Industria del embalaje: papel plastificado como sustituto del plástico
Los residuos plásticos nocivos para el medio ambiente no han dejado de aumentar en Alemania en los últimos años. Los envases generan una cantidad especialmente elevada de residuos. Los recubrimientos para envases de papel basados en ingredientes vegetales podrían ser un sustituto sostenible en el futuro. En el proyecto BioPlas4Paper, investigadores del Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Superficies y Películas Finas IST y sus socios han utilizado un proceso de recubrimiento conocido como polimerización por plasma para crear capas de barrera hidrófugas en papel a base de sustancias vegetales, mejorando así la resistencia del material a la intemperie.
Investigadores del Fraunhofer IST utilizan aceites vegetales para que el papel repela el agua
© Fraunhofer IST using Adobe Firefly
Los envases de plástico siguen siendo un grave problema para el medio ambiente. El papel, en cambio, se fabrica a partir de materias primas renovables y tiene la ventaja sobre el plástico derivado del petróleo de que se descompone y no permanece en el suelo durante muchos años. Sin embargo, el papel no estucado no forma una barrera contra la humedad o el oxígeno. Es sensible a la temperatura, reacciona con sensibilidad a la humedad y las bacterias y se caracteriza por superficies irregulares. Para aprovechar plenamente el potencial del material, mejorar las opciones de reciclaje, sustituir los envases de plástico y abrir nuevos campos de aplicación, es preciso mejorar la durabilidad, resistencia y calidad de los productos de papel. Los investigadores del Fraunhofer IST abordan esta tarea en estrecha colaboración con la Universidad Técnica de Darmstadt y el Instituto de Investigación de la Madera de Thünen en el proyecto BioPlas4Paper. Para producir capas homogéneas que repelan la humedad en el papel, los socios del proyecto utilizan sustancias vegetales como el aceite de orégano o de chía, así como extractos obtenidos a partir de material de corteza. Estas sustancias vegetales se caracterizan, entre otras cosas, por su efecto antibacteriano.
Los polímeros plasmáticos de origen biológico reticulan con la superficie del papel
"Utilizamos sustancias vegetales no utilizadas hasta ahora con una elevada proporción de ácidos grasos insaturados para hacer el papel hidrófobo, es decir, repelente al agua. Para ello, utilizamos la tecnología del plasma a presión atmosférica, en la que el gas se excita mediante alta tensión a presión ambiente de tal forma que se enciende un plasma, es decir, una mezcla de partículas formada por iones, electrones libres y, normalmente, también átomos o moléculas neutros. Se produce una descarga entre los electrodos", explica Martin Bellmann, científico del Fraunhofer IST de Braunschweig. Las sustancias vegetales se convierten en aerosol mediante la adición de nitrógeno y se introducen en el plasma como compuestos precursores orgánicos en forma de vapor para formar redes de polímeros. Los expertos denominan polimerización por plasma a este proceso en el que los compuestos precursores son activados por un plasma. Las partículas de tamaño micrométrico se unen entre sí para formar polímeros de plasma, pero las diminutas gotas también se reticulan con el papel y quedan planas sobre el rugoso sustrato de papel, penetrando profundamente en los poros y fibras de la superficie. "Sólo cuando se utiliza el plasma, las moléculas vegetales se vuelven reactivas y se entrecruzan para formar polímeros", explica el investigador.
Concepto innovador de fuente de plasma
El plasma se genera mediante una fuente de plasma que ioniza gas entre dos electrodos simétricos en rotación a los que se aplica alta tensión. La disposición geométrica de los electrodos y la forma en que se introduce el aerosol y se enciende el plasma son nuevas. La combinación de estas medidas da lugar a un concepto innovador que los investigadores desarrollaron específicamente para el proyecto, de modo que los efectos del aire ambiente se reducen al mínimo bajo presión atmosférica, incluso a velocidades de recubrimiento más elevadas, y los resultados son coherentes y reproducibles. "Debido a la rugosidad de la superficie del papel, el aire ambiente se arremolina a altas velocidades de procesamiento, lo que modifica las propiedades del plasma. Con nuestro concepto podemos evitar estas influencias perjudiciales", afirma Bellmann. La fuente de plasma se acerca a la superficie del papel y así desplaza completamente el aire ambiente. Los investigadores trabajan con temperaturas de plasma de unos 70 grados para evitar dañar el propio papel, las moléculas precursoras de origen biológico y las propiedades de los polímeros de plasma producidos.
Capas hidrófugas mediante aceite de oliva
En numerosas pruebas con una amplia gama de aceites y extractos vegetales, los investigadores pudieron demostrar que las sustancias de base biológica pueden depositarse o separarse de forma reproducible y homogénea mediante plasma. Por ejemplo, se obtuvieron muy buenas capas hidrófobas con aceite de oliva y de chía. Dependiendo de los compuestos precursores utilizados y de los parámetros de recubrimiento, los investigadores pueden influir y optimizar las capas. El objetivo es equipar el papel como material para escenarios de utilización cada vez más exigentes y sustituir así a los materiales plásticos en el futuro. "Un ejemplo de aplicación son las cajas móviles, que pueden estar expuestas a la lluvia durante periodos más largos sin reblandecerse gracias a nuestros revestimientos hidrófobos. "Nuestro objetivo es reducir la dependencia de los recursos fósiles y apoyar la transición a una economía eficiente en el uso de los recursos", afirma Bellmann.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
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