Cost-Effective Synthesis of Environmentally Benign Materials on the Basis of Poly-3-Hydroxybutyrate

Síntesis rentable de materiales respetuosos con el medio ambiente a base de poli-3-hidroxibutirato

Como ejemplo de material respetuoso con el medio ambiente y de bajo coste, hemos preparado mezclas de 1. copoliéster-uretanos (PEU) y 2. material de reciclado de acetato de celulosa (CAR). Los copoliéster-uretanos se prepararon uniendo bloques de α, ω-(poli-(R)-3-hidroxibutirato)-diol y poli-butilenglicol-adipato-diol con diisocianato de hexametileno. El CAR fibroso se transformó en un fieltro de fibra corta mediante tecnología textil y se calandró en la masa fundida de PEU. La transformación de las mezclas se realizó a 80 - 100°C principalmente mediante moldeo por inyección. Se estudiaron las propiedades mecánicas de los materiales elásticos y resistentes en relación con la influencia de la composición del PEU y la proporción de la mezcla de CAR. Los materiales de partida, (R)-PHB y derivados de celulosa se obtienen a partir de recursos agrarios. Por lo tanto, los polímeros resultantes son estables en condiciones de uso, pero fácilmente biodegradables al depositarse en el suelo. La mezcla con material de desecho de acetato de celulosa permite una producción rentable de dichas mezclas.

INTRODUCCIÓN

El poli(R)-3-hidroxibutirato bacteriano ((R)-PHB) es, en muchos casos, un ecomaterial casi ideal: se obtiene de recursos renovables, es fácilmente biodegradable en deposición en el suelo (compostaje)[1], y es biocompatible, por lo que puede ser la base de implantes médicos[2] o el sustrato para el crecimiento de cultivos celulares[3]. Además, tiene una estructura estereorregular y, por tanto, puede dar lugar a bloques de construcción estereorregulares para la química orgánica[4].

Todos estos aspectos de una tecnología sostenible han estimulado a la agencia espacial NASA a investigar sobre la preparación, aplicación y eliminación de (R)-PHB en condiciones extraterrestres simuladas[5]. Desgraciadamente, la explotación técnica y la comercialización de este polímero se han visto seriamente limitadas, principalmente por dos aspectos adversos:

1. Debido a su alta cristalinidad, el (R)-PHB tiene algunas propiedades materiales desfavorables: dado que el punto de fusión es de aproximadamente 177 °C[6] y la degradación térmica comienza más allá de los 200 °C[7], solo existe una estrecha «ventana» para el procesamiento termoplástico. Las películas son poco elásticas, quebradizas y opacas. La biodegradación se produce a un ritmo determinado, demasiado rápido para algunas aplicaciones potenciales.

2. El coste de producción y procesamiento del (R)-PHB es elevado en comparación con polímeros básicos como el polietileno o el polipropileno, que se basan en recursos fósiles.

Estos problemas no podrían eliminarse completamente (a) mediante el control del proceso de cristalización[8], ya que el material puede deteriorarse con el envejecimiento, o (b) mediante la biosíntesis de copolímeros, por ejemplo, con 3-hidroxivalerato o 4-hidroxibutirato[9], ya que la productividad suele disminuir con la introducción de sustratos inusuales.