Biodegradación

� PLA

� A diferencia de otros polímeros biodegradables cuya biodegradción en general se basa únicamente en la acción microbiana, en el caso del PLA el mecanismo de degradación incorpora una etapa de hidrólisis no enzimática.

Molécula de ácido poliláctico

Aamer Ali Shah, Fariha Hasan, Abdul Hameed and Safia Ahmed, Biological degradation of plastics: A comprehensive review, Biotechnol. Adv., 26, 246–265 (2008).

Biodegradación

� PLA

� La presencia de enlaces éster en el PLA permite la reducción gradual de peso molecular por degradación hidrolítica a productos no tóxicos.

Hidrólisis de enlaces éster del PLA

Biodegradación

� PLA

� Los enlaces éster son susceptibles tanto a la hidrólisis química como a la enzimática.

Sin embargo, está aceptado que el mecanismo de biodegradación de PLA se inicia por un proceso catalítico de hidrólisis no-enzimática de los enlaces éster.

� La susceptibilidad del PLA a la degradación hidrolítica se conoce desde ~1940.

� Una vez que el peso molecular del PLA se redujo lo suficientemente (~10000), los micoorganismospresentes en el ambiente comienzan a mineralizar losoligómeros producidos.

Mw = a exp (-b * t) Kale et al., 2006 y 2007

Biodegradación

� PLA

Biodegradación

� PLA

James Lunt, Large- scale production, properties and commercial applications of polylactic acid polymers, Polymer Degradation and Stability 59 (1998) 145-152.

� La velocidad de degradación de la etapa de hidrólisisno-enzimática depende fuertemente de la humedad y la temperatura:

Tiempos de biodegradación de PLA en agua

Biodegradación

� PLA

� El compostaje es ideal para la degradación de PLA por sus condiciones temperatura y humedad elevadas.

James Lunt, Large- scale production, properties and commercial applications of polylactic acid polymers, Polymer Degradation and Stability 59 (1998) 145-152.

Biodegradación

� PLA

� Degradación enzimática:

A pesar de que la etapa de hidrólisis inicial es no-enzimática, se conocen varias enzimas capaces de degradar PLA (i.e. proteinasa K, pronasa, bromelaina, lipasas)

Microorganismos reportados como capaces de degradar PLA

Aamer Ali Shah, Fariha Hasan, Abdul Hameed and Safia Ahmed, Biological degradation of plastics: A comprehensive review, Biotechnol. Adv., 26, 246–265 (2008).

� Se conocen pocos microorganismos capaces de degradar PLA:

Biodegradación

� PLA

� Biodegradación de botellas de PLA en condiciones de compostajesimulado según normativa de ASTM e ISO

• Sustrato: botellas de PLA de 500 mL usadas como envase de agua mineral en USA

• Composición: 96% L-lactide + colorante

• Dimensiones: altura 20cm, 6.5cm de diámetro en la base

• Contenido de carbonoorgánico: 49.5%

G. Kale et al. / Polymer Testing 26 (2007) 1049–1061

Biodegradación

� PLA

� Biodegradación de botellas de PLA en condiciones de compostajesimulado según normativa de ASTM e ISO

G. Kale et al. / Polymer Testing 26 (2007) 1049–1061

CONDICIONES REALES DE COMPOSTAJE:

� Materiales de la pila de compostaje: Abono de vaca, viruta, residuos de alimentos.

� Dimensiones: 6m de ancho, 24 m de largo y 3m de alto

� Localización: Michigan StateUniversity composting facility.

� Duración: 30 días� Condiciones iniciales : Tº= 65 ± 5 ºC, HR=63 ± 5%, pH=8,5 ± 0,5

Biodegradación

� PLA

� Biodegradación de botellas de PLA en condiciones de compostajesimulado según normativa de ASTM e ISO

G. Kale et al. / Polymer Testing 26 (2007) 1049–1061

CONDICIONES REALES –Inspección visual:

� Cambios en color y forma de las botellas.

� Día 1: efecto de la temperatura.

� Días 6-9: inicio de desintegración.

� Día 30: no se observan residuos

Biodegradación

� PLA

� Biodegradación de botellas de PLA en condiciones de compostajesimulado según normativa de ASTM e ISO

G. Kale et al. / Polymer Testing 26 (2007) 1049–1061

CONDICIONES REALES –Seguimiento de peso molecular:

� Día 1: crosslinking?

� Día 4: inicio de fuerte reducción de PM (oligómeros)

Mw = a exp (-b * t)

a = 229.7 kDa, b = 0.1865 s-1

Biodegradación

� PLA

� Biodegradación de botellas de PLA en condiciones de compostajesimulado según normativa de ASTM e ISO

G. Kale et al. / Polymer Testing 26 (2007) 1049–1061

� CONDICIONES SIMULADAS: Seguimiento de la biodegradación porgeneración de CO2 (ASTM D5338 e ISO 14855-1):

Muestras de las botellas de 10cm*10cm

Biodegradación

� PLA

� Biodegradación de botellas de PLA en condiciones de compostajesimulado según normativa de ASTM e ISO

G. Kale et al. / Polymer Testing 26 (2007) 1049–1061

�� CONDICIONES SIMULADAS: Seguimiento de la biodegradaciónpor generación de CO2 (ASTM D5338 e ISO 14855-1):

Biodegradación

� PLA

� Biodegradación de botellas de PLA en condiciones de compostajesimulado según normativa de ASTM e ISO

G. Kale et al. / Polymer Testing 26 (2007) 1049–1061

� CONDICIONES SIMULADAS: Seguimiento de la biodegradación porgeneración de CO2

(ASTM D5338 e ISO 14855-1):

ASTM D5338

Etapa inicial no-enzimática

Biodegradación

� PLA

� Biodegradación de botellas de PLA en condiciones de compostajesimulado según normativa de ASTM e ISO

G. Kale et al. / Polymer Testing 26 (2007) 1049–1061

� CONDICIONES REALES versus SIMULADAS:

PM = 15000

Mineralización < 100%

Diferencias asignables a:

� tamaño de la muestra

� relación muestra/ compost (∞ vs 16): número de microorganismos