Ciencias de los materiales

Pandilla Juvenil (1ro. 2do. y 3ro. de nivel Secundaria)

PJ-CM-03 Funda para celular a base de bioplástico de cáscara de mango.

Asesor: Laura Saldaña

Equipo [ ]: Valeria Sánchez Bonilla(1o Copán) , Miguel Angel Contreras Reyes(1o Copán) , Sarahí Esperilla Mendoza(1o Copán)

Resumen

En estos tiempos el uso desmedido de plásticos, en sus diferentes variedades, bolsas, cubiertos, platos, popotes, etc. Ha provocado graves danos al medio ambiente. Por  lo que se está prohibiendo el uso de ellos en muchas industrias.

El método más eficaz de eliminar los efectos negativos del plástico es el reciclaje. Los productos de plástico, que se convierten en residuos, se pueden convertir en materias primas para su nuevo uso. Este método es bastante fructífero para la economía además de prevenir la contaminación ecológica. El plástico obtenido a través del reciclaje es demasiado barato en comparación con la materia prima básica y necesita menos energía durante su producción. El reciclaje de una tonelada de residuos de plástico propicia un ahorro energético de un 95%.

El plástico también en el uso de accesorios celulares ha sido desmedido pues los accesorios son cambiados constantemente, y no porque ya no sirvan o se rompan, sino porque pasan de moda los estampados o los colores. Por lo que pensamos que sería importante que el bioplástico en las fundas de los diferentes tipos de celulares también ayudaría a reducir la polución.

Pero al ser las fundas algo que está en contacto con el celular que con el uso continuo genera calor, realizamos varias pruebas para conocer su resistencia. A continuación los resultados de nuestras pruebas de bioplástico de cáscara de mango.

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Pregunta de Investigación

¿Cómo elaborar una funda para celular a base de bioplástico de cáscara de mango?

Planteamiento del Problema

Las fundas comerciales tienen un costo muy elevado, variando el tipo de material del que están hechos, por ejemplo, una funda sencilla de silicón varía de los $50 a los $99 MXN, sin embargo, si es una que está hecha con material más complejo o decoraciones más elaboradas pueden llegar a costar desde $300 hasta $2000 MXN.

Otro problema es que la gente tira la basura en las calles provocando una mayor contaminación, por ejemplo, los desechos orgánicos que generan focos de infección al no depositarse en los lugares adecuados, generando también gases que producen desde el efecto invernadero hasta la producción de gas metano que acelera al cambio climático como lo indica la Natalia Shakhova, de la Academia Rusa de Ciencias en Vladivostok. Es por eso que utilizamos la cáscara de mango para darle un uso más eficiente.

Antecedentes

Las propiedades de la cáscara del mango, mezcladas con los principales componentes del almidón, crean un biopolímero resistente y flexible, que asemeja la consistencia del plástico convencional.

Fernanda Quiñónez, Aurora Chaidez y Elizabeth Rivera, estudiantes del Tecnológico de Monterrey, desarrollaron un plástico biodegradable hecho a base de cáscara de mango, como una alternativa sustentable a los materiales tradicionales.

Los alimentos funcionales representan una gama que, además de actuar como nutrientes, pueden afectar positivamente funciones biológicas específicas, mejorando el estado general de salud y reduciendo los riesgos de algunas enfermedades.

La fibra dietética y los compuestos fenólicos son ampliamente utilizados como ingredientes alimentarios funcionales. La fibra dietaria se encuentra, principalmente, en las paredes de las células vegetales, y ha sido definida por la Asociación Americana de la Química de los Cereales como la parte comestible de las plantas o carbohidratos análogos, que son resistentes a la digestión y absorción en el intestino delgado, con una completa o parcial fermentación en el intestino grueso, mientras que los compuestos fenólicos son compuestos químicos de origen orgánico, que son sintetizados en diversos tejidos vegetales. Estos elementos han sido asociados con la reducción de la probabilidad de desarrollo de cáncer, debido a su capacidad antioxidante.

Las cáscaras son los principales subproductos obtenidos durante el procesamiento de varias frutas, y estas son buena fuente de poli fenoles, carotenoides, fibras dietéticas y otros compuestos bioactivos que poseen varios efectos benéficos para la salud humana.

Actualmente, en el Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo (CIAD), Coordinación Regional Culiacán se desarrollan diversas metodologías para el aprovechamiento integral de cáscaras de mango para que puedan ser utilizadas como fuente de fibra y compuestos fenólicos.

Dichas metodologías se enfocan en la caracterización fisicoquímica y nutrimental de cáscaras de mango de las variedades Ataulfo, Keitt y Tommy Atkins. Posterior a la caracterización se desarrollarán procesos para la formulación de complementos alimenticios a base de cáscara de mango que contengan un alto contenido de fibra y compuestos fenólicos.

Se busca que los complementos alimenticios a base de cáscara de mango puedan ser una alternativa para la población que busque tener una alimentación más saludable y, por otra parte, dar un valor agregado a material que actualmente es visto como un desecho.

La maizena, también conocida como fécula de maíz, almidón de maíz o maicena, básicamente es un almidón que se obtiene a partir del maíz. La planta pasa por un proceso en el que se extraen los nutrientes, aceites, proteínas y el almidón, posteriormente se separa solo el almidón.

La maicena se distingue por ser un polvo blanco y fino, parecido a la harina, se utiliza principalmente en la cocina como espesante de atoles, sopas, cremas, salsas e incluso puedes usarlo para preparar algunos panes. Para poder utilizarlo como espesante en tus recetas, solo debes diluirla en un poco de leche o agua y agregarlo a tu receta, ya que, si lo arreglas directamente, puedes generar grumos.

Más allá de sus usos culinarios, la fécula de maíz es parte de los ingredientes de muchos remedios naturales.

El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal), debido a su característica polar, su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias polares y iónicas, y por su alto valor de constante dieléctrica (a temperatura ambiente vale 80).  La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones importantes para los seres vivos: es el medio en el que ocurren la mayoría de reacciones del metabolismo, el aporte de nutrientes y la eliminación de desechos se realizan a través de sistemas de transporte acuosos.

Los principales componentes del vinagre son agua, alcohol y el ácido acético, que le otorga ese olor particular y sabor agrio. El ácido acético es el más importante porque ocupa entre el 4 y el 5 % de la composición del vinagre.

El vinagre se obtiene por la fermentación de ciertos compuestos. Por ejemplo, el vinagre de arroz, el de manzana o el balsámico basan sus procesos de fermentación en arroz, manzana y mosto de uva, respectivamente.

El principal componente del vinagre es el ácido acético.

El vinagre ha sido utilizado por varios milenios. Su nombre actual tiene origen en el término latín vinum acre, cuya traducción al español es «vino agrio». Esto es porque se obtiene por la fermentación, al igual que el vino.

El vinagre surge porque la glucosa formada por el arroz, las manzanas o las uvas se transforman en ácido acético mediante un proceso de oxidación.

Las que realizan el proceso de fermentación son las bacterias. Por ende, el vinagre es un ácido orgánico.

Es por ello que funciona muy bien para eliminar grasas orgánicas en la cocina, porque son compuestos parecidos que se pueden disolver uno con el otro.

El propano-1,2,3-triol, glicerol o glicerina (C3H8O3) (del griego glykos, dulce) es un alcohol con tres grupos hidroxilos (–OH).

El glicerol es un compuesto de carbono que contiene tres grupos de hidroxilo, y a temperatura ambiente es un líquido viscoso, incoloro e inodoro, con un sabor dulce. Se puede generar como uno de los productos derivados de la fabricación de jabón, consistente en el tratamiento de materias grasas de origen vegetal o animal con soluciones alcalinas fuertes. Así mismo, también puede derivarse de la producción de biodiesel. Otro método para producir glicerol es mediante el propileno, un hidrocarburo perteneciente a los alquenos. En total, estos tres métodos contribuyen a producir más de 950.000 toneladas anuales de glicerol en Estados Unidos y Europa.

Se denomina bioplástico a un tipo de plásticos derivados de productos vegetales, tales como el aceite de soja, el maíz o la fécula de patata, a diferencia de los plásticos convencionales, derivados del petróleo. Los plásticos tradicionales están sintetizados a partir del petróleo por la industria petroquímica. Los bioplásticos, biodegradables y provenientes de fuentes renovables, son una medida de reducción al  problema de los deshechos plásticos contaminantes que ahogan al planeta y contaminan el medio ambiente. ¿Tiene sentido seguir usando embalaje y envoltorios que pueden tardar siglos en desaparecer, para productos que duran días o meses?

El plástico es la tercera aplicación del petróleo más usada en el mundo, y al año consumimos 200 millones de toneladas en el planeta. Proviene de fuente no renovable (petróleo), es contaminante y no biodegradable (puede tardar hasta más de 1.000 años en descomponerse).

Tortugas marinas mueren por consumir restos de plástico

Por eso, lugares como Bangladesh han prohibido las bolsas de plástico tradicionales (atascaban el alcantarillado provocando inundaciones), África las bautizó como una nueva ‘flor nacional’ al verse diseminadas por el paisaje y Europa se plantea gravarlas. Además, estos residuos son responsables de la muerte de especies marinas y aves que las ingieren (ballenas, tortugas marinas, albatros…), y suponen un problema grave para el medio ambiente, como es el caso del garbage patch (islas de basura).

Como alternativa, se está impulsando el uso de bioplásticos, que consisten en conseguir polímeros naturales a partir de residuos agrícolas, celulosa o almidón de patata o maíz.

Son 100% degradables, igual de resistentes y versátiles, y ya se usan en sectores como agricultura, industria textil, medicina y sobre todo en el mercado de embalajes y envases… y el biopolímero se está ya popularizando en ciudades europeas y estadounidenses, por cuestiones ecológicas: se trata de los PHA. Este producto promete suponer el 10% del mercado europeo del plástico dentro de 10 años. Reducen la huella de carbono.

Suponen un ahorro energético en la producción, no consumen materias primas no renovables, reducen los residuos no biodegradables, que contaminan el medio ambiente, no contienen aditivos perjudiciales para la salud como ftalatos o bisfenol A, no modifican el sabor y el aroma de los alimentos contenidos.

Objetivo

Elaborar una funda para celular a base de bioplástico de cáscara de mango

Justificación

Hemos decidido elaborar una funda para celular a base de bioplástico de cáscara de mango ya que se ha observado que este material es una alternativa para reducir el impacto ambiental que genera la producción de plástico. El bioplástico reduce la huella de carbono, permite el ahorro de energía al producirlo, no consumen materias primas no renovables y reducen los residuos no biodegradables, que contaminan el medio ambiente.

Hipótesis

Hemos decidido elaborar una funda para celular a base de bioplástico de cáscara de mango ya que se ha observado que este material es una alternativa para reducir el impacto ambiental que genera la producción de plástico. El bioplástico reduce la huella de carbono, permite el ahorro de energía al producirlo, no consumen materias primas no renovables y reducen los residuos no biodegradables, que contaminan el medio ambiente.

Método (materiales y procedimiento)

Ingredientes:

  • Fécula de maíz
  • Agua
  • Vinagre blanco
  • Glicerina vegetal
  • Cáscara de mango
  • Colorante vegetal (opcional)

Procedimiento:

Agregar 30 gr de maizena junto con 200 ml de agua y 15 ml de vinagre y glicerina.

2.Licuar la cáscara de mango junto con los 280 ml de agua.

3.Llevar al fuego y revuelve constantemente con una espátula de madera para que no se formen grumos. Es opcional si agregas colorante vegetal poco a poco se irán haciendo más espesa la mezcla sigue mezclando pero ahora realízalo con más rapidez y al mismo tiempo vierte un poco más de agua.

4.Después de 10 minutos tiene que quedar una consistencia gelatinosa.

5.Dicha mezcla hay que ponerla a licuar junto con la mezcla orgánica de cáscara de mango.

6.Ahora moldea la mezcla en un molde o bandeja para lograr una capa fina.

7.Dejar secar por 24 horas hasta que esté completamente rígido.

Galería Método

Resultados

Como resultados obtuvimos dos fundas de celular, sin embargo en las dos no se logró totalmente lo que nosotros queríamos, porque al realizar nuestras fases experimentales tuvimos algunos errores.

La primera funda de celular logró ser muy resistente y se adaptó a la forma del molde y el plástico si funciono, pero el problema fue que al realizar la mezcla, se le depositó más agua de la que se necesitaba, lo cual provocó que se generarán unos espacios, parecía un poco rota de algunas partes, por lo tanto decidimos realizar otra fase experimental. En esta segunda fase experimental, se logró un producto con la forma deseada, y esta vez sin grietas, sin embargo no tenía la resistencia necesaria, ya que era muy delgado, porque vertimos muy poca cantidad de la mezcla en la funda.

 

 

 

Galería Resultados

Discusión

En nuestra primera fase experimental el bioplástico logró tener una buena consistencia comprobamos  que tiene buena dureza y es un material que resiste, logro tenerla figura del molde ,es decir de la funda de celular ,sin embargo esta tenía grietas y aberturas ,debido a que en el proceso de elaboración cuando la mezcla estuvo bajo el calor de la estufa vertimos demasiada agua y eso alteró el producto.

En la segunda fase experimental ,se logró un muy buen producto ,sin embargo el problema ocurrió ,fue que al vertir la mezcla en el molde ,la cantidad fue muy poca y ocasionó que la funda fuera muy delgada y resistía tanto.

Conclusiones

Podemos decir que el bioplástico a base de cáscara de mango si es útil y funcional para las fundas de celular y que el crear estas fundas de celular biodegradables es mucho más económico y más empático con el medio ambiente. Si este bioplástico fuera sustituido por el plástico convencional (PET), sería muy benéfico para el medio ambiente.

Nuestros resultados fueron muy buenos porque pudimos comprobar que el bioplástico a base de cáscara de mango si es real, es decir que si se puede elaborar, es fácil de hacer y no es muy costoso, ya que son materiales que están al alcance de todos.

Bibliografía

Universitat de Valencia. (2016). La versatilidad de la glicerina: desde la industria alimentaria hasta la farmacéutica. 2020, de Universitat de Valencia Sitio web: https://www.uv.es/uvweb/master-quimica/es/blog/versatilidad-glicerina-industria-alimentaria-farmaceutica-1285949128883/GasetaRecerca.html?id=1285957782481

 

Mauricio Blanco. (2017). Componentes del vinagre y proceso de producción. 2020, de lifelider.com Sitio web: https://www.lifeder.com/componentes-vinagre/

 

Sostenibilidad para todos. (2020). QUÉ SON LOS BIOPLÁSTICOS. 2020, de Acciona Sitio web: https://www.sostenibilidad.com/medio-ambiente/que-son-los-bioplasticos/

AGUA.COM.MX. (2020). PROPIEDADES DEL AGUA. 2020, de Fondo para la comunicacion y la educación ambiental, A.C. Sitio web: https://agua.org.mx/propiedades-derl-agua/

Excelsior. (24 de junio 2020). Estudiantes crean plástico biodegradable con cáscara de mango. 2020, de Excelsior Sitio web: https://www.excelsior.com.mx/nacional/estudiantes-crean-plastico-biodegradable-con-cascara-de-mango/1302187#view-2

 

Summary

In these times the excessive use of plastics, in its different varieties, bags, cutlery, dishes, straws, etc. It has caused serious damage to the environment. So the use of them is being banned in many industries. The plastic also in the use of cellular accessories has been excessive because the accessories are constantly changed, and not because they no longer serve or break, but because patterns or colors go out of fashion. So we think it would be important that the bioplastic in the covers of the different types of cell phones would also help reduce pollution. But since the covers are something that is in contact with the cell phone that generates heat with continuous use, we carried out several tests to determine its resistance. Below are the results of our mango peel bioplastic tests.

Research Question

How to make a bioplastic phone case based on mango skin?

Problem approach

The commercial phone cases have an expensive cost depending on the material from which they are made, for example, a simple case of silicone is around $50 to $99 MXN, however, if it is made with more complex materials it is around $300 to $2000 MXN. 

 

Another problem is that people throw their garbage on the street causing a higher pollution, for example, when the organic waste is not deposited in the right place causes outbreaks of infection, also this generates gases that cause the greenhouse effect and the production of methane gas that accelerates the weather changing like Natalia Shakhova said from the Russian Academy of Science in Vladivostok. That is why we are using the mango skin for giving it a more efficient use.

Background

Objective

To make a bioplastic phone case based on mango skin to help the environment

Justification

We decided to make this phone case based on mango skin because we observed that this material is an alternative to reduce the environmental impact that generates the production of plastic. Bioplastic reduces carbon footprint, allows energy savings by producing it, it also does not consume non-renewable raw materials and reduces the non-biodegradable waste that pollutes the environment.

Hypothesis

If we can make bioplastic based on mango skin, we can make an ecological phone case.

 

Method (materials and procedure)

Ingredients:

  • Water 
  • White vinegar 
  • Cornstarch 
  • Mango skin
  • Natural colorant
  • Vegetable glycerin

Procedure:

  1. Add in a container 30 gr of cornstarch along with 200 ml of water and 15 ml of vinegar and glycerin.
  2. Blend the mango peel together with the 280 ml of water, until a homogeneous mixture is obtained.
     
  3. Take it to a 90°C fire and mix the mixture with a spatula, this is to prevent lumps from forming in the mixture. It is optional if you add vegetal coloring to it. Little by little the mixture will get thicker, now keep mixing faster and at the same time, pour 15ml. of water.
  4. After 10 minutes there must have a gelatinous consistency. 
  5. This gelatinous mixture it must be liquefied together with the mango skin mixture.
  6. Now, after liquefying we put the mixture on a mold or a tray and start molding it to achieve a thin layer. 
  7. Finally let it dry for 24 hours for being completely stiff.

Results

As a result we got two phone cases but in both results we didn’t fully achieve what we wanted, cause when we made our experimental phases we’ve got some complications.

In the first case we achieved it to be resistant and it adapted to the mold form and the plastic worked, but the problem was that at the moment we did the mixture we added more water than we needed, that caused spaces to be generated, in some parts apparently it got broken, so we decided to make a second experimental phase. 

In the second one we achieved a better result, sincerely the one we wanted at the first time without cracks, but this time it didn’t get the desired resistance, it was more thin that the last one, and it was cause we didn’t put enough mixture in the mold.

 

Discussion

In our first experimental phase, bioplastic achieved to have a good consistency, we verified that it has good hardness and is a material that resists. the elaboration process when the mixture was under the heat of the stove, we poured too much water and that altered the product.

 

In the second experimental phase, a very good product was achieved, however the problem occurred, was that when pouring the mixture into the mold, the amount was too little and caused the cover to be very thin and resistant so much.

 

Conclusions

We can say that the bioplastic based on mango skin is useful and functional for phone cases and creating them is more economic than others and it is better for the environment. If this bioplastic is substituted by the conventional plastic (PET), it would be beneficial for the environment.

Our results were really good cause we could prove that the bioplastic based on mango skin is real, in other words that it can be elaborated and the process is really easy and isn’t expensive, cause the materials are really easy to found.

In addition the benefits of the bioplastics are: 

It suppose to save electricity on the production, it doesn’t consume non-renewable raw materials, reduces the biodegradable wastes that pollute the environment, it doesn’t contain harmful additives for health damages like phthalates or bisphenol A, and it doesn’t modify the flavor and aroma of the contained foods.

 

Bibliography

Universitat de Valencia. (2016). La versatilidad de la glicerina: desde la industria alimentaria hasta la farmacéutica. 2020, de Universitat de Valencia Sitio web: https://www.uv.es/uvweb/master-quimica/es/blog/versatilidad-glicerina-industria-alimentaria-farmaceutica-1285949128883/GasetaRecerca.html?id=1285957782481

 

Mauricio Blanco. (2017). Componentes del vinagre y proceso de producción. 2020, de lifelider.com Sitio web: https://www.lifeder.com/componentes-vinagre/

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