Mecanismos de degradación y caracterización de los materiales poliméricos biodegradables
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Todos los materiales que no causan daños al medio ambiente terrestre pueden considerarse materiales reciclables. Existen muchos tipos de materiales reciclables. Actualmente, los materiales que reciben más atención para su desarrollo son los polímeros biodegradables. La biodegradación de los materiales poliméricos se refiere al proceso por el cual los polímeros se descomponen y son asimilados bajo la acción de organismos vivos (principalmente hongos, bacterias, etc.). El mecanismo de degradación de los polímeros es muy complejo. Se considera que la biodegradación no es un proceso que se produce por un único mecanismo, sino que resulta de interacciones biofísicas y bioquímicas complejas, junto con otras reacciones físico-químicas como la hidrólisis y la oxidación. Las acciones biológicas y las acciones físicas se potencian mutuamente, generando un efecto sinérgico. Los materiales de poliuretano modificados con polímeros naturales, durante su biodegradación, se dividen aproximadamente en dos fases: (1) la degradación de los polímeros naturales, lo que provoca la formación de numerosas microporos en la superficie del poliuretano. A medida que los orificios se vuelven cada vez más grandes, los enlaces uretánicos son los primeros en ser descompuestos por los microorganismos; (2) la aparición de microporos facilita que los microorganismos invadan los compuestos poliméricos naturales que se encuentran en su interior, lo que acelera el proceso hasta que el poliuretano se degrada por completo. Los métodos más comunes para caracterizar la biodegradabilidad actualmente son, aproximadamente: el método de determinación de los residuos y del peso molecular relativo, el método de análisis de los cambios estructurales, la detección de los productos de descomposición, el método de evaluación de la resistencia mecánica, el método basado en la apariencia visual y el método relacionado con la presencia de mohos. Existen algunas deficiencias en los diversos métodos de análisis y caracterización relacionados con la biodegradabilidad. Por lo tanto, en el proceso de investigación suele ser necesario utilizar varios métodos de forma combinada, según las circunstancias específicas.
Los materiales poliméricos poseen excelentes propiedades que otros materiales no tienen. Se utilizan ampliamente en campos como la tecnología de vanguardia, la defensa nacional y diversos sectores de la economía nacional. Son materiales esenciales e insustituibles en la ciencia y la tecnología modernas, así como en la vida cotidiana. Su producción y consumo mantienen un ritmo constante y alto. El siglo XXI es, sin duda, un nuevo siglo de rápido desarrollo y uso intensivo de los materiales poliméricos. Sin embargo, la mayoría de estos materiales no se degradan rápidamente en el medio natural. La creciente cantidad de residuos poliméricos se ha convertido en una importante fuente de basura urbana. La contaminación que generan afecta gravemente el entorno en el que viven los seres humanos, y esto se ha convertido en un problema a nivel mundial. Por lo tanto, es muy importante investigar y desarrollar materiales poliméricos biodegradables. La degradación de polímeros se refiere a la reacción por la cual se rompen las cadenas macromoleculares que componen los polímeros. El proceso de degradación de los polímeros cuando están expuestos a condiciones ambientales como el oxígeno, el agua, las radiaciones, el calor, la luz, los reactivos químicos, las sustancias contaminantes, las fuerzas mecánicas y los organismos vivos (en particular, los microorganismos), se denomina degradación ambiental. Desde el punto de vista de los mecanismos de degradación, estos se pueden clasificar en biológicos, fotónicos y químicos. Los más prometedores desde el punto de vista aplicativo son la degradación fotónica y la biológica. Los materiales poliméricos que se pueden degradar se dividen, según su mecanismo de degradación, en tres categorías principales: materiales poliméricos que se degradan por efecto de la luz, materiales poliméricos que se degradan biológicamente, y materiales poliméricos que se degradan tanto por efecto de la luz como por procesos biológicos. Las direcciones de investigación prioritarias en la actualidad son los materiales poliméricos con propiedades de biodegradación fotobiológica, así como los polímeros completamente biodegradables que se descomponen por completo. Estas también son las direcciones que seguirá el desarrollo industrial en el futuro.