Biodegradación aerobia bajo condiciones controladas de compostaje de una película flexible y una bandeja semirrígida obtenidas a partir de almidón y harina de yuca (2017)
La verificación de la biodegradabilidad es esencial para eliminar de manera segura un material plástico, y un compost estable biológica y químicamente es importante en pruebas de biodegradación de materiales plásticos. La presente tesis de maestría tuvo como objetivo general determinar la biodegradabilidad aerobia bajo condiciones controladas de compostaje de dos materiales de empaque elaborados a partir de almidón de yuca – ácido poliláctico, y de una mezcla de harina de yuca - fibra de fique. Para desarrollar el objetivo mencionado se evaluó la estabilidad biológica y química de tres compost de diferente composición y procedencia (finca la Rejoya, granja integral Mamá Lombriz, y un compost comercial Abonisa). Se realizó una prueba de biodegradación bajo los parámetros de la norma ISO 4855-1 para los dos materiales de empaque, (película flexible de almidón de yuca - ácido poliláctico y bandeja semirrígida de harina de yuca – fibra de fique), empleando celulosa microcristalina como referencia. Y se estudiaron los cambios térmicos y estructurales de los dos materiales plásticos, la variación de las temperaturas de degradación, temperaturas de transición vítrea (Tg), temperaturas de fusión (Tm) y entalpías de fusión (Hm). La estabilidad biológica del compost se evaluó por medio de un test de crecimiento de semillas de maíz nativas, midiendo la tolerancia de plantas de trigo al compost (rendimiento de semillas, altura de plántulas, largo de raíces, cuantificación del índice de clorofila), y cuantificando la generación de dióxido de carbono (CO2). La estabilidad química se evaluó mediante la estimación del contenido de carbono orgánico total (COT), contenido de nitrógeno, relación Carbono nitrógeno (C/N), sólidos totales (SST), sólidos volátiles (STV), y pH. Las pruebas de biodegradabilidad se realizaron por un periodo de 4 semanas a temperatura de 58°C ± 2°C, con flujo de aire de 250 mL/h empleando un compost maduro como inóculo seleccionado de la primera etapa de experimentación, y se midieron las cinéticas de producción de CO2, consumo de CO2 y porcentaje de biodegradación. Se presentaron diferencias estadísticamente significativas entre los compost, el proveniente de la finca la Rejoya elaborado de los residuos orgánicos de la Universidad del Cauca, presentó las condiciones idóneas de estabilidad biológica y química, en el test de crecimiento dicho compost presentó germinación de 88,89%, rendimiento de semillas de trigo de 95,74%, el más alto índice de clorofila (1,83), la menor generación de CO2 (150,26 mL después de 48 horas), el mayor valor en la relación C/N (13,36), y pH de 7,11. Se estableció la importancia de evaluar la estabilidad del compost antes de usarlo en una prueba de biodegradación aerobia, y se concluyó que el compost proveniente de la finca la Rejoya fue el más idóneo para ser empleado como inóculo en pruebas de biodegradación de materiales plásticos. Se registraron diferencias significativas en la producción de CO2, La mayor generación de CO2 (7,56 g por día) fue producida por la bandeja semirrígida el primer día de proceso seguida por la película flexible (3,94 g de CO2 por día) y la celulosa microcristalina (3,08 g de CO2 por día). El consumo de CO2 inicial fue significativo en la película flexible y en la bandeja semirrígida entre las semanas 1 y 2 (consumo total 31,48 y 32.65 g de CO2 respectivamente). Para el mismo periodo la celulosa microcristalina consumió 20,77 g de CO2. El porcentaje de biodegradación de los dos materiales fue mayor que el material de referencia (98,24% para la película flexible, 89,06% para la bandeja semirrígida y 81,37% para la celulosa microcristalina). Mediante microscopía SEM se observó la colonización de los microorganismos sobre la superficie de los materiales, evidenciándose la aparición de grietas y población microbiana a medida que avanzaba el proceso de degradación. Para la bandeja semirrígida la Tg entre el día 0 y el día 8 decreció de 43,56 °C a 54,31 °C y los ∆Hm 1 y ∆Hm 2 para el día 0 y 8 fueron de 3,91 J/g y de 54,07 J/g respectivamente. La Tg para la película flexible fue de 60,26 °C a 47,89 °C para el día 0 y 8 respectivamente los deltas de entalpias ∆Hm 1 y ∆Hm 2 para el día 0 y 8 fueron de 9,00 J/g y de 70,32 J/g. Se pudo corroborar que el tipo de material influyó significativamente en el proceso de biodegradación aerobia de materiales plásticos en condiciones controladas de compostaje a escala de laboratorio, lo que implica que la película flexible y la bandeja semirrígida se pueden comercializar como materiales biodegradables. Cada objetivo se desarrolló con diseño de experimentos independientes por lo cual en este documento se presenta la metodología para cada objetivo con sus respectivos resultados y conclusiones.