02.05.2022 - Universität Bayreuth

Las partículas de nanoplástico adoran la compañía

Degradación del polietileno en el medio ambiente

El polietileno, un plástico barato y fácil de procesar, representa casi un tercio de los residuos plásticos del mundo. Un equipo interdisciplinar de la Universidad de Bayreuth ha investigado por primera vez la degradación progresiva del polietileno en el medio ambiente. Aunque el proceso de degradación conduce a la fragmentación en partículas cada vez más pequeñas, rara vez se encuentran partículas nanoplásticas aisladas en el medio ambiente. La razón es que a estos productos de la descomposición no les gusta quedarse solos, sino que se adhieren rápidamente a sistemas coloidales más grandes que se dan de forma natural en el medio ambiente. Los investigadores han presentado sus hallazgos en "Science of the Total Environment".

El polietileno es un plástico que se presenta en varias estructuras moleculares. El polietileno de baja densidad (LDPE) se utiliza ampliamente para el envasado de bienes de consumo cotidiano, como los alimentos, y es uno de los polímeros más comunes en todo el mundo como resultado de la creciente demanda. Hasta ahora, sólo había estimaciones sobre cómo se degrada este plástico tan utilizado una vez que entra en el medio ambiente como residuo. Un equipo de investigación del Centro de Investigación Colaborativa "Microplásticos" de la Universidad de Bayreuth ha investigado sistemáticamente esta cuestión por primera vez. Para ello, los científicos han desarrollado un novedoso y técnicamente sofisticado montaje experimental. Esto permite simular en el laboratorio dos procesos de degradación de plásticos bien conocidos y relacionados con el medio ambiente de forma independiente: 1.) la foto-oxidación, en la que las largas cadenas de polietileno se descomponen gradualmente en moléculas más pequeñas y solubles en agua cuando se exponen a la luz, y 2.) la creciente fragmentación debida a la tensión mecánica. Sobre esta base, fue posible obtener una visión detallada de los complejos procesos físicos y químicos de la degradación del PEBD.

La etapa final de la degradación del PEBD es de especial interés para los estudios que abordan el impacto potencial del polietileno en el medio ambiente. Lo que los investigadores descubrieron fue que esta degradación no termina con la descomposición del material de envasado liberado en el medio ambiente en muchas partículas micro y nanoplásticas, que tienen un alto grado de cristalinidad. La razón es que estas diminutas partículas tienen una fuerte tendencia a agregarse: se adhieren rápidamente a sistemas coloidales más grandes formados por moléculas orgánicas o inorgánicas y forman parte del ciclo del material en el medio ambiente. Algunos ejemplos de estos sistemas coloidales son los minerales de arcilla, los ácidos húmicos, los polisacáridos y las partículas biológicas de bacterias y hongos.

"Este proceso de agregación impide que las nanopartículas individuales creadas por la degradación del polietileno estén disponibles libremente en el medio ambiente e interactúen con animales y plantas. Sin embargo, no se trata de una señal de "todo limpio". Los agregados más grandes que participan en el ciclo de la materia en el medio ambiente y que contienen nanoplásticos suelen ser ingeridos por los organismos vivos. Así es como los nanoplásticos pueden acabar entrando en la cadena alimentaria", afirma Teresa Menzel, una de las tres autoras principales del nuevo estudio e investigadora de doctorado en el campo de los materiales poliméricos.

Para identificar los productos de degradación que se forman cuando el polietileno se descompone, los investigadores emplearon un método que no se ha utilizado mucho en la investigación de los microplásticos: la polarización cruzada múltiple en la espectroscopia de RMN de estado sólido. "Este método nos permite incluso cuantificar los productos de degradación producidos por la fotooxidación", afirma la coautora Anika Mauel, investigadora de doctorado en química inorgánica.

Los investigadores de Bayreuth también han descubierto que la degradación y descomposición del polietileno también conduce a la formación de peróxidos. "Hace tiempo que se sospecha que los peróxidos son citotóxicos, es decir, que tienen un efecto tóxico sobre las células vivas. Esta es otra forma en la que la degradación del PEBD supone una amenaza potencial para los ecosistemas naturales. Estas interrelaciones deben estudiarse con más detalle en el futuro", añade la coautora Nora Meides, investigadora de doctorado en química macromolecular.

El análisis detallado de los procesos químicos y físicos que intervienen en la degradación del polietileno no habría sido posible sin la interconexión interdisciplinaria y el uso coordinado de las tecnologías de investigación más avanzadas en el campus de la Universidad de Bayreuth. En particular, éstas incluyen la microscopía electrónica de barrido (SEM), la espectroscopia de rayos X de dispersión de energía (EDS), la difracción de rayos X (XRD), la espectroscopia de RMN, la espectroscopia de infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR) y la calorimetría diferencial de barrido (DSC).

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