Films actius combinats amb nanopartícules per a l'envasament de productes sensibles a l'oxigen

En aquest sentit Gaiker està treballant en un projecte d'especialització, finançat pel programa Saiotek del Departament d'Indústria, Comerç i Turisme del Govern Basc, en el desenvolupament de film amb propietats barrera millorades combinant els coneixements adquirits en el desenvolupament de films actius amb la experiència en el processament de sistemes amb nanopartícules.

L'envàs actiu es defineix com una estructura d'envàs o un sistema d'envasat que respon als canvis que ocorren en el medi per tal d'assegurar la seguretat i estabilitat del producte fins al consum. Concretament, els absorbidors d'oxigen són dispositius o films que reaccionen químicament amb l'oxigen fins a eliminar-lo de l'atmosfera d'envasat.

D'altra banda, el camp dels nanocomposites argila-polímer està generant un gran interès en els últims temps. Actualment, l'argila més utilitzada és la montmorillonita, el seu origen és volcànic i està constituïda fonamentalment per alúmina i sílice.

Els nanocomposites proporcionen grans millores en les propietats del polímer. Aquestes partícules a escala nano poden millorar propietats com ara rigidesa, propietats barrera, reciclabilitat, retardant de flama i temperatura de la calor de distorsió.

La combinació d'una barrera a l'oxigen activa (absorbidors d'oxigen) amb una barrera a l'oxigen passiva (nanopartícules) proporciona una via nova per al desenvolupament de nous polímers d'alta barrera a l'oxigen. Així mateix, permeten obtenir una millora en propietats com ara: barrera a olors i sabors, duresa, resistència a la calor (per a l'ompliment de productes calents) i resistència a greixos i olis; propietats totes elles de gran interès en el sector d'envàs.

L'efecte d'un absorbidor d'oxigen és limitat, una vegada que reacciona amb l'oxigen el polímer torna a tenir les mateixes propietats barrera que tenia abans de la incorporació del absorbidor. Així, l'efecte de la barrera activa a l'oxigen serà proporcional a la quantitat (percentatge en pes), reactivitat i distribució del absorbidor en la matriu plàstica.

En els últims anys, els desenvolupaments basats en la incorporació de components absorbidors d'oxigen en films han crescut considerablement. Normalment, aquests components inclouen un metall oxidable, un promotor de l'oxidació i un farcit. Aquest tipus de mecanismes d'absorció d'oxigen s'activen en presència d'humedad8. En el cas de productes secs l'activació es realitza mitjançant pigments fotosensibles [7,10,11].

En recents estudis d'investigació [4] s'ha demostrat que les nanopartícules proporcionen notables millores en el polímer més de les propietats barrera a l'oxigen. Aquestes millores comprenen:

• Propietats mecàniques. Ex resistència, estabilitat dimensional.
• Menor permeabilitat a gasos, aigua i hidrocarburs.
• Estabilitat tèrmica.
• Retarda la flama i redueix l'emissió de fums.
• Resistència química.
• Aparença superficial.
• Claredat òptica.

En el cas de barrera a gasos, les dades proporcionades per diverses fonts indiquen que la proporció d'oxigen transmesa en composites poliamida-argila redueixen considerablement la permeabilitat respecte al polímer sense modificar. Dades addicionals posen de manifest la importància de la quantitat d'argila incorporada al polímer i la proporció amplada / gruix de la nanopartícula per a la millora de la barrera. Tant Ube Industries com Süd-Chemie [3] han treballat amb aquest tipus de compòsits per a aplicacions d'envasament. El desenvolupament de noves formulacions de nanocomposites de polímer-argila s'espera aportin envasos que augmentin considerablement el temps de vida útil de molts aliments.

Així mateix, s'està duent a terme una investigació conjunta entre Triton Systems i l'armada americana per al desenvolupament d'un material d'envàs amb prestacions barrera millorades. L'objectiu és aconseguir un sistema d'envasat, no refrigerat, capaç de conservar l'aliment durant tres anys [6].

La capacitat de les nanoarcillas de reduir la transmissió al pas de solvents a través de polímers tipus poliamida ha estat demostrada per De Bièvre i Nakurama de Ube Insustries. Les dades aportades mostren una reducció significativa en la transmissió de fuel a través de poliamida 6 / 66 després de la incorporació de la nanoarcilla. Com a resultat, s'ha obert un ampli camp d'aplicació d'aquests polímers en dipòsits i línies de pas de fuel a cotxes [1].

Actualment, Gaiker està treballant en el desenvolupament de nous materials amb propietats ignífugues i barrera millorades.

Honeywell [2] treballa en el desenvolupament de sistemes que combinen barreres actives i passives en poliamides. Les nanopartícules incorporades mitjançant tècniques de processat en fos proporcionen la barrera passiva mentre la barrera activa la proporciona un absorbidor d'oxigen. Els resultats de transmissió a l'oxigen mostren substancials beneficis, respecte al polímer base, aportats per la incorporació de nanoargiles (entre un 15-20%, amb beneficis addicionals aportats pel sistema combinat actiu / passiu). Akkapedi suggereix que la dificultat que proporcionen les nanopartícules al pas de gas retarda la transmissió d'oxigen a través del composite i condueix les molècules als compostos absorbidors d'oxigen, donant lloc a estructures amb una permeabilitat molt propera a zero durant un període de temps considerable [9].

La millora en les propietats que ofereixen els nanocomposites respecte al polímer base permet la seva aplicació en nombrosos sectors industrials: automoció, cables, microengranajes, envàs, etc. Concretament, les propietats barrera que ofereixen els nanocomposites d'argila ha despertat un creixent interès en l'envasat d'aliments (en aplicacions flexibles i rígides) i en dipòsits i línies de combustible.

La combinació d'absorbidors d'oxigen, que proporcionen una barrera química a l'oxigen, amb nanopartícules, que proporcionen una barrera física, ha obert un interessant camp d'investigació permetent el desenvolupament de nous materials barrera especialment indicats per a l'envasament de productes molt sensibles a l'oxigen i que necessiten altres propietats addicionals tals com a barrera a sabors i olors o duresa.

[2] Defendini, B. Honeywell Europe. "AEGIS Barrier Resins: Combining Nanocomposites with Oxygen Scavengers". Nanocomposites 2002. Conference Paper. January 2002.

[3] Engelhardt, T. Süd-Chemie AG. "Processing and Applications of Nanofil Clay-Based Nanocomposite fillers. Nanocomposites 2002. Conference Paper. January 2002.

[4] van És, M. "Polymer-Clay Nanocomposites. The Importance of Particle Dimensions ". 12 novembre 2001.

[5] Hi ha JN; Shaw SJ A Review of Nanocoposites 2000 ". DERA Chair of materials Chemistry. University of Surrey, UK

[6] Koen B. Triton Systems, Inc "High barrier Nanocomposite materials and Applications". Nanocomposites 2002. Conference Paper. January 2002.

[7] Nielsen, T. "Active Packaging: A Literature Review". The Swedish Institute for Food and Biotechnology, 1997, N º 631.

[8] Rooney ML "Active Food Packaging". Ed Blackie Academic & Professional. (1995).

[9] Soccia, EP; Akkapedi, MK et al. "New High Barrier, Oxygen Scavenging Polyamides for Packaging Applications". ANTEC 2001. Paper 455:1721-1725.

[10] Thomas, J.; Espinel, K. "Polymeric Oxygen Scavenging Systems and its Packaging Applications". Poster at IFT, Annual Meeting June 24, 1998.

[11] Vermeiren, L.; Devlieghere, F.; van Beest, M; de Kruijf, N.; Debevere, J., "Developments in Active Packaging of Foods". Trends in Food science and Technology 10 (1999) pàg. 77-86.