Obtención y caracterización de bioplástico natural a partir de la hoja de tuna andina (Nopal) mediante (DOE - mezclas)
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Date
2026-07-08
Authors
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Publisher
Universidad Técnica de Ambato-Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica-Carrera de Ingeniería Mecánica
Abstract
The purpose of this research was to obtain and characterize a natural bioplastic made from Andean cactus pear (Nopal) leaves through a DOE-Mixture experimental design, as a biodegradable alternative to conventional petroleum-based plastics. For the development of the study, cactus mucilage, starch, gelatin, glycerin, and vinegar were used, evaluating the influence of their proportions on the mechanical and biodegradable properties of the obtained material. The optimal method for mucilage extraction was established through washing, chopping, and soaking in water for 48 hours. Subsequently, by using statistical software and the DOEMixture design, 16 bioplastic formulations were developed, allowing the identification of the combinations with the best physical and mechanical characteristics. The prepared specimens were subjected to tensile tests under ASTM D638-14 standards and biodegradability tests under controlled and environmental conditions for 48 days. The results showed that certain formulations achieved competitive mechanical properties compared to commercial plastics, highlighting combination 4 for its higher tensile strength and modulus of elasticity. Likewise, some formulations reached biodegradability rates above 90%, demonstrating significantly faster degradation than conventional plastics. The obtained results allowed concluding that the developed bioplastic has potential as a sustainable and biodegradable alternative for low mechanical demand applications
Description
La presente investigación tuvo como finalidad obtener y caracterizar un bioplástico natural elaborado a partir de la hoja de tuna andina (Nopal) mediante diseño experimental DOEMezclas, como alternativa biodegradable frente a los plásticos convencionales derivados del petróleo. Para el desarrollo del estudio se empleó mucílago de tuna andina, almidón, gelatina, glicerina y vinagre, evaluando la influencia de sus proporciones sobre las propiedades mecánicas y biodegradables del material obtenido. Se estableció como método óptimo para la extracción del mucílago el lavado, picado y reposo en agua durante 48 horas. Posteriormente, mediante el software estadístico y el diseño DOE-Mezclas, se desarrollaron 16 combinaciones del bioplástico, permitiendo identificar las formulaciones con mejores características físicas y mecánicas. Las probetas elaboradas fueron sometidas a ensayos de tracción bajo la norma ASTM D638-14 y a ensayos de biodegradabilidad en condiciones controladas y ambientales durante 48 días. Los resultados evidenciaron que determinadas combinaciones alcanzaron propiedades mecánicas competitivas frente a plásticos comerciales, destacándose la combinación 4 por su mayor esfuerzo máximo a la tracción y módulo de elasticidad. Asimismo, algunas formulaciones alcanzaron biodegradabilidades superiores al 90%, demostrando una degradación considerablemente más rápida que los plásticos convencionales. Los resultados obtenidos permitieron concluir que el bioplástico desarrollado posee potencial como alternativa sostenible y biodegradable para aplicaciones de baja exigencia mecánica.
Keywords
BIOPLÁSTICO, TUNA ANDINA, MUCÍLAGO, BIODEGRADABILIDAD, ENSAYOS DE TRACCIÓN
Citation
Universidad Técnica de Ambato-Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica-Carrera de Ingeniería Mecánica