Los envases de plástico son omnipresentes en nuestro mundo; sus residuos terminan en vertederos y contaminan los océanos, donde pueden tardar siglos en degradarse.
Para aliviar esta carga ambiental, la industria ha trabajado para adoptar biopolímeros renovables en lugar de plásticos tradicionales. Sin embargo, los desarrolladores de envases sostenibles se han encontrado con dificultades para bloquear la humedad y el oxígeno, una barrera fundamental para la protección de alimentos, productos farmacéuticos y dispositivos electrónicos sensibles.
Ahora, investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han desarrollado una película de base biológica hecha de ingredientes naturales encontrados en plantas, hongos y desechos de alimentos que puede bloquear la humedad y el oxígeno tan eficazmente como los plásticos convencionales.
«Estamos utilizando materiales que ya son abundantes en la naturaleza y se degradan allí para producir envases que no contaminarán el medio ambiente durante cientos o incluso miles de años», dice Carson Meredith, profesor de la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular de Georgia Tech (ChBE@GT) y director ejecutivo del Instituto de Bioproductos Renovables.
“Nuestras películas, compuestas de componentes biodegradables, rivalizan o superan el rendimiento de los plásticos convencionales a la hora de mantener los alimentos frescos y seguros”.
El equipo de investigación de Meredith ha trabajado durante más de una década para desarrollar barreras ecológicas contra el oxígeno y el agua para envases. Si bien investigaciones anteriores con biopolímeros resultaron prometedoras, la alta humedad siguió debilitando las propiedades de la barrera.
Sin embargo, Meredith y sus colaboradores encontraron una solución utilizando una mezcla de estos ingredientes naturales: celulosa (que da a las plantas su estructura), quitosano (derivado de desechos de alimentos de crustáceos o hongos) y ácido cítrico (de frutas cítricas).
“Al reticular estos materiales y agregar un tratamiento térmico, creamos una película delgada que redujo la transmisión de humedad y oxígeno, incluso en condiciones cálidas y húmedas que simulan los trópicos”, dice el autor principal Yang Lu, ex investigador postdoctoral en ChBE@GT.
La tecnología de barrera desarrollada por los investigadores consta de tres componentes principales: un polímero de carbohidratos para la estructura, un plastificante para mantener la flexibilidad y un aditivo hidrófugo para resistir la humedad. Al moldearse en películas delgadas, estos ingredientes se autoorganizan a nivel molecular para formar una estructura densa y ordenada que resiste la hinchazón y el ablandamiento en condiciones de alta humedad.
Incluso con una humedad relativa del 80%, las películas mostraron una permeabilidad al oxígeno y una transmisión de vapor de agua extremadamente bajas, igualando o superando a plásticos comunes como el poli(tereftalato de etileno) (PET) y el poli(alcohol vinílico de etileno) (EVOH).
«Nuestro enfoque crea barreras que no solo son renovables, sino también mecánicamente robustas, ofreciendo una alternativa prometedora a los plásticos convencionales en aplicaciones de embalaje», dice Natalie Stingelin, profesora y directora de la Escuela de Ciencias e Ingeniería de Materiales (MSE) de Georgia Tech y profesora en ChBE@GT.
El equipo de investigación ha solicitado protección de patente para la tecnología (patente pendiente).
La investigación aparece en ACS Applied Polymer Materials .
La investigación contó con el apoyo de Mars Inc., el Instituto de Bioproductos Renovables de Georgia Tech y el Departamento de Defensa de EE. UU. a través del Programa Nacional de Becas de Posgrado en Ciencias e Ingeniería de la Defensa. Eric Klingenberg, coautor del estudio, trabaja en Mars, fabricante de alimentos envasados.
Fuente: Georgia Tech
Estudio original DOI: 10.1021/acsapm.5c02909
