Una fina capa aplicada con plasma podría resolver uno de los grandes obstáculos de los envases vegetales y acercarlos a aplicaciones hoy dominadas por el plástico
Encontrar materiales vegetales capaces de competir con el plástico no depende solo de fabricar algo biodegradable, sino que también tiene que proteger el alimento de la humedad, el oxígeno y la grasa, además de resistir la manipulación y hacerlo a un costo razonable y las películas de nanofibrillas de celulosa cumplen varias de esas condiciones, pero tienen un punto débil importante: les gusta demasiado el agua.
Ahora, un equipo internacional ha conseguido modificar su superficie mediante Plasma de descarga de Barrera Dieléctrica (DBD) y reducir drásticamente esa vulnerabilidad. En una de las configuraciones estudiadas, la absorción de agua líquida quedó por debajo del 1 por ciento.
Ahí está lo interesante, ya que no se trata de sustituir un plástico por otro, porque la estructura principal del envase, puede fabricarse a partir de fibras vegetales renovables y
las nanofibrillas de celulosa, conocidas como “CNF”, pueden obtenerse a partir de biomasa como la pulpa de madera y con ellas, se fabrican películas finas que reúnen varias características muy atractivas para el sector del envase: son ligeras, biodegradables y presentan buenas propiedades de barrera frente al oxígeno y las grasas.
El problema es la humedad: la celulosa es higroscópica, es decir, atrae y absorbe agua del ambiente por lo que en una bolsa, destinada a conservar papas fritas, por ejemplo, esto puede permitir que la humedad atraviese el material y afecte al alimento y reduzca su vida útil.
Además, cuando una película de celulosa absorbe humedad, puede perder resistencia y deteriorarse también su capacidad para actuar como barrera frente a determinados gases, lo que limitó durante años una idea sencilla: utilizar las fibras que forman árboles y plantas para fabricar parte de los envases que hoy dependen de polímeros fósiles.
La solución estudiada por investigadores de North Carolina State University, la Universidad Masaryk de la República Checa y la Universidad de Quebec en Rimouski, Canadá, fue cambiar las propiedades de la superficie de la celulosa sin tener que sustituir el material que hay debajo, para lo que emplearon Plasma DBD.
El Plasma, puede entenderse como un gas energizado que permite desencadenar reacciones químicas sobre la superficie de un material y en este caso, se utilizó para depositar sobre las películas de celulosa fragmentos organosilícicos extremadamente finos, para lo que los investigadores, ensayaron diferentes configuraciones, gases, tiempos de tratamiento y formas de aplicar esas capas y consiguieron modificar cuánto agua acepta o rechaza la superficie.
Uno de los tratamientos, generó una superficie superhidrofóbica, con una absorción de agua líquida inferior al 1 por ciento, lo que no es solo impermeabilizar y lo que hace interesante el trabajo, es que se comprobó que se podía modificar de forma bastante precisa la relación de la película con el agua, ya que algunas configuraciones mejoraban de manera considerable la resistencia al agua líquida y otras, en cambio, permitían que atravesara más vapor de agua y aunque a primera vista, podría parecer un mal resultado, en realidad muestra que el tratamiento puede ajustarse dependiendo de la aplicación.
Un envase, destinado a mantener crujiente un alimento, necesitaría una barrera muy eficaz frente a la humedad y una película destinada a un apósito médico transpirable, por ejemplo, podría beneficiarse de una mayor permeabilidad al vapor y la tecnología, por lo tanto, podría servir como una especie de regulador de las propiedades superficiales de la celulosa.
La sustitución de los envases actuales: una bolsa de aperitivos parece algo trivial, pero no lo es ya que aunque muchos envases flexibles, combinan varias capas de diferentes plásticos, papel e incluso aluminio, cada una de las que cumple una función concreta: proporcionar resistencia mecánica, impedir la entrada de oxígeno, bloquear la humedad, evitar el paso de grasas o permitir el termosellado.
El resultado funciona muy bien mientras contiene el producto, pero separar luego esas capas puede resultar técnicamente complicado o poco atractivo desde lo económico, lo que dificulta su reciclaje convencional y esa es una de las razones por las que desarrollar materiales renovables capaces de asumir varias funciones a la vez resulta tan interesante.
Una película de celulosa funcionalizada, no necesita copiar de manera exacta la estructura de los envases actuales y la oportunidad, está en replantear el material desde el principio para simplificar su final de vida.
El inicio: el uso industrial del plasma para modificar superficies, no es una idea experimental recién descubierta ya que diferentes procesos de plasma ya se utilizan para limpiar, activar o recubrir materiales, incluido el sector del envase, lo que ofrece una ventaja importante para una futura industrialización: no habría que inventar desde cero toda la maquinaria necesaria.
El reto consiste en trasladar el procedimiento desarrollado con las películas CNF a sistemas continuos capaces de tratar grandes cantidades de material con suficiente velocidad y uniformidad y ahí empieza la parte menos vistosa del desarrollo: comprobar cuánta electricidad consume, cuánto cuesta cada metro cuadrado tratado, cuánto dura el recubrimiento y cómo responde después de plegarlo, imprimirlo, sellarlo, transportarlo y almacenarlo.
Situación en Europa: el reglamento europeo sobre envases y residuos de envases (PPWR) comenzó a aplicarse en agosto de 2026 y aumenta la presión sobre fabricantes y distribuidores para reducir residuos y diseñar envases pensando desde el principio en su recuperación y establece entre otras medidas, requisitos progresivos de reciclabilidad, reducción de residuos de envases y contenido reciclado para determinadas categorías de plástico.
Además, desde 2030 comenzarán a aplicarse requisitos de diseño para reciclaje y grados de rendimiento de reciclabilidad y desde 2035, esos envases deben reciclarse a escala, lo que no convierte de manera automática, a la celulosa tratada con plasma en la solución ganadora, pero sí, cambia las condiciones económicas en las que tendrán que competir los materiales de envasado durante la próxima década.
Dudas: el resultado de menos del 1 por ciento de absorción de agua es llamativo, pero no debe confundirse con un envase preparado para llegar mañana al supermercado y los propios investigadores señalan varios aspectos pendientes.
Uno de ellos es la “permeabilidad al vapor de agua” ya que algunas configuraciones ensayadas empeoraron esta propiedad, algo muy problemático para alimentos que necesitan permanecer aislados de la humedad ambiental y también, deben determinarse la velocidad de aplicación necesaria para una línea industrial, el consumo energético del proceso y la resistencia del recubrimiento al uso real.
Otra duda: que la materia prima sea vegetal y biodegradable, no permite concluir por sí solo que todo el envase tendrá menor huella ambiental, por lo que habrá que estudiar el recubrimiento, su fabricación, el consumo de energía, el comportamiento al final de su vida útil y la seguridad del material en cada aplicación prevista.
Cómo funciona: el material de partida es una película formada por CNF y el plasma DBD modifica su superficie y permite depositar fragmentos derivados de un precursor organosilícico.
Según cuál sea el gas utilizado, el tiempo de exposición y el modo de aplicación, los investigadores construyen capas con diferentes comportamientos frente al agua y la película, conserva así la estructura principal de celulosa mientras su superficie adquiere propiedades que en su origen no tenía.
Cifras:
Diferencias: la estrategia, no intenta desarrollar desde cero un nuevo polímero que reúna todas las propiedades necesarias.
A modo de resumen: envases multicapa convencionales: pueden combinar polietileno, polipropileno, PET, aluminio, papel y adhesivos para conseguir simultáneamente barreras frente a gases, humedad y grasas. Su rendimiento es elevado, aunque la combinación de materiales puede complicar considerablemente el reciclaje.
Películas CNF tratadas con plasma: utilizan celulosa renovable como estructura principal y un tratamiento superficial para mejorar la resistencia al agua. Presentan ventajas potenciales en origen de la materia prima y biodegradabilidad, pero todavía no han demostrado a escala comercial el conjunto de prestaciones, costes y velocidades de producción de los envases convencionales.
Limitaciones: la principal limitación es el comportamiento frente al vapor de agua, ya que conseguir que una superficie repela gotas, no significa necesariamente impedir que la humedad atraviese lentamente el material y también, faltan ensayos de producción a gran velocidad, consumo energético, resistencia mecánica durante la vida útil, estabilidad del recubrimiento, costes y evaluación ambiental completa.
El estudio, tampoco demuestra que estas películas puedan sustituir todos los envases plásticos y diferentes alimentos, requieren propiedades de conservación distintas y las exigencias de un envoltorio para productos secos no son las mismas que las de un envase para líquidos o
Los resultados proceden del estudio científico “Surface modification of cellulose nanofibril films via organosilicon deposition using dielectric barrier discharge plasma (DBD) plasma for packaging applications”, publicado en Applied Surface Science.
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