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 ecológicos tienen numerosas aplicaciones que van desde papel resistente al agua, a revestimientos para placas de techo y paneles de yeso, a recubrimientos de alimentos para sellar su frescura, según el investigador principal Jeffrey Catchmark, profesor de ingeniería agrícola y biológica, Facultad de Ciencias Agrarias.

"El material es inesperadamente fuerte, Las propiedades adhesivas insolubles son útiles para envases y otras aplicaciones. como un mejor rendimiento, compuestos de fibra de madera totalmente naturales para la construcción e incluso suelos, ", dijo." Y la tecnología tiene el potencial de incorporarse a los alimentos para reducir la absorción de grasa durante la fritura y mantener la frescura. Dado que el recubrimiento es esencialmente a base de fibra, es un medio de agregar fibra a las dietas ".

La unión increíblemente resistente y duradera entre la carboximetilcelulosa y el quitosano es la clave, él 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 complejo que proporciona la base para películas impermeables. revestimientos, adhesivos y más.

La posible reducción de la contaminación es inmensa si estos recubrimientos de barrera reemplazan a millones de toneladas de plástico a base de petróleo asociado con los envases de alimentos que se utilizan cada año en los Estados Unidos, y mucho más a nivel mundial, Señal de captura.

Señaló que la producción mundial de plástico se acerca a los 300 millones de toneladas al 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 prevé que el 10 por 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, cuyas conclusiones se publicaron recientemente en Química verde . Cartón recubierto con el biomaterial, compuesto por partículas fibrosas nanoestructuradas de carboximetilcelulosa y quitosano, exhibió fuertes propiedades de barrera al aceite y al agua. El revestimiento también resistió el tolueno, heptano y soluciones salinas y exhibieron propiedades mecánicas y de barrera al vapor de agua en húmedo y en seco mejoradas.

“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, OMS, en concierto con Penn State, ha solicitado una patente sobre los revestimientos.

"Además, este trabajo demuestra que nuevo, propiedades inesperadas emergen de los sistemas de polisacáridos múltiples involucrados en la complejación electrostática, permitiendo 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 por la celulosa, el componente principal de la madera, porque es el mayor volumen sostenible, material renovable en la tierra. Catchmark estudió su nanoestructura:cómo se ensambla a nanoescala.

Creía que podía desarrollar materiales naturales más robustos y mejorar sus propiedades, para que puedan competir con materiales sintéticos que no son sostenibles y generan contaminación, como el laminado de polietileno de baja densidad aplicado al cartón, Espuma de poliestireno y plástico sólido utilizados en vasos y botellas.

"El desafío es, para hacer eso, tienes que poder hacerlo de una manera que se pueda fabricar, y tiene que ser menos costoso que el plástico, "Catchmark explicó." Porque cuando haces un cambio a algo que 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 con un costo menor ".

Financiado por una beca 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 conseguir que la gente de la industria deje de utilizar plásticos y, en su lugar, utilice estos materiales naturales, ", dijo." Así que ellos (los consumidores) tienen una opción:después de que se utilizan los biomateriales, se pueden reciclar, enterrado en el suelo o compostado, y se descompondrán. O pueden continuar usando plásticos que terminarán en los océanos, donde persistirán durante miles de años ".

También participaron en la investigación Snehasish Basu, becario postdoctoral, y Adam Plucinski, estudiante de maestría, ahora instructor de ingeniería en Penn State Altoona. El personal del Instituto de Investigación de Materiales de Penn State brindó asistencia con el proyecto.