¿El plástico perfecto?
A base de plantas, totalmente degradable en agua salada, cero microplásticos
Los investigadores del Centro RIKEN para la Ciencia de la Materia Emergente (CEMS) de Japón, dirigidos por Takuzo Aida, se han superado a sí mismos en su intento de resolver el problema de los microplásticos. En un reciente estudio publicado en la revista Journal of the American Chemical Society, presentan un nuevo tipo de plástico fabricado a partir de celulosa vegetal, el compuesto orgánico más abundante del mundo. El nuevo plástico es resistente, flexible y capaz de descomponerse rápidamente en entornos naturales, lo que lo diferencia de otros plásticos comercializados como biodegradables.
Esquema que muestra cómo la celulosa y el polietileno-imina-guanidinio se combinan en agua para formar la película inicial de plástico vítreo y transparente a base de celulosa. Posteriormente, los investigadores descubrieron cómo ajustar sus propiedades mecánicas utilizando la sal orgánica cloruro de colina.
RIKEN
Los microplásticos son un contaminante global que se encuentra en casi todos los ecosistemas, desde el suelo y el océano hasta los animales y plantas que viven en ellos. Incluso se han encontrado en tejidos humanos y en el torrente sanguíneo, donde es probable que tengan efectos adversos. Aunque los plásticos biodegradables e incluso algunos plásticos derivados de la celulosa (nitrato de celulosa o acetato de celulosa) no son nuevos, la mayoría de los plásticos etiquetados como "biodegradables" no se degradan en entornos marinos o tardan mucho tiempo en hacerlo, dejando microplásticos mientras tanto.
El año pasado, Aida y su equipo desarrollaron un plástico que podía degradarse rápidamente en agua salada en cuestión de horas, sin dejar microplásticos. Se trataba de un plástico supramolecular formado por dos polímeros unidos por interacciones reversibles llamadas "puentes salinos". En presencia de agua salada, los enlaces que mantenían unidos los dos polímeros se deshacían y el plástico se descomponía. Pero este plástico no era todo lo práctico que podría ser para su fabricación en el mundo real.
El nuevo plástico de origen vegetal es similar, salvo que uno de los dos polímeros es un derivado biodegradable de la pulpa de madera llamado carboximetilcelulosa, disponible en el mercado y aprobado por la FDA. Para encontrar un segundo polímero compatible hubo que probar y equivocarse, pero finalmente el equipo dio con un agente reticulante seguro a base de iones de guanidinio de polietileno-imina cargados positivamente. Cuando la celulosa y los iones de guanidinio se mezclaron en agua a temperatura ambiente, las moléculas cargadas negativa y positivamente se atrajeron como imanes y formaron la red reticulada crítica que hace fuerte a este tipo de plástico. Al mismo tiempo, los puentes de sal que mantienen unida la red se rompieron, como era de esperar en presencia de agua salada. Para evitar una descomposición involuntaria, el plástico puede protegerse con una fina capa en la superficie.
Hasta aquí todo bien. Pero aunque el nuevo plástico se descomponía rápidamente, al principio resultaba demasiado quebradizo debido a la celulosa. El plástico resultante era incoloro, transparente y extremadamente duro, pero tenía un aspecto frágil como el cristal. Lo que el equipo necesitaba era un buen plastificante, una pequeña molécula que pudiera añadirse a la mezcla para hacer el plástico más flexible y duro. Tras muchos experimentos, descubrieron que la sal orgánica cloruro de colina hacía maravillas. Añadiendo al plástico cantidades variables de este aditivo alimentario aprobado por la FDA, los investigadores pudieron ajustar exactamente el grado de flexibilidad que deseaban para el plástico. Dependiendo de la cantidad de cloruro de colina, el plástico puede pasar de ser duro y vidrioso a ser tan elástico que puede estirarse hasta un 130% de su longitud original. Incluso puede convertirse en una película resistente y fina de sólo 0,07 mm de grosor. Puede verse un vídeo de una bolsa fabricada con el nuevo plástico biodegradable de origen vegetal descomponiéndose aquí: https://youtu.be/glBYYhk1STQ .
Las mejoras respecto al diseño original no son triviales. "Aunque nuestro estudio inicial se centraba sobre todo en lo conceptual", explica Aida, "este estudio demuestra que nuestro trabajo se encuentra ahora en una fase más práctica". El nuevo plástico supramolecular de carboximetilcelulosa, apodado CMCSP, es tan resistente como los plásticos convencionales derivados del petróleo y sus propiedades mecánicas pueden ajustarse según las necesidades, sin estropear la transparencia intrínseca, la procesabilidad, la disociabilidad en agua de mar o la reciclabilidad en circuito cerrado. Al utilizar ingredientes biodegradables comunes y baratos aprobados por la FDA, Aida y su equipo se han asegurado de que su plástico pueda pasar rápidamente a aplicaciones prácticas del mundo real.
"La naturaleza produce alrededor de un billón de toneladas de celulosa al año", explica Aida. "A partir de esta abundante sustancia natural, hemos creado un material plástico flexible pero resistente que se descompone de forma segura en el océano. Esta tecnología ayudará a proteger la Tierra de la contaminación por plástico".
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 Inglés se puede encontrar aquí.
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