Materiales

Elaboración de Plástico a base de cáscara de plátano.

  • Categoría: Pandilla Kids (3ro., 4to., 5to. y 6to. Año de primaria)
  • Área de participación: Materiales
  • Asesor: Monica Romero Jimenez
  • Equipo [ ]: Julio Emilio Hernández Guerrero(6o Halcón) , Paola Villanueva Reyes(6o Halcón)

Resumen

Hoy en día hay demasiada contaminación en el mundo, y con el paso del tiempo afectará considerablemente la vida de los seres humanos.  Inconscientemente tiramos las botellas de PET en los contenedores de basura, creemos que estamos ayudando al planeta, pero no, ya que las botellas tardan en deteriorarse 1,000 años y una bolsa de plástico 100, de esta manera estamos contaminando cada día más el planeta. Uno de los mayores contaminantes es el plástico comercial, derivado del petróleo, origina grandes problemas ambientales y causan la extinción de diferentes especies. En la actualidad se puede reemplazar el plástico por materiales hechos de residuos orgánicos, es decir podemos reutilizar lo que desechamos. Preocupados por esta situación, hemos decidido buscar alternativas que no perjudiquen más el ambiente. Con esta investigación se ha logrado una nueva opción en cuanto al uso de plástico. Se puede realizar un plástico biodegradable, un plástico hecho con cáscara de plátano, pues el plátano es una de las mejores opciones por sus componentes como el almidón y sumados con la mezcla de otros materiales que permitirá la reducción del uso de plástico comercial. Con la creación de los plásticos biodegradables se pueden lograr grandes ventajas: tienen la facilidad de degradarse o descomponerse fácilmente y en un periodo muy corto de tiempo. También para la creación o fabricación de productos biodegradables, se consumiría menos energía, así como para su descomposición. Otra gran ventaja es que se dejaría de utilizar petróleo, un recurso cada vez mas escaso, costoso y contaminante.

Pregunta de Investigación

¿Cómo se puede elaborar un plástico con cáscara de plátano?

Planteamiento del Problema

En México la contaminación por residuos tóxicos del plástico comercial genera problemas en el ambiente, con este proyecto queremos ayudar a reducir esa cantidad del uso del plástico comercial que hay en México y que sea accesible  para que las personas de escasos recursos puedan elaborar este plástico.

Antecedentes

En la actualidad no se deja de hablar sobre la contaminación y el cuidado del medio ambiente incluso sobre la contaminación de aire, la contaminación de hábitats naturales, ríos, entre otros. ¿Qué pasa con los envases de agua o refresco y las bolsas de supermercado? Todas ellas están compuestas de plástico, se tiran en los contenedores de basura que dicen “solo plástico” y pensamos que estamos ayudando al ambiente pero en realidad solo lo contaminamos más. Una botella PET tarda en degradarse 1000 años, una bolsa de plástico tarda 100 años en degradarse, de esta manera estamos contaminando al mundo a diario.

Los plásticos convencionales, producidos a partir de derivados del petróleo, originan enormes problemas de contaminación ambiental por no ser biodegradables, permaneciendo como contaminantes durante largos períodos. Al respecto se han originado una enorme cantidad de investigaciones, con el objetivo de obtener polímeros biodegradables con propiedades idénticas a las de los plásticos convencionales, que puedan sustituir a estos últimos en aplicaciones semejantes

El plástico es la tercera aplicación del petróleo más usada en el mundo, y al año consumimos 300 millones de toneladas y como consecuencia se lanzan a la atmósfera toneladas de dióxido de carbono. Al adquirir productos con envases hechos de plástico y desechar estos, inconscientemente estamos contaminando al planeta

En los últimos años hemos visto como científicos han encontrado alternativas a productos contaminantes a través de materiales provenientes de desechos orgánicos, por ejemplo las fibras de plantas utilizadas en ropa biodegradable. Bajo esta misma tendencia,  tres estudiantes mexicanos de nivel bachillerato desarrollaron plástico biodegradable hecho de cáscaras de plátano con el que viajarán a Londres a un foro internacional de ciencia.

Los productos que hacen posible la creación de plástico biodegradable son, además de la cáscara de plátano, fécula de maíz, vinagre y glicerina. Al cabo de 24 horas al sol esta mezcla se convierte en un material plástico que puede funcionar como alternativa a los forros de cuadernos.

 

Especialistas del Instituto Politécnico Nacional (IPN) crearon una harina hecha a base de plátano, la cual mediante un proceso puede ser utilizada en la elaboración de productos plásticos con alta capacidad biodegradable. La propuesta es utilizar la cosecha que no es destinada para alimento, la cual resulta como excedente y suele pudrirse debido a que es una fruta que madura rápidamente.

El proyecto está encabezado por el profesor Eduardo San Martín Martínez, del Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada (Cicata), Unidad Legaria, del IPN, en colaboración con su alumno del doctorado en Tecnología Avanzada, el ingeniero Horacio Vieyra Ruiz.

Con el fin de encontrar un polímero biodegradable que no genere competencia con las necesidades de alimentación, los investigadores realizaron un análisis de producción alimentaria en México y concluyeron que el plátano era la mejor opción, ya que cuenta con altas cantidades de almidón y su ciclo de crecimiento y de producción es rápido. Para la elaboración de la harina debe usarse el plátano verde, porque contiene mayor cantidad de almidón (polímero) que, al madurar, se convierte en azúcar.

“Para que un plástico se llame biodegradable debe estar constituido en su mayoría por un polímero natural hecho de carbohidratos, los cuales provienen de los almidones, éstos son consumidos por organismos que se encuentran en la tierra, por tal motivo la industria ha hecho uso de almidones obtenidos de otras fuentes como el maíz y otros cereales, el inconveniente es que su empleo compite con las necesidades de alimentación humana”, expuso Eduardo San Martín.

Agregó que los productos que se encuentran en el mercado llamados biodegradables sólo contienen 20 por ciento de material natural sobre el total del producto plástico, en tanto que el 80 por ciento restante es un elemento plástico, por lo tanto no se descompone al enterrarlo.

“En el laboratorio se analizaron una serie de bolsas biodegradables. Las colocamos en composta (enterradas) para ser biodegradadas por microorganismos, pero no hubo descomposición. Lo que se encontró fue un proceso de oxidación y fotooxidación (luz del sol) donde el material se fragmentó en pedazos muy pequeños pero no se biodegradaron, lo que significa que siguen en el ambiente”, reveló el catedrático.

Manifestó que producir plásticos oxodegradables, fotodegradables y biodegradables basados en el uso de almidones de cereales no es solución suficiente, pues en el primer caso sólo se reduce el espacio que ocupa el producto plástico y en el último se genera competencia alimentaria; por ello usar polímeros que provienen de fuentes no convencionales como el plátano, es una iniciativa muy viable para nuestro país, ya que no rivaliza con la demanda de alimento.

Comentó que en los países europeos existe una cultura del manejo de envases poliméricos, tanto en el reúso como en su elaboración, mientras que en México apenas se recupera 12 por ciento en reciclaje. Para resolver dicha problemática han surgido normas que estimulan el cambio de hábitos en el manejo de basura, pero los esfuerzos aún son insuficientes.

Plátano verde

En el proceso de elaboración del plástico natural, el plátano se utiliza verde y con cáscara, primero se pasa por un satinizante para eliminar cualquier microorganismo, se corta y seca para facilitar la trituración y producir la harina, se blanquea con peróxido de hidrógeno y, a través de procesos térmicos y químicos, se incorpora el polvo de plátano con el polímero de plástico, de donde resulta un material termoformable.

La termoplastificación de la harina de plátano presenta propiedades mecánicas, iguales a los materiales plásticos ya conocidos, como resistencia, impermeabilidad y elongación (alargamiento que sufre un material que se somete a esfuerzo). Estas cualidades varían de acuerdo a la cantidad de polímero natural que contenga.

“Al proponer una disminución en el consumo de plástico con el uso de la harina natural plastificada, tenemos el propósito de dar una opción más en la producción de estos materiales, donde el elemento base es en verdad de origen natural y el polímero sintético sólo da la propiedad plastificante”, indicó el científico.

Destacó que hasta el momento no existe otro trabajo en el mundo sobre el tema realizado con plátano, por tal motivo la técnica de producción se encuentra en proceso de patente.

Ni decir tiene que este proyecto cuenta con muchas ventajas;

La principal es la no dependencia del petróleo, que como sabemos es un bien escaso, caro y muy contaminante, pues los plásticos creados a partir de combustibles fósiles como el petróleo, se acumulan en la superficie de la tierra y permanecen en ella miles de años como basura, esto causa no sólo una mala estética del paisaje, sino que estos plásticos desprenden residuos tóxicos en su descomposición.

Los plásticos biodegradables generan un menor porcentaje de dióxido de carbono para el medio ambiente.

Los bioplásticos se descomponen rápidamente, si una bolsa de plástico tarda 100 años en desaparecer, una con plástico biodegradable tardaría sólo 90 días.

Los productos biodegradables consumen menos energía tanto para su descomposición, como para su creación.

El Plátano

Los plátanos o bananas son las más conocidas de las frutas tropicales y una de las más sanas y versátiles. Bien encerrados en su atractiva piel, muy fácil de pelar y que protege higiénicamente una pulpa dulce y mantecosa, de color cremoso, los plátanos constituyen por si solos una comida rápida.

La planta del Banano, cuyas alargadas hojas en forma de abanico pueden crecer hasta los 3,6 metros de largo, es un árbol enorme.

Racimos de hasta 200 bananas apuntan hacia arriba como dedos a través de las hojas.

Hábitat

El plátano es originario de las zonas tropicales de Asia, pero hoy en día se encuentran en todas las zonas tropicales del globo, cultivado como especie de mentaría.

Componentes principales

El plátano verde contiene gran cantidad de almidón (3%-22% según el grado de maduración) englobado en células gigantes. Conforme va madurando el plátano, este almidón se va transformando en carbohidratos asimilables, entre los que destaca la sacarosa(2,5%-9%), la glucosa(1,5%-30%) y la dextrina. Los pigmentos de la cáscara se deben a clorofilas alfa y beta, xantófilos y carotenos.

El plástico

El invento del primer plástico se origina como resultado de un concurso realizado en 1860, cuando el fabricante estadounidense de bolas de billar Phelan and Collarder ofreció una recompensa de 10 000 dólares a quien consiguiera un sustituto del marfil natural, destinado a la fabricación de bolas de billar. Una de las personas que compitieron fue el inventor norteamericano John Wesley Hyatt, quien desarrolló el celuloide disolviendo celulosa (material de origen natural) en una solución de alcanfor y etanol. Hyatt consiguió un producto muy comercial que sería vital para el posterior desarrollo de la industria cinematográfica de finales del siglo XIX.

En 1909, el químico norteamericano de origen belga Leo Hendrik Baekeland sintetizó un polímero de gran interés comercial a partir de moléculas de fenol y formaldehído. Se le bautizó con el nombre de baquelita y fue el primer plástico totalmente sintético de la historia. Esta fue la primera de una serie de resinas sintéticas que revolucionaron la tecnología moderna iniciando la «era del plástico». A lo largo del siglo XX el uso del plástico se hizo popular y llegó a sustituir a otros materiales, tanto en el ámbito doméstico, como industrial y comercial.

En 1919 se produjo un acontecimiento que marcaría la pauta en el desarrollo de los materiales plásticos. El químico alemán Hermann Staudinger aventuró que estos se componían en realidad de moléculas gigantes o macromoléculas. Los esfuerzos realizados para probar estas afirmaciones iniciaron numerosas investigaciones científicas que produjeron enormes avances en esta rama de la química.

“Plástico” se refiere a un estado del material, pero no al material en sí: los polímeros sintéticos habitualmente llamados plásticos, son en realidad materiales sintéticos que pueden alcanzar el estado plástico, esto es cuando el material se encuentra viscoso o fluido y no tiene propiedades de resistencia a esfuerzos mecánicos. Este estado se alcanza cuando el material en estado sólido se transforma al estado plástico, generalmente por calentamiento, en el que es ideal para los diferentes procesos productivos ya que es cuando el material puede ser manipulado de distintas formas. De modo que la palabra “plástico” es una forma de referirse a materiales sintéticos capaces de entrar en un estado plástico, pero “plástico” no es necesariamente el grupo de materiales a los que cotidianamente hace referencia esta palabra.

El plástico biodegradable.

El plástico biodegradable está fabricado con materias primas orgánicas que proceden de fuentes renovables, como el plátano, la yuca, la celulosa, las legumbres que contienen grandes cantidades de ácido láctico, los polisacáridos, polilactonas, polilactidos, el aceite de soja, la fécula de papa que al final de su vida útil, al ser eliminado como residuo orgánico, este se descompone en un corto período de tiempo, en presencia de microorganismos; sirviendo de abono orgánico para  las plantas.

La norma europea UNE 13432 especifica los requisitos y procedimientos para determinar la biodegradabilidad y compostabilidad de este material en un máximo de seis meses sin ecotoxicidad del humus. Es importante tener en cuenta que no todos los plásticos biodegradables son compostables y viceversa, únicamente los que cumplan la normativa UNE 13432 cumplen estas especificaciones.

La fabricación de plásticos biodegradables a partir de materiales naturales, es uno de los grandes retos en diferentes sectores; industriales, agrícolas, y de materiales para varios servicios. Ante esta perspectiva, las investigaciones que involucran a los plásticos obtenidos de otras fuentes han tomado un nuevo impulso y los polihidroxialcanoatos aparecen como una alternativa altamente prometedora.

La sustitución de los plásticos actuales por plásticos biodegradables es una vía por la cual el efecto contaminante de aquellos, se vería disminuido en el medio ambiente. Los desechos de plásticos biodegradables pueden ser tratados como desechos orgánicos y eliminarlos en los depósitos sanitarios, donde su degradación se realice en exiguos períodos de tiempo.

Los polímeros biodegradables se pueden clasificar de la siguiente manera:

  • Polímeros extraídos o removidos directamente de la biomasa: polisacáridos como almidón y celulosa. Proteínas como caseína, queratina, y colágeno.
  • Polímeros producidos por síntesis química clásica utilizando monómeros biológicos de fuentes renovables.
  • Polímeros producidos por microorganismos, bacterias productoras nativas o modificadas genéticamente.

Dentro de la última categoría se hallan los plásticos biodegradables producidos por bacterias, en este grupo encontramos a los PHAs y al ácido poliláctico (PLA). Los PHAs debido a su origen de fuentes renovables y por el hecho de ser biodegradables, se denominan “polímeros doblemente verdes”. El PLA, monómero natural producido por vías fermentativas a partir de elementos ricos en azúcares, celulosa y almidón, es polimerizado por el hombre.

Los bioplásticos presentan propiedades fisicoquímicas y termoplásticas iguales a las de los polímeros fabricados a partir del petróleo, pero una vez depositados en condiciones favorables, se biodegradan.

Objetivo

Elaborar un plástico con cáscara de plátano.

Justificación

Nos interesó este tema porque el uso de plástico comercial en México es excesivo, y por lo tanto este es dañino para el medio ambiente.  Por eso proponemos la creación de plástico a base de material biodegradable como lo es la cáscara de plátano, lo cual evitará que se contamine nuestro alrededor.

Hipótesis

Si logramos elaborar un plástico biodegradable a base de cáscara de plátano, entonces podremos dar a conocer una alternativa natural a los plásticos comerciales

Método (materiales y procedimiento)

Materiales para la obtención del almidón

–  Cáscaras de plátano

– 1 Litro de jugo de naranja agria

– Horno de estufa

– Mortero

– Cuchillo

  1. Solución antioxidante.

Esta solución tiene como función evitar la oxidación en el almidón. Esta solución se extrae del jugo de la naranja agria; ya que se hace referencia a que la Vitamina C (presente en todos los cítricos) ayuda a prevenir dicha oxidación.

  1. Pelado de plátanos y sumergimiento de las cáscaras

Con ayuda de un cuchillo se realizan cortes a lo largo de la fruta, para posteriormente desprender la cáscara del plátano. Inmediatamente que se pela el plátano, se debe hacer la inmersión de la cáscara, en la solución antioxidante.

Fig.1 Rayado del endocarpio

  1. Reciclamos las cáscaras, que en otro caso serían para el desperdicio. Con ayuda de un cuchillo se rayan las cáscaras o el endocarpio (el endocarpio es la capa más interior del pericarpio, es decir, la parte del fruto que rodea a las semillas) para extraer lo que queda del plátano, que es de donde se obtendrá posteriormente el almidón. A medida que se obtienen las tiras de almidón de las cáscaras, se van colocando en las parrillas y se coloca en el horno  para ser deshidratadas.
    Rayado del endocarpio y deshidratación
  1. Molienda y triturado

Una vez deshidratadas, las tiras se trituran y muelen, para obtener una especie de polvillo. Para verificar si se estaba obteniendo almidón, colocar gotas de yodo sobre muestras del producto tamizado. La aparición de algún tipo de coloración oscura, es indicativo de la presencia de almidón en la sustancia.

-Almidón de cáscaras de plátano

-100ml de agua

-20g de maicena o fécula de maíz

-10ml de vinagre blanco

-10ml de glicerina

  1. Mezclamos los 100ml de agua, 20g de maicena, 10ml de vinagre blanco y 10ml de glicerina en un tazón y lo revolvimos hasta tener una mezcla homogénea sin grumos por la fécula de maíz.
  2. La mezcla la colocamos en una cacerola y la pusimos en la estufa a fuego bajo mientras la revolvíamos para que no se quemara hasta que la consistencia se quedó como una pomada.
  3. Para este paso se hicieron 2 procedimientos: En el primero, la mezcla ya hecha la metimos completa en la licuadora, le agregamos 2 cáscaras de plátano ya deshidratadas y un poco de agua las licuamos por 1 min. aproximadamente. En el segundo hicimos la misma mezcla pero esta vez en vez de cáscaras le pusimos el almidón de plátano (cáscara de plátano triturada) y todo lo mezclamos con una cuchara hasta un cambio de color.
  4. La dejamos secar al sol por 6 hrs. para una mayor rapidez en su secado.

Galería Método

Resultados

Después de dejar nuestras mezclas secar al sol, durante 6hrs obtuvimos  una película plástica de un color café oscuro, elástico pero fácil de despegar, a pesar de que al dejarlo en el sol se reseco y se cuarteo por completo pero la consistencia que se necesitaba quedo muy bien.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

Se logró crear con las cáscaras de plátano un biopolímero fácil de elaborar con materiales sencillos de conseguir y con utensilios que se encuentran en casa, como una licuadora y una olla. Nuestra hipótesis fue correcta, ya que logramos hacer nuestro plástico.

Bibliografía

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Bärtels, A., (2005). Guía de identificación, plantas tropicales ornamentales y útiles, Colombia: Omega.

Berdonces, J.,Gran eniclopedia de las plantas medicinales, México: Tikál.

Saldierna, J., (2001). Recetario de hierbas y plantas medicinales, México: EUROMEXICO SA. De C.V.

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Elaboración de Plástico a base de cáscara de plátano.

Summary

Today there is too much pollution in the world, and over time will greatly affect the lives of human beings. Unconsciously we throw the PET bottles in the garbage containers, we believe that we are helping the planet, but no, since the bottles take 1,000 years to deteriorate and a plastic bag 100, in this way we are contaminating the planet more every day. One of the biggest pollutants is commercial plastic, derived from petroleum, causes great environmental problems and causes the extinction of different species. Nowadays, plastic can be replaced by materials made from organic waste, that is, we can reuse what we discard. Concerned about this situation, we have decided to look for alternatives that do not harm the environment anymore. With this research, a new option has been achieved regarding the use of plastic. You can make a biodegradable plastic, a plastic made with banana peel, because the banana is one of the best options for its components such as starch and added with the mixture of other materials that will allow the reduction of the use of commercial plastic. With the creation of biodegradable plastics, great advantages can be achieved: they have the faculty to degrade or decompose easily and in a very short period of time. Also for the creation or manufacture of biodegradable products, less energy would be consumed, as well as for its decomposition. Another great advantage is that it would stop using oil, an increasingly scarce, expensive and polluting resource.

Research Question

How can we make plastic with banana peel?

Problem approach

In Mexico toxic waste pollution from commercial plastic generates problems in the environment, with this project we want to help to reduce the amount of commercial plastic used in Mexico and accessible so that people of scarce resources can make this plastic.

Background

Objective

To make a plastic with banana peel.

Justification

We were interested on this topic because the excessive use of commercial plastic in Mexico and its harmful for the environment. That is why we propose the creation of plastic based on biodegradable material such as banana peel, which will avoid contamination in our environment.

Hypothesis

If we produce a plastic base on banana peel, then we will be able to announce a natural alternative to commercial plastics

Method (materials and procedure)

Materials to obtaining starch

– Banana peels

– 1 liter of sour orange juice

– Stove oven

– Mortar

– Knife

  1. Antioxidant solution.

This solution has the function of preventing oxidation in the starch. This solution is extracted from the juice of the sour orange; since it is referred to that Vitamin C (present in all citrus fruits) helps to prevent such oxidation.

  1. Peeling bananas and submerging the shells

With help of a knife cuts are made along the fruit, to later detach the banana peel. Immediately when the banana is peeled, the shell must be immersed in the antioxidant solution.

  1. Scratching of the endocarp and dehydration

We recycle the husks, which in another case would be for waste. With help of a knife the shells or the endocarp are scratched (the endocarp is the innermost layer of the pericarp, that is, the part of the fruit that surrounds the seeds) in order to extract what is left of the banana, which is where it will be obtained later the starch. As the starch strips are obtained from the shells, they are placed on the racks and placed in the oven to be dehydrated.

  1. Grinding and crushing

Once dehydrated, the strips are crushed and ground, to obtain a kind of powder. To verify if starch was being obtained, place iodine drops on samples of the sifted product. The appearance of some type of dark coloration is indicative of the presence of starch in the substance.

-starch of banana peels

-100ml of water

-20g of cornstarch or corn starch

-10ml of white vinegar

-10ml of glycerin

  1. Mix 100ml of water, 20g of cornstarch, 10ml of white vinegar and 10ml of glycerin in a bowl and stir it until you have a homogeneous mixture without lumps by cornstarch.
  2. The mixture was placed in a saucepan and put on the stove at low heat while stirring it so it would not burn until the consistency remained like an ointment.
  3. For this step, 2 procedures were done:

In the first, the mixture already made, we filled it in the blender, we added 2 dried banana peels and a little water, we liquefied them for approximately 1 min.

In the second we made the same mixture but this time instead of peels we put the plantain starch (crushed banana peel) and we mixed everything with a spoon until get a change of color.

  1. Let it dry in the sun for 6 hours for a faster drying.

Results

After leaving our mixtures to dry in the sun, for 6 hours we obtained a plastic film of a dark brown color, elastic but easy to take off, although when leaving it in the sun it was dried and cracked completely but the consistency needed  was very good.

Discussion

Conclusions

It was possible to create a biopolymer which is easy to make with banana peels and simple materials to obtain but also with utensils found at home, such as a blender and a pot. Our hypothesis was correct, since we managed to make our plastic.

Bibliography

 

Whiteman, K. Myhew M., (1998). La gran enciclopedia de la fruta-Conocer la fruta, EUA: Annes Publishing Limited.

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