Los investigadores de Penn State han desarrollado un biomaterial económico que se puede utilizar para reemplazar de manera sostenible los recubrimientos de barrera plásticos en envases y muchas otras aplicaciones, quienes predicen que su adopción reduciría en gran medida la contaminación.
Completamente compostable, el material, un complejo de polielectrolito de polisacárido, está compuesto por partes casi iguales de pulpa de celulosa tratada de madera o algodón, y quitosano, que se deriva de la quitina, el ingrediente principal en los exoesqueletos de artrópodos y crustáceos.. La principal fuente de quitina son las montañas de caparazones sobrantes de langostas, cangrejos y camarones consumidos por humanos.
Estos recubrimientos de barrera respetuosos con el medio ambiente tienen numerosas aplicaciones que van desde papel resistente al agua, hasta recubrimientos para techos y paneles de yeso, hasta recubrimientos de alimentos para sellar la frescura, según el investigador principal Jeffrey Catchmark, profesor de ingeniería agrícola y biológica, College of AgriculturalCiencias.
"Las inesperadas propiedades adhesivas fuertes e insolubles del material son útiles para el embalaje, así como para otras aplicaciones, como compuestos de fibra de madera totalmente naturales de mejor rendimiento para la construcción e incluso para pisos", dijo. "Y la tecnología tiene el potencial deincorporarse a los alimentos para reducir la absorción de grasa durante la fritura y mantener la textura crujiente. Dado que el recubrimiento es esencialmente a base de fibra, es un medio para agregar fibra a las dietas ".
El enlace increíblemente resistente y duradero entre la carboximetilcelulosa y el quitosano es la clave, explicó. Los dos polisacáridos muy económicos, que ya se utilizan en la industria alimentaria y en otros sectores industriales, tienen diferentes cargas moleculares y se unen en un complejoque proporciona la base para películas, recubrimientos, adhesivos y más impermeables.
La reducción potencial de la contaminación es inmensa si estos recubrimientos de barrera reemplazan millones de toneladas de plástico a base de petróleo asociado con los envases de alimentos que se usan cada año en los Estados Unidos, y mucho más a nivel mundial, señaló Catchmark.
Señaló que la producción mundial de plástico se acerca a los 300 millones de toneladas por año. En un año reciente, más de 29 millones de toneladas de plástico se convirtieron en residuos sólidos urbanos en los EE. UU. Y casi la mitad fueron envases de plástico. Se anticipa que 10por ciento de todo el plástico producido a nivel mundial se convertirá en desechos oceánicos, lo que representa una importante amenaza ecológica y para la salud humana.
Los recubrimientos del complejo polisacárido polielectrolito funcionaron bien en la investigación, cuyos hallazgos se publicaron recientemente en Química verde . El cartón recubierto con el biomaterial, compuesto de partículas fibrosas nanoestructuradas de carboximetilcelulosa y quitosano, exhibió fuertes propiedades de barrera al aceite y al agua. El recubrimiento también resistió soluciones de tolueno, heptano y sal y exhibió propiedades mejoradas de barrera mecánica en húmedo y seco y de barrera al vapor de agua..
"Estos resultados muestran que los materiales basados en complejos de polielectrolitos de polisacárido pueden ser alternativas de barrera competitivas a los polímeros sintéticos para muchas aplicaciones comerciales", dijo Catchmark, quien, junto con Penn State, solicitó una patente para los recubrimientos.
"Además, este trabajo demuestra que surgen propiedades nuevas e inesperadas de los sistemas de múltiples polisacáridos involucrados en la complejación electrostática, lo que permite nuevas aplicaciones de alto rendimiento". Catchmark comenzó a experimentar con biomateriales que podrían usarse en lugar de plásticos hace aproximadamente una década.debido a preocupaciones por la sostenibilidad. Se interesó en la celulosa, el componente principal de la madera, porque es el material renovable sostenible de mayor volumen en la tierra. Catchmark estudió su nanoestructura: cómo se ensambla a nanoescala.
Creía que podía desarrollar materiales naturales más robustos y mejorar sus propiedades, de modo que pudieran competir con materiales sintéticos que no son sostenibles y generan contaminación, como el laminado de polietileno de baja densidad aplicado a cartón, poliestireno yplástico sólido utilizado en vasos y botellas.
"El desafío es que, para hacer eso, debes poder hacerlo de una manera que se pueda fabricar y que sea menos costoso que el plástico", explicó Catchmark. "Porque cuando haces un cambio en algoque es más ecológico o sostenible, realmente tienes que pagar por el cambio. Por lo tanto, tiene que ser menos costoso para que las empresas realmente obtengan algo de él. Esto crea un problema para los materiales sostenibles, una inercia que debe superarse conun costo menor. "
Financiado por una subvención de Aplicaciones de Investigación para la Innovación de la Facultad de Ciencias Agrícolas, Catchmark actualmente está trabajando para desarrollar socios de comercialización en diferentes sectores industriales para una amplia variedad de productos.
"Estamos tratando de dar el último paso ahora y tener un impacto real en el mundo, y lograr que la gente de la industria deje de usar plásticos y en su lugar use estos materiales naturales", dijo. "Entonces ellos los consumidores tienen una opción:- una vez que se utilizan los biomateriales, se pueden reciclar, enterrar en el suelo o convertir en abono y se descompondrán. O pueden seguir utilizando plásticos que acabarán en los océanos, donde persistirán durante miles de años ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Penn State . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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