Los materiales a base de papel biodegradable de celulosa fabricado a partir de fibras de lignocelulosa se destacan especialmente por las ventajas de bioseguridad, biodegradabilidad, gran disponibilidad y bajo costo.
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Papel biodegradable a base de celulosa para alimentos
La celulosa contiene muchos grupos hidroxilo hidrofílicos. Además, las redes tridimensionales de los papeles de fibra pueden inducir conjuntamente la acción capilar, lo que resulta en una alta higroscopicidad. Estas características intrínsecas limitan la capacidad de los papeles para actuar como barrera contra la humedad, lo que deteriora su rendimiento mecánico y la vida útil de los alimentos.
Para superar los defectos, se ha adoptado el apresto interno o tratamiento superficial de papeles con recubrimientos funcionales. Teniendo en cuenta el coste y la viabilidad, la explotación de envases de papel compuesto estucado con polímeros naturales es una estrategia prometedora. Entre los polímeros naturales, el ácido poliláctico (PLA) ha atraído mucha atención debido a su no toxicidad, biocompatibilidad y excelentes propiedades mecánicas. La alta cristalinidad y las excelentes características de formación de película dotan al PLA de cualidades de barrera favorables.
Además, el PLA puede crear un entorno débilmente ácido en la superficie de la película para restringir las bacterias y el moho. La incorporación moderada de agentes antibacterianos naturales reforzará aún más su actividad.
El compuesto químico cinamaldehído cinamaldehído (CIN) se utiliza ampliamente en la producción de alimentos, cosméticos, fragancias y medicamentos. Con considerables efectos bactericidas sobre bacterias Gram-positivas (E. coli) y bacterias gramnegativas (S. aureus), capacidades antibacterianas de amplio espectro y una eficacia significativa sobre los hongos, la CIN tiene usos esenciales en la desinfección bactericida y la antisepsia.
Tratamiento del PLA
El PLA de un solo componente es frágil y muestra una propiedad hidrofóbica limitada. Para el envasado de alimentos, la superhidrofobicidad puede ampliar sus aplicaciones en las áreas de rehumidificación, barrera y autolimpieza. Dos estrategias críticas para lograr características superhidrofóbicas son las texturas rugosas a nanoescala y los compuestos de baja energía superficial.
En varias investigaciones anteriores se han sugerido pocas alteraciones que darían a los envases de alimentos a base de papel superhidrofóbicos una barrera para las moléculas de gas y el vapor de agua. Para ampliar la ruta de paso de las moléculas de agua y mejorar la capacidad del sólido para bloquear el paso del vapor de agua, se necesita una morfología estructural equilibrada del polímero y rutas tortuosas.
En un trabajo de la Facultad de Ciencias Marinas y Bioingeniería, Universidad de Ciencia y Tecnología de China, desarrollaron un proceso sencillo para producir envases de papel biodegradable, antibacteriano y superhidrofóbico.
Los paquetes diseñados según el diseño se prepararon a partir del papel de celulosa recubriendo una mezcla de PLA/CIN como una pantalla de barrera y SA modificado con nano-SiO2 como una capa superhidrofóbica.
La estructura química, la estabilidad térmica, la propiedad mecánica, la morfología, la propiedad superhidrofóbica, las propiedades de barrera contra el vapor de agua, el oxígeno y el aceite, así como la eficiencia antibacteriana, se investigaron exhaustivamente mediante una serie de técnicas de caracterización avanzadas.
Pruebas de papel biodegradable para envases
Se fabricó con éxito un nuevo tipo de paquete de papel compuesto degradable con superhidrofobicidad y excelentes propiedades de barrera. Al recubrir una mezcla de PLA/CIN como pantalla de barrera y SA modificado con nano-SiO2 como capa superhidrofóbica, los paquetes preparados poseían una excelente estabilidad térmica, atribuida a la incorporación de SiO2 inorgánico.
Las excelentes características de formación de película del PLA mejoraron la resistencia a la tracción de los papeles fabricados (104,3 MPa) en comparación con los papeles de celulosa originales (70,50 MPa), mejorada en un 47,94 %. Beneficiándose de la nanoestructura rugosa que fue modificada superficialmente por SA de baja energía superficial con un rendimiento superhidrofóbico para varios líquidos.
Además, los papeles compuestos mostraron una excelente propiedad de barrera contra el gas, la humedad y las bacterias del aceite como resultado del refuerzo de los recubrimientos funcionales.
Estos papeles pueden explotarse como candidatos potenciales para compuestos a base de papel biodegradable de celulosa ecológica y renovables para sustituir a los envases derivados del petróleo.
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