El Grafeno

y su impacto en la industria del packing

De acuerdo con datos del Banco Mundial, cada año en México se desperdician 24 millones de toneladas de alimentos. Esto significa que, el 34% de la producción del país no solo NO es consumida, sino que además genera un gasto promedio de 491 mil millones de pesos.

Este impacto no solo es económico, sino que es un problema que se extiende al ámbito social, por la conocida crisis alimentaria y al medio ambiente, por los elevados requerimientos de agua para los procesos de producción de alimentos que no serán aprovechados y cuya descomposición aportará emisiones considerables de CO2 que contribuyen al calentamiento global.

Dentro de esta problemática multifactorial, la industria del envase y embalaje, también conocida como “packing”, es un actor crucial considerando que existen condiciones inevitables como temperatura, humedad, iluminación, oxígeno y numerosas prácticas de manipulación a lo largo de toda la cadena de producción de los alimentos, que afectan su calidad, vida útil y la aceptabilidad por parte de los consumidores.

En la búsqueda de soluciones para mejorar la calidad de los productos para packing y, en consecuencia, de su contenido, la nanotecnología ha sido un gran aliado. Por ejemplo, para evitar la contaminación microbiana se utilizan nanopartículas de plata, de dióxido de titanio, de óxido de cobre, nanotubos de carbono u óxido de magnesio; para mejorar las propiedades mecánicas o de barrera, es común el uso de nanopartículas de silicato, arcilla, poliamida, hierro u óxidos de hierro, nanofibras de celulosa y para otras necesidades existen las nanopartículas de tungsteno, molibdeno, sulfato de bario, titanato de bario, quitosano, zeolitas, carbón activo, etc.

Las nanopartículas de Grafeno están conformadas principalmente por carbono al igual que el grafito y el diamante, pero con características multifuncionales. Esto quiere decir que, no tienen una única función, sino que, a diferencia de otras nanopartículas, el Grafeno por sus extraordinarias propiedades físicas y químicas, puede ser utilizado para distintos objetivos, por ejemplo, para diseñar productos más ligeros y resistentes, con mayor impermeabilidad contra líquidos y gases, además de proteger contra la contaminación microbiana y contra la radiación UV, entre otras propiedades que mejoran sustancialmente el desempeño de los compuestos con los que se combina.

“El Grafeno ha traspasado los límites de lo teórico para llegar a lo aplicado, combatiendo de manera segura y eficiente a los principales enemigos de los alimentos”, estos son algunos ejemplos de lo que se está desarrollando para la industria del Packing:

Tetra Pak
La empresa Sueca Tetra Pak, líder en investigación y desarrollo en el sector de envases, a través del proyecto Europeo Graphene Flagship estudia el uso del Grafeno para la fabricación de productos de bajo impacto ambiental para reducir la huella de carbono, mejorar el rendimiento de los materiales, agregar propiedades y optimizar la reciclabilidad.

Applynano
La empresa española Applynano utiliza nanomateriales, entre ellos el óxido de grafeno para favorecer la durabilidad y reciclabilidad de los plásticos, así como para mejorar las propiedades antimicrobianas, térmicas, eléctricas, entre otras.

Centro Tecnológico del Plástico (Andaltec)
El Centro Tecnológico del Plástico (Andaltec) dentro del proyecto europeo Grafood, tuvo la iniciativa de utilizar derivados del Grafeno para el desarrollo de envases activos para aumentar la vida útil de alimentos y disminuir el desperdicio de alimentos.

Energeia – Graphenemex®
La empresa mexicana Energeia – Graphenemex® a través de la división de polímeros Graphenergy Advanced Graphenic Solutions promueve el uso del Grafeno y sus derivados como nano- refuerzo del plástico para distintas industrias. Entre los beneficios que ofrece para la industria del packing, están la resistencia mecánica y a la degradación por radiación UV, mayor efecto barrera e interesantes propiedades antimicrobianas, sumamente prometedoras para prolongar el tiempo de vida de los productos y de su contenido. Asimismo, además de agregar valor a sus desarrollos con las propiedades multifuncionales del Grafeno y sus derivados, la compañía también tiene como objetivo apoyar otros proyectos de innovación con nanotecnología grafénica, a la vez que busca colaborar con la economía circular para mejorar la calidad de los materiales plásticos nuevos y reciclados, para disminuir el consumo de productos de un solo uso.

Nanocompuestos poliméricos con grafeno:

el futuro de la industria

Ciudad de México – Gracias a las extraordinarias propiedades, innumerables investigaciones y promesas de negocio en torno al Grafeno en el mundo, en 2021 su mercado fue valuado en 127,12 millones de dólares, previendo una tasa de crecimiento anual de más del 70% en el periodo de 2022 a 2027. Sin embargo, a 18 años de su aislamiento y pese a la enorme competencia por las compañías para desarrollar aplicaciones con este nanomaterial, aún son relativamente pocos los productos disponibles en el mercado que lo contengan y aprovechen sus beneficios. Esto se debe principalmente a la inversión y complejidad para la transformación del grafito en grafeno o en cualquiera de sus variantes (óxido de grafeno y óxido de grafeno reducido), a la dificultad de producción a escala industrial para tenerlo disponible como la materia prima fundamental en la transformación de nuevos compuestos, así como por la necesidad de conocimiento científico- industrial para la creación de aplicaciones eficientes y económicamente viables.

La empresa mexicana Energeia Fusion S.A. de C.V., se ha enfocado en resolver los obstáculos más representativos que el Grafeno ha enfrentado para su llegada al mercado, trabajando arduamente en la creación y estandarización de métodos y procesos propios que al día de hoy le permiten optimizar los recursos para el desarrollo de productos de calidad en corto tiempo.

Nanocompuestos poliméricos con óxido de grafeno

La división de polímeros de la línea Graphenergy Advanced Graphenic Solutions, forma parte de una nueva línea de aditivos nanotecnológicos altamente efectivos para la industria del plástico que, además del valor agregado que representan las propiedades multifuncionales que el grafeno aporta a los polímeros (resistencia mecánica, impermeabilidad, resistencia a radiación Uv y/o actividad antimicrobiana), también agrega valor para la economía circular, ya que permite utilizar, reutilizar y reciclar los productos plásticos, reducir la explotación de los recursos naturales y disminuir la generación de residuos, teniendo como resultado importantes impactos sociales, económicos y ambientales.

¿Cuál es la ciencia del Grafeno para el refuerzo de materiales?

1. Las fuertes interacciones entre la región interfacial de la matriz polimérica y las partículas nanométricas del grafeno son decisivas para mejorar las propiedades de los materiales,
2. La correcta integración del grafeno con los materiales poliméricos mejora la organización en su estructura, haciendola más densa y compacta y por lo tanto mejora las propiedades mecánicas.
3. Mejora las propiedades de barrera contra líquidos y gases, aumenta el tiempo de vida útil del producto y permite tener diversas propiedades en un solo material, como: conductividad, resistencia a la radiación ultravioleta, impermeabilidad, flexibilidad, ligereza, actividad antimicrobiana, etc.

“Las propiedades del Grafeno son tan numerosas como las variables asociadas, por eso es difícil definir una fórmula estándar que satisfaga todas sus expectativas. El reto está en encontrar el equilibrio entre sus propiedades”.

A continuación, se describen algunos de los innumerables efectos y potenciales usos de los materiales grafénicos sobre distintas matrices poliméricas:

Resistencia mecánica

Los materiales grafénicos causan cambios en el comportamiento viscoelástico de los polímeros mostrando mayor resistencia a la elongación, propiedad interesante para el diseño de productos más resistentes a la deformación como productos de sellado, amortiguación, transporte o neumáticos, calzado, deporte, etc. Además de aumentar el módulo elástico, también mejora la resistencia al impacto de los polímeros en el rango del 20 al 200%, con reducciones en peso de hasta 35%, esta propiedad es de interés para la fabricación de productos más ligeros con igual o mayor resistencia que los plásticos convencionales, abriendo la posibilidad de reducir o sustituir el uso de piezas metálicas por piezas plásticas para la industria automotriz, de la construcción, seguridad, entre otras.  

Resistencia a la degradación

Por otro lado, este nanomaterial también ha demostrado otros aportes interesantes, por ejemplo, en pruebas de intemperismo acelerado realizadas a plásticos reforzados con grafeno y/o derivados se ha identificado que el uso de bajas concentraciones puede incrementar hasta 7 veces su resistencia a condiciones extremas de humedad, temperatura y radiación ultravioleta. Además, si consideramos que cuando el plástico es expuesto a la radiación Uv, este emite gases de efecto invernadero (metano y etileno). Por lo tanto, al aumentar la resistencia a la degradación, también podríamos favorecer a la reducción de estas emisiones, sin afectar la capacidad del PET para ser reutilizado o reciclado, sino que, por el contrario, usar grafeno le ofrece más oportunidades de ser reciclado.

Resistencia al fuego

Otra reconocida propiedad del grafeno es que es un excelente conductor térmico. En pruebas realizadas sobre distintos polímeros, aquellos modificados con óxido de grafeno además de mejorar sus propiedades mecánicas también mejoraron el retardo a la flama. Siendo el polipropileno el más beneficiado al identificarse un comportamiento autoextinguible. Esta aportación es atractiva para su aplicación en recubrimientos de cables y alambres eléctricos o materiales plásticos en general que requieran resistencia térmica.

Estas son sólo algunas de las múltiples propiedades que el grafeno y sus derivados puede ofrecer a la industria del plástico y a todas aquellas que se benefician de ella y que, pese a los esfuerzos por disminuir la circulación del plástico debido a los impactos ambientales, las ventajas que ofrece el grafeno pueden ser bien enfocadas para hacer más eficiente la utilización, reutilización y reciclaje del plástico.

A continuación, se describen algunos de los productos plásticos con grafeno que han logrado su comercialización:

1. Energeia Fusion-Graphenemex a través de su división de polímeros desarrolla Masterbatches con óxido de grafeno para la producción de equipo de protección personal como caretas y telas no tejidas para mascarillas faciales. Asimismo, ha desarrollado polímeros modificados para concreto hidráulico y concreto asfáltico, además de la línea de recubrimientos Graphenergy para protección anticorrosiva y antimicrobiana (México),
2. Directa Plus diseñó una máscara facial con grafeno para la lucha contra la pandemia causada por SARS- COV2 (Reino Unido),
3. El productor internacional de ruedas Vittoria desarrolló las ruedas de bicicleta llamadas Qurano (Italia),
4. Progress, con su modelo Progress Atom LTD brinda un mejor desempeño en cuanto a la resistencia al desgaste, mayor agarre, mayor impermeabilidad, disipación de calor más eficiente y mayor rigidez lateral, con un menor peso (España),
5. Dassi Bikes construyó la primera bicicleta del mundo fabricada con grafeno (Reino Unido),
6. FiiO Electronics lanzó auriculares con un controlador de diafragma mejorado con grafeno (China),
7. NanoCase creó carcasas para smartphone para mejor disipación del calor (China),
8. Catlike usa grafeno para producir cascos de ciclistas (España).

Referencias

• https://convertronic.net/noticias/tecnologia/7236-comercializacion-del-grafeno-finalmente-se-esta-moviendo-del-laboratorio-al-mercado.html#:~:text=Un%20mercado%20de%20300%20millones,volumen%20en%20los%20a%C3%B1os%20venideros.
• https://revistacrossover.com/informe-de-proyecciones-del-mercado-de-oxido-de-grafeno/
• https://www.beedigital.es/tendencias-digitales/el-grafeno-como-motor-de-las-pymes-de-id/
• https://www.mordorintelligence.com/es/industry-reports/graphene-market#:~:text=El%20mercado%20est%C3%A1%20impulsado%20por,lugar%20en%20la%20industria%20automotriz.