Pegamento a base de baba de nopal.


Categoría: Pandilla Juvenil (1ro. 2do. y 3ro. de nivel Secundaria)
Área de participación: Medio Ambiente

Asesor: Marisa Calle Monroy.

Miembros del equipo:
Raúl Herrera Sánchez (), XCARET,
Manuel Iván Navarrete Velázquez (), XCARET,
Axel Jesús Salgado García (), XCARET,

Resumen

Los pegamentos pueden ser de origen natural, como el nuestro que es a base de baba de nopal, esta es una planta abundante, por lo que este pegamento se elabora fácilmente, la baba de nopal tiene una consistencia espesa o viscosa lo que provoca que este tenga una gran efectividad y con los demás materiales hacen de este un pegamento exitoso e innovador; otra característica de este pegamento es su naturalidad ya que no contiene químicos que dañan a las personas, como lo es el acetato de vinilo que también puede dañar al ambiente. Es de fácil aplicación ya que se puede usar con algún pincel o brocha gracias a su consistencia líquida y esparcible, después de esta forma, toma una consistencia firme lo que hace duradero a este adhesivo de nopal; otro de los componentes que ocasiona la efectividad es la grenetina porque  cuando se enfría se cuaja y hace una forma pegajosa,  es un componente que hace a la mezcla espesa. Es importante mencionar que después de extraer la baba directamente del nopal se debe dejar reposando aproximadamente dos días para que tenga una consistencia espesa, lo que dará forma al pegamento, otro elemento que ayuda a esto es la glicerina, pero no debemos de utilizar demasiado porque tiende a hacerse demasiado liquido lo que ocasiona que cuando se utilice los materiales se deshagan o que no pegue bien, también perjudica a la duración del adhesivo ya en uso. Esperamos que este pegamento sea exitoso y  además útil.

Pregunta de Investigación

¿Cómo realizar un pegamento natural a base de baba de nopal?

Planteamiento del Problema

El pegamento escolar tiene una sustancia llamada acetato de vinilo, este es un producto químico líquido transparente sumamente flamable.

Los efectos principales de respirar altos niveles de esta sustancia son irritación en los ojos, nariz y garganta.

Algunos estudios con animales han demostrado que al ingerir, su capacidad para atacar infecciones, baja teniendo esta sustancia en el cuerpo.

Otros datos de la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) indica que hay posibilidad de que el acetato de vinilo tenga carcinogenicidad ya que en animales si se demuestra.

Una ventaja de este pegamento a base de baba de nopal es que tendrá materiales que no sean tan dañinos para el medio ambiente y podrá tener un precio accesible.

Antecedentes

Como es usual, para hacer algo nuevo, hay que regresar a lo viejo. Ya los pueblos originarios, antes de la llegada de los españoles sabían del poder adhesivo de la baba de nopal y la utilizaron para hacer la argamasa que les sirvió de cemento y para conseguir que la pintura se adhiriera con fuerza a las paredes de sus templos y pirámides.

La Universidad de Guanajuato (UG), consciente de que en lo ancestral aguarda lo nuevo, ha conducido una investigación sobre el tema. El uso de la baba de nopal como adherente  tiene una larga historia también en nuestro tiempo, por ejemplo en la restauración de inmuebles con alto valor arquitectónico, ya sea precolombinos o contemporáneos. Sin embargo, aunque empíricamente se ha probado la efectividad, poco se ha investigado teóricamente al respecto. El equipo de la UG, liderado por la Dra. Lorena Vargas Rodríguez, argumenta que el nopal Opuntia Spinulifera, el cual abunda en el sur del estado, es el mejor para elaborar pegamentos naturales.

El nopal, al igual que muchos otros vegetales similares, secreta un líquido viscoso al que comúnmente se le denomina “baba”. Químicamente, la baba es un carbohidrato (particularmente se clasifica como goma). Una de sus aplicaciones más importantes es que permite fijar los colores. Por este medio, los antiguos mexicanos fijaban los tintes naturales en los templos y edificios civiles formando obras verdaderamente coloridas.

.La pintura  es una preparación artesanal ampliamente utilizada en el área de edificación y trabajo de restauración de inmuebles con alto valor arquitectónico.

El principal atributo del Nopal es su gran aporte de fibra soluble e insoluble en una proporción de 30:70. La fibra insoluble puede prevenir y aliviar el estreñimiento y las hemorroides al mismo tiempo que previene la aparición de cáncer de colon.

La baba de nopal,  ha sido empleada en la construcción desde tiempos  prehispánicos  en México y en siglos más cercanos para la elaboración de morteros de cal para restaurar y proteger edificios.

Es por eso que científicos mexicanos del Consejo Nacional para la Ciencia y la Tecnología (Conacyt) se enfocaron a hacer un estudio a profundidad sobre las propiedades impermeables que le da el nopal a la construcción.

(La baba de nopal) se ha utilizado en la elaboración de mortero y hormigón hidráulico, encontrando que el mucílago de nopal incrementa los tiempos de fraguado, disminuye la absorción de agua y aumenta la resistencia a la compresión”, detalla el reporte científico.

“Asimismo, otras investigaciones han demostrado que el mucílago (baba) de nopal actúa como agente modificador de viscosidad de la pasta de cemento, con lo que se incrementa la resistencia a la segregación del hormigón auto consolidable, además de incrementar la resistencia a la compresión y reducir la absorción capilar de agua”, agrega.

El equipo de científicos que realizó la investigación sobre las propiedades del nopal en la construcción está compuesto por los científicos: Prisciliano Cano Barrita, Samuel Ramírez Arellanes y Fernando Julián Caballero y C. Gómez-Yáñez

Este grupo de investigadores estudiaron por medio de calorimetría, isotérmica, termogravimetría y espectroscopia infrarroja el proceso de hidratación de pastas de cemento conteniendo distintos polisacáridos.

“El nopal está disponible en muchas regiones áridas y semiáridas de México. Este país produce 874 mil toneladas al año, con un rendimiento promedio de 67 toneladas por hectárea”, señala el reporte.

“Además, el uso del mucílago de nopal en materiales basados en cemento puede tener un impacto social, proporcionando un valor agregado a la producción de esta planta, y se mejoraría su rentabilidad”, agrega.

Pegamento

Los adhesivos o pegamentos son aquellas sustancias capaces de unir otras sustancias por contacto superficial. Se pueden clasificar según los tipos en: adhesivos inorgánicos y adhesivos orgánicos; dentro de estos últimos están los naturales y los sintéticos.

La cola fría es un adhesivo de tipo orgánico, sintético; específicamente es una emulsión líquido de aspecto lácteo que tiene en suspensión pequeñísimas partículas de sustancias aceitosas o resinosas) de polivinil acetato o polivinil acrilato (pva) más aditivos que sirven para darle ciertas características especiales, tales como: adhesividad, tiempo de abierto, tiempo de secado, color, olor y pH (grado de acidez). Los aditivos que se utilizan son muy variados y dependen de las características específicas del producto, pero, en general, los más usados son: plastificantes, colorantes, soluciones tipo buffer, resinas, etc.

Pegamentos en general

La mayoría de los pegamentos posibilitan la unión al rellenar los huecos y fisuras diminutos que existen normalmente en cualquier superficie, aunque sea muy lisa. Los pegamentos son económicos, distribuyen la tensión en el punto de unión, resisten a la humedad y a la corrosión y eliminan la necesidad de remaches y tornillos.

Su eficacia depende de varios factores, como la resistencia al encogimiento y desprendimiento, la maleabilidad, la fuerza adhesiva y la tensión superficial, que determinan el grado de penetración del pegamento en las minúsculas depresiones de las superficies a unir. Los pegamentos varían según el propósito con el que se vayan a utilizar. En la actualidad, estos objetivos incluyen el uso creciente de pegamentos en cirugía y odontología.

Los pegamentos naturales han sido sustituidos en muchas aplicaciones por los sintéticos, pero aún se siguen utilizando en grandes cantidades almidones, gomas, celulosa, betunes y cementos de goma naturales.

Entre los adhesivos orgánicos derivados de proteínas naturales se encuentran las colas (sustancias sólidas pegajosas) hechas de colágeno, un componente de los huesos y tejidos conectivos de los mamíferos y peces; la cola de la albúmina de la sangre, que se usa en la industria de la chapa de madera, y una cola hecha de caseína, una proteína de la leche, que se emplea para pegar madera y en la pintura.

Entre los pegamentos vegetales se encuentran los almidones y las dextrinas derivadas de maíz, trigo, patatas (papas) y arroz, que se utilizan para pegar papel, madera y tejidos; ciertas gomas como la goma arábiga, el agar y la algina, que cuando están húmedas proporcionan adhesión a ciertos productos como los sellos o timbres y los sobres engomados; los pegamentos de celulosa, empleados para pegar pieles, tela y papel; los cementos de goma, y las resinas como el alquitrán y la masilla.

Los pegamentos sintéticos, ya se utilicen solos o como modificantes de los pegamentos naturales, tienen mejor rendimiento y una gama de aplicación más amplia que los productos naturales. La mayoría de ellos contienen polímeros, que son moléculas enormes formadas por un gran número de moléculas simples que forman cadenas y redes fuertes enlazando las superficies en una unión firme.

Los pegamentos termoestables, que se transforman en sólidos duros y resistentes al calor por la adición de un catalizador o la aplicación de calor, se usan para pegar piezas metálicas de aviones y vehículos espaciales. Las resinas termoplásticas, que pueden ablandarse con el calor, se usan para pegar madera, vidrio, caucho o hule, metal y productos de papel. Los pegamentos elastoméricos, como los cementos de goma naturales o sintéticos, se utilizan para pegar materiales flexibles a materiales rígidos

El adhesivo es una sustancia que puede mantener unidos a dos o más cuerpos por contacto superficial. Es sinónimo de cola y pegamento. Su importancia en la industria moderna es considerable.

Aunque la adherencia puede obedecer a diversos mecanismos de naturaleza física y química, como lo son el magnetismo o las fuerzas electrostáticas, desde el punto de vista tecnológico los adhesivos son los integrantes del grupo de productos, naturales o sintéticos, que permiten obtener una fijación de carácter mecánico

Clasificación en función de sus componentes

  • Adhesivos sintéticos: a base de polímeros derivados del petróleo (colas de poli-vinil-acetato, colas etilénicas, colas de poliuretano, colas de caucho sintético, adhesivos anaeróbicos o de cianoacrilato, etc.);
  • Adhesivos de origen vegetal: a base de derivados de la fécula de patata, el maíz (colas de almidón, dextrinas, cauchos naturales, etc.);
  • Adhesivos de origen animal: cola tradicional, hecha a base de pieles de animales o su esqueleto (colas de pezuña, de gelatina); colas de derivados lácteos (caseína).

Componentes del adhesivo

Al igual que ocurre en las pinturas los adhesivos están formados por diversos componentes químicos donde cada uno de estos compuestos tiene una función específica, dentro de un adhesivo además del polímero principal que lo forma y aporta las propiedades principales, se encuentran otros compuestos como los aditivos y las cargas que aportan una serie de propiedades específicas al adhesivo.

Los adhesivos son polímeros que se pueden clasificar en 2 grandes grupos atendiendo a la manera en la que reticulan o alcanza su curado:

Adhesivos por curado químico.

Los adhesivos de curado químico alcanzan su curado o reticulado mediante una serie de reacciones químicas (poliadición, policondensación o polimerización) que se producen internamente entre los monómeros, este tipo de adhesivos están formados por los siguientes compuestos:

  • Monómeros: Son las unidades básicas que formará los polímeros, adoptando estructuras y propiedades de materiales termoplásticos, elastómeros o termoestables. La resina, el catalizador y los reactivos diluyentes se consideran monómeros.
  • Pre polímeros: Son cadenas de polímeros ya conformados de pequeño longitud y peso, esencialmente se utilizan para adhesivos como el poliuretano y para los adhesivos de poliéster insaturado.
  • Cargas o rellenos: Se tratan compuestos químicos los cuales varían fundamentalmente las propiedades mecánicas de los adhesivos, entre las cargas o rellenos más utilizados en los adhesivos nos encontramos con el sílice, la arcilla, el polvo de aluminio…
  • Pigmentos: Son los compuestos químicos que aportan el color al adhesivo, gracias a los pigmentos podemos utilizar el mismo adhesivo y con las mismas propiedades en un color gris o un color negro.
  • Aditivos: Se tratan de compuestos químicos que varían las propiedades químicas de los adhesivos, los aceleradores, inhibidores de la corrosión, promotores de adhesión, retardantes de fuego y fungicidas son considerados como aditivos de los adhesivos.

Adhesivos de curado físico

Los adhesivos de curado físico son aquellos adhesivos que ya contienen el polímero formado pero necesita de un aporte energético (calor, presión, etc…) para que se produzca su curado, este tipo de adhesivos están formados por los siguientes compuestos:

  • Polímero: Se trata del polímero principal que se encuentra en el adhesivo, una vez reticulado pueden adoptar las estructuras y propiedades de materiales termoplásticos y ocasionalmente de materiales elastómeros, este tipo de adhesivos no pueden contener polímeros con estructuras de materiales termoestables.
  • Cargas o rellenos: Se tratan compuestos químicos los cuales varían fundamentalmente las propiedades mecánicas de los adhesivos, entre las cargas o rellenos más utilizados en los adhesivos nos encontramos con la sílice, la arcilla, el polvo de aluminio…
  • Pigmentos: Son los compuestos químicos que aportan el color al adhesivo, gracias a los pigmentos podemos utilizar el mismo adhesivo y con las mismas propiedades en un color gris o un color negro.
  • Aditivos: Se tratan de compuestos químicos que varían las propiedades químicas de los adhesivos, los retardadores de fuego, emulsionantes, promotores reológicos, solventes, agentes de dispersión y plastificantes son considerados como aditivos en los adhesivos.

Se han desarrollado nuevos adhesivos con características específicas para su uso industrial esto es gracias al avance que ha tenido la industria química en la creación de resinas sintéticas con características para poder añadirse casi a cualquier material utilizado en la vida cotidiana por este motivo se pretende crear un adhesivo tomando como materias primas el poliestireno reciclado (vasos térmicos, platos desechables, etc.), y solventes orgánicos ( tolueno, xileno, metil-etil-cetona, benceno) y como innovación el mucilago del nopal, ambos en combinación dando una alternativa de sustitución de los adhesivos comerciales.

En los últimos años, a nivel mundial se ha generalizado el cuidado del medio ambiente y de recursos naturales. Los plásticos se enfrentan a uno de los retos más importantes desde su introducción en el mercado, ya que sus ventajas como la resistencia a la degradación y su economía con respecto a otros materiales están siendo cuestionadas por su impacto ambiental.

Químicos dañinos en el pegamento

La cola blanca contiene acetato de polivinilo. El bórax para lavado o tetra borato de sodio decahidratado Na2B4O7.10H2O, forma iones borato, B(OH)4-, cuando se disuelve en agua. Los iones borato forman uniones entrecruzadas entre las cadenas moleculares del acetato de polivinilo

El acetato de vinilo se transforma metabólicamente en acetaldehído, lo que hace pensar en un posible efecto carcinogénico. Por este motivo y por los resultados positivos obtenidos en los estudios con animales, la Agencia Internacional para la Investigación sobre el Cáncer (IARC) lo ha clasificado en el Grupo 2B como posible carcinógeno humano. Además, esta sustancia química irrita el tracto respiratorio superior y los ojos y desengrasa la piel.

El ácido bórico es el más común de los boratos, que son compuestos formados por boro, oxígeno y otros elementos. La exposición aguda al ácido bórico en forma líquida o sólida produce irritación, cuya gravedad dependerá de la concentración y la duración de la exposición. La inhalación de polvos o nieblas de boratos puede irritar directamente la piel, los ojos y el sistema respiratorio.

Los síntomas de esta irritación consisten en molestias oculares, sequedad de boca, dolor de garganta y tos productiva. Los trabajadores habitualmente presentan estos síntomas después de una exposición aguda a concentraciones superiores a 10 mg/m3 de ácido bórico. No obstante, la exposición crónica a menos de la mitad de esta concentración también puede producir síntomas de irritación.

Los trabajadores expuestos al polvo de bórax (borato sódico) presentan tos productiva crónica y, en los casos de exposición prolongada, se han detectado anomalías obstructivas, aunque no está claro que estén relacionadas con la exposición.

Los boratos se absorben rápidamente a través de las heridas abiertas en la piel y por vía respiratoria y digestivo. Después de absorberse, actúan principalmente sobre la piel, el sistema nervioso central y el tracto digestivo. Los síntomas suelen aparecer en poco tiempo, aunque en el caso de la exposición cutánea pueden tardar horas en manifestarse. Tras la absorción, la piel o las mucosas pueden presentar un enrojecimiento anormal (eritema) o un desprendimiento del tejido superficial. La exposición crónica se ha asociado a eczema, caída del cabello en parches e hinchazón alrededor de los ojos. Estos efectos dermato- lógicos pueden tardar varios días en presentarse después de la exposición. La persona experimenta dolor abdominal, náuseas, vómitos y diarrea. Los vómitos y la diarrea pueden tener una coloración azul-verdosa y contener sangre.

Objetivo

Elaborar un pegamento natural, con baba de nopal para reemplazar el pegamento común.

Justificación

 

Existen pegamentos de origen: animal, formados por colágeno, proteína, que existen en la piel y huesos de animales. Otro pegamento natural es el de almidón o más bien llamados adhesivos vegetales como harina y engrudo, otro tipo son las gomas o resinas naturales, elaborado por secreciones endurecidas, esto es sabia de árboles o bien también pueden tener origen fósil como el caso del ámbar, pero nuestro pegamento será a base de baba de nopal.

Este será una alternativa en la elaboración de adhesivos naturales, además de que sea amigable para el ambiente a comparación del pegamento común que puede contener algunos químicos.

Es importante mencionar que con este pegamento, cuando se use no habrá daños al usuario gracias a sus componentes naturales y comunes como la baba de nopal.

Una ventaja de este adhesivo es de que es casero, su elaboración es sencilla de seguir y los materiales fáciles de conseguir.

Hipótesis

Si logramos elaborar un pegamento a base de baba de nopal entonces obtendremos un adhesivo natural.

Método (materiales y procedimiento)

¾ de taza de baba de nopal

2 sobres de grenetina natural

3 cucharadas de glicerina pura

1 vaso de precipitados de 250 ml

Mechero bunsen

Frasco de 500 ml con tapa.

  1. Disolver la grenetina con un poco de agua dentro del vaso de precipitados.
  2. Calentar la mezcla a baño maría.
  3. Entibiar la mezcla.
  4. Agregar 2 cucharadas de glicerina y revolver la mezcla.
  5. Agregar la baba de nopal y mezclarla hasta que obtengamos una sustancia homogénea.
  6. Colocar en un frasco con tapa

Galería Método

Resultados

Obtuvimos una mezcla homogénea, esta tenía una consistencia pegajosa, de color entre verde y amarillo, que al secarse o al enfriarse se endurece, haciendo efectivo al pegamento, no se puede refrigerar ya que la grenetina se cuaja y ya no sirve el adhesivo, sin refrigerar tiene una duración de aproximadamente 2 meses debido a que la baba de nopal se descompone.Cuando estábamos realizando la experimentación, nos dimos cuenta que la cantidad de grenetina deber ser la exacta porque si colocas de más, la mezcla se hace demasiado espesa y se endurece, pero con las normas correctas el pegamento dura y es muy útil.

Galería Resultados

Discusión

A manera de comparación de lo investigado con nuestros resultados fue un dato en relación con la duración del pegamento fue que solo dura 2 meses y no 6, también que este adhesivo no se puede refrigerar ya que se haría gelatina y con lo investigado se sabía que si se podían refrigerar estos materiales, pero siguiendo estas especificaciones el pegamento se puede usar correctamente.

Conclusiones

Podemos decir que nuestra hipótesis fue acertada y también cumplimos con nuestro objetivo ya que el pegamento funciono correctamente con todos los materiales naturales y con las cantidades específicas que se habían proporcionado.



Pegamento a base de baba de nopal.

Summary

Adhesives can be natural, like ours, which is based cactus slime.  This is a hearty plant, so that this glue can be easily made. Cactus slime has a thick or viscous consistency which causes this have a great effect and other materials make this a successful and innovative glue; Another feature of this glue is its naturalness it does not contain chemicals that harm people, such as the vinyl acetate can also damage the environment. It is easy to use because it can be used with a brush or brush thanks to its liquid and spreadable consistency, after thus taking a firm consistency that it makes this durable adhesive cactus; Another component that causes the gelatin effectiveness is because when cooled curdles and causes a sticky form, is a component that makes it slurry. It is noteworthy that after removing the slime directly from the cactus it should be left lying about two days in order to have a thick consistency, which will shape the glue, another element providing this is the glycerin, but we should not use too much because it tends to become too liquid which causes, when used, that materials fall apart or do not stick well. This also harms the duration of the adhesive already in use. We hope that this glue is successful and also helpful.

Research Question

How to make a natural glue made of cactus slime?

Problem approach

The school glue has a substance called vinyl acetate, this is a highly flammable liquid transparent is a chemical

The main effects of breathing high levels of this substance is irritating to the eyes, nose and throat.

Some animal studies have shown that ingesting their ability to attack infections, low, taking this substance in the body.

Other data from the International Agency for Research on Cancer (IARC) indicates that there is a possibility that has vinyl acetate has carcinogenicity because animals as if shown.

An advantage of this glue of cactus slime is that materials will not be as harmful to the environment and can have an accessible price.

Background

Objective

To make a natural glue, with cactus slime to replace the common glue.

Justification

Exists adhesives of source: animal, formed by collagen protein, which exist on the skin and bones of animals. Another natural starch glue is called plant or rather as flour paste adhesives, are other natural resins or rubbers, hardened prepared by secretions, it is wise or trees can also be the case as fossil amber, but our glue is based baba cactus.

This is an alternative in the production of natural adhesives, plus that is friendly to the environment compared to the common glue which may contain some chemicals.

It is noteworthy that this glue, when used no damage to the user thanks to its natural and common as cactus slime component.

An advantage of this adhesive is that is homely, its preparation is simple to follow and readily available materials.

Hypothesis

If we achieve to make a glue of cactus slime then we could obtain a natural glue.

Method (materials and procedure)

¾ cup cactus slime

2 bags of natural gelatin

3 tablespoons pure glycerin

1 beaker of 250 ml.

Laboratory burner

Top jar 500 ml

PROCEDURE

  1. Dissolve gelatin with a little water in the beaker.
  2. Heat the mixture in double boiler.
  3. Wait until the mixture warm up.
  4. Add 2 tablespoons of glycerin and stir the mixture.
  5. Add the cactus slime and mix until you obtain a homogeneous substance.
  6. Place in a jar with a lid to have durability.

Results

We obtained a homogeneous mixture, this was of a sticky consistency, its color was between green and yellow, which dries and cools when it hardens, making it effective for the glue purpose, you cannot let it cool because the gelatin is curdled and will not longer serve as an adhesive. Without cooling lasts for about two months because the cactus slime is broken.

When we were doing experiments, we realized that the amount of gelatin must be accurate because if you put an extra amount on it, the mixture becomes too thick and it hardens, but with the right procedure the hard adhesive and is very useful.

Discussion

By comparison of the researched data with our results were relative to the length of adhesive but it only lasts 2 months not 6. Also this adhesive when cooled it reacts as gelatin. When we investigated we knew that it was possible to cool these materials but this is not right. Beside this problem of cooling and following the specifications our glue can be used properly.

Conclusions

We can say that our hypothesis was correct and also fulfill our objective since the glue worked well with all natural materials and the specific amounts that were provided.