , physical, barrier and antimicrobial properties. After this, in order to make a film with better barrier properties since until now they were not so acceptable, different sources of usable waste were investigated that would serve as additives to contribute to obtaining a biopolymer that would function as a material to create packaging in the food sector, using the grape peel and its seeds that according to our exploratory research have good barrier characteristics, which when added to our process of chemical modification of the cassava starch and the other plasticizers already named, gave an increase in water permeability and vapor permeability coefficient, as well as its tensile strength and impact resistance. Finally, there was an investigation of the required machinery and the obtaining process, in which the cost feasibility of producing a 1 kg batch of biodegradable film was studied in parallel. Subsequently, it was contrasted with the production of plastic packaging of petrochemical origin, concluding that the process of obtaining a bioplastic is a little more expensive than that of normal polymers, but that producing on a larger scale could become competitive by unit value and that environmentally it would have a very positive impact for the food industry, which currently relies on polymeric materials for its packaging.CONTENIDO Agradecimientos. 3 Contenido 4 LISTA DE TABLAS 6 LISTA DE GRÁFICAS 7 LISTA DE FIGURAS 7 LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS 8 RESUMEN 1 ABSTRACT 2 INTRODUCCIÓN 4 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 6 2. JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA 7 3. OBJETIVOS 8 3.1 Objetivo general 8 3.2 Objetivos específicos 8 4. HIPÓTESIS 9 5. MARCO TEÓRICO 10 5.1 Generalidades de los polímeros. 10 5.2 Migración de materiales plásticos. 11 5.3 Generalidades de los biopolímeros 12 5.3.1 Cambios moleculares de los biopolímeros. 13 5.3.2 Aplicaciones 14 5.4. La yuca y su almidón. 14 5.5. Generalidades de los filmes y revestimientos 17 5.6. Envases en la industria de los helados. 17 5.7. Análisis de biopolímeros que logren sustituir a los polímeros de origen fósil 18 5.7.1. Propiedades para la elaboración de empaques: 19 6. DISEÑO METODOLÓGICO 20 6.1. Proceso de búsqueda de información 20 6.2. Ecuaciones de búsqueda. 21 6.3 Caracterización de polímeros convencionales y naturales 23 6.4 Ajuste de la formulación del almidón de yuca nativo 23 6.5 Costeo para la producción del biopolímero modificado 24 7. RESULTADOS 26 7.1. Polímeros: 26 7.1.1. Propiedades físicas 26 7.1.2. Propiedades mecánicas 27 7.1.3. Propiedades térmicas 28 7.1.4. Propiedades de barrera 29 7.1.5. Análisis de Polímeros 30 7.2. Biopolímeros: 31 7.2.1. Propiedades físicas 31 7.2.2. Propiedades mecánicas 32 7.2.3. Propiedades térmicas 34 7.2.4. Propiedades de barrera 36 7.2.5. Análisis de Biopolímeros 37 7.3. Almidones termoplásticos 38 7.3.1. Propiedades físicas 39 7.3.2. Propiedades mecánicas 40 7.3.3. Propiedades térmicas 41 7.3.4. Propiedades de barrera 42 7.3.5. Análisis de almidones termoplásticos 44 7.4. Modificación del almidón de yuca 44 7.4.4. Confirmación de la modificación del almidón 46 7.5. . Formulación de posibles aditivos y plastificantes 47 7.5.1. Plastificantes 47 7.5.1.1. Glicerina o glicerol 48 7.5.1.2. Agua destilada 50 7.5.2. Aditivos: 50 7.5.3. Modificador químico 51 7.5.3.1.1. Quitina y quitosano 51 7.5.3.1.2. Propiedades del quitosano. 52 7.5.4. Extracto de propóleo en etanol y cera de abejas 52 7.5.5. Uva 53 7.5.5.1.1. Cáscara o piel de uva 54 8. FORMULACIÓN DEL BIOPLÁSTICO: 55 8.1. Proceso productivo de biopolímero de almidón de yuca 56 8.2. Equipo necesario 58 8.3. Determinación de los costos y la viabilidad de la obtención del bioplástico. 59 CONCLUSIONES 65 BIBLIOGRAFÍA 1 ANEXOS 28PregradoIngeniero en IndustrialIngeniería Industrial103 p.application/pdfspaUniversidad ECCIColombiaFacultad de IngenieríasDerechos Reservados - Universidad ECCI 2021info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Formulación teórica para la obtención de filmes y revestimientos a base de almidón de yucaTrabajo de grado - Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttps://purl.org/redcol/resource_type/TPhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85http://purl.org/coar/version/c_dc82b40f9837b551Abdullah, Z. W., Dong, Y., Han, N., & Liu, S. (2019). Water and gas barrier properties of polyvinyl alcohol (PVA)/starch (ST)/ glycerol (GL)/halloysite nanotube (HNT) bionanocomposite films: Experimental characterisation and modelling approach. 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