Investigadores dirigidos por Takuzo Aida en el Centro RIKEN para la Ciencia de la Materia Emergente (CEMS) en Japón se han superado a sí mismos en su búsqueda para resolver el problema de los microplásticos. En un estudio reciente publicado en la Revista de la Sociedad Química Americana, informan sobre un nuevo tipo de plástico hecho 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 distingue de otros plásticos comercializados como biodegradables.
Los microplásticos son un contaminante global presente en casi todos los ecosistemas, desde el suelo y el océano hasta los animales y plantas que los habitan. Incluso se han encontrado en tejidos humanos y en el torrente sanguíneo, donde probablemente tengan efectos adversos. Si bien 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 en degradarse, dejando microplásticos en el proceso.
El año pasado, Aida y su equipo desarrollaron un plástico que podía degradarse rápidamente en agua salada en cuestión de horas, sin dejar rastros de microplásticos. Este plástico era supramolecular, compuesto por dos polímeros unidos mediante interacciones reversibles llamadas «puentes salinos». En presencia de agua salada, los enlaces que unían los dos polímeros se rompían y el plástico se descomponía. Sin embargo, este plástico no era tan práctico como podría serlo para su fabricación en el mundo real.
El nuevo plástico vegetal es similar, salvo que uno de los dos polímeros es un derivado de pulpa de madera biodegradable, disponible comercialmente y aprobado por la FDA, llamado carboximetilcelulosa. Encontrar un segundo polímero compatible requirió de ensayo y error, pero finalmente el equipo encontró un agente reticulante seguro, compuesto por iones de guanidinio de polietilen-imina con carga positiva. Al mezclar los iones de celulosa y guanidinio en agua a temperatura ambiente, las moléculas con carga negativa y positiva se atrajeron como imanes y formaron la red reticulada esencial que fortalece a este tipo de plástico. Al mismo tiempo, los puentes salinos que mantienen unida la red se rompieron, como era de esperar, en presencia de agua salada. Para evitar la descomposición accidental, el plástico puede protegerse con una fina capa superficial.
Hasta ahora, todo bien. Pero aunque el nuevo plástico se descomponía rápidamente, inicialmente presentaba problemas de fragilidad debido a la celulosa. El plástico resultante era incoloro, transparente y extremadamente duro, pero con una fragilidad similar al vidrio. Lo que el equipo necesitaba era un buen plastificante, una pequeña molécula que pudieran añadir a la mezcla para hacer el plástico más flexible, pero a la vez duro. Tras muchos experimentos, descubrieron que la sal orgánica cloruro de colina hacía maravillas. Al añadir al plástico cantidades variables de este aditivo alimentario aprobado por la FDA, los investigadores pudieron ajustar con precisión la flexibilidad deseada. Dependiendo de la cantidad de cloruro de colina, el plástico puede variar desde duro y similar al vidrio hasta tan elástico que puede estirarse hasta el 130 % de su longitud original. Incluso se puede convertir en una película resistente pero fina con un grosor de tan solo 0,07 mm. Aquí se puede ver un vídeo de una bolsa hecha con el nuevo plástico biodegradable de origen vegetal en descomposición:
Las mejoras respecto al diseño original no son triviales. «Si bien nuestro estudio inicial se centró principalmente 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, denominado CMCSP, es tan resistente como los plásticos convencionales derivados del petróleo y sus propiedades mecánicas pueden ajustarse según sea necesario, sin comprometer la transparencia intrínseca, la procesabilidad, la disociabilidad en agua de mar ni la reciclabilidad de circuito cerrado. Mediante el uso de ingredientes biodegradables comunes y económicos aprobados por la FDA, Aida y su equipo han garantizado que su plástico pueda trasladarse rápidamente a aplicaciones prácticas en el mundo real.
“La naturaleza produce alrededor de un billón de toneladas de celulosa al año”, afirma 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 plástica”.
Fuente: Riken.
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