Investigadores da NC State utilizam plasma DBD para melhorar a resistência à água de filmes de nanofibrilas de celulose para embalagens potencialmente sem plástico.
Investigadores da North Carolina State University desenvolveram um tratamento baseado em plasma que pode melhorar a resistência à água dos filmes de nanofibrilas de celulose, abordando uma das principais barreiras para substituir as embalagens plásticas convencionais por materiais de origem vegetal.
O estudo utiliza plasma de descarga dielétrica de barreira para modificar a superfície dos filmes à base de celulose e controlar como eles interagem com a água líquida e o vapor de água.
Os resultados demonstram que o tratamento por plasma pode alterar significativamente o comportamento da humidade dos filmes de celulose sem a necessidade de substituir o material por um polímero convencional à base de petróleo.
A resistência à água continua a ser um grande desafio para embalagens de celuloseA celulose oferece várias vantagens como material de embalagem, incluindo origem renovável, potencial de biodegradabilidade e compatibilidade com sistemas de embalagem à base de fibras.
No entanto, a celulose é naturalmente hidrofílica, o que significa que absorve água facilmente. Isto pode causar inchaço, perda de resistência mecânica e deterioração do desempenho da barreira quando o material entra em contacto com a humidade.
Estas características limitam o uso de filmes de celulose não tratados em aplicações que envolvem alimentos húmidos ou com alta humidade.
O plasma DBD altera as propriedades da superfícieOs investigadores utilizaram plasma de descarga dielétrica de barreira para aplicar tratamentos protetores em camadas aos filmes de nanofibrilas de celulose.
O plasma gera espécies energéticas capazes de modificar a química e a estrutura da superfície do material sem a necessidade de reformular quimicamente todo o material.
Isto torna a técnica particularmente interessante para embalagens de origem biológica, onde a modificação da superfície pode adicionar propriedades funcionais específicas, mantendo as características subjacentes do substrato renovável.
A absorção de água cai para menos de 1%Um dos revestimentos tratados com plasma reduziu a absorção de água líquida nos filmes de nanofibrilas de celulose para menos de 1%.
O resultado demonstra o potencial da engenharia de superfícies para superar a sensibilidade inerente da celulose à água líquida.
No entanto, nem todos os tratamentos produziram o mesmo efeito. Outro revestimento enfraqueceu a barreira à humidade do filme e permitiu uma maior transmissão de vapor de água, mostrando que os parâmetros do plasma e a arquitetura do revestimento devem ser cuidadosamente controlados.
O plasma proporciona controlo preciso sobre o comportamento da humidadeOs investigadores descobriram que o tratamento por plasma pode ser ajustado para produzir diferentes interações entre a superfície da celulose e a humidade.
Esta capacidade de controlar as propriedades da superfície é importante porque as aplicações de embalagem requerem diferentes níveis de resistência dependendo do produto.
Uma embalagem para alimentos secos, por exemplo, pode necessitar de proteção contra a humidade atmosférica, enquanto uma aplicação para alimentos refrigerados ou húmidos pode requerer resistência ao contacto direto com líquidos.
Filmes de origem vegetal podem substituir formatos plásticos selecionadosA investigação faz parte de um esforço mais amplo para desenvolver materiais de embalagem capazes de fornecer a funcionalidade dos plásticos convencionais utilizando recursos renováveis.
As nanofibrilas de celulose são particularmente atraentes porque podem ser produzidas a partir de biomassa abundante e podem formar filmes finos e resistentes.
Melhorar a sua resistência à humidade poderia expandir o seu uso potencial em embalagens alimentares, onde a sensibilidade à água tem tradicionalmente limitado os materiais à base de celulose.
O tratamento de superfície evita a reformulação do polímero inteiroUma vantagem importante da abordagem é que o tratamento por plasma atua principalmente na superfície do material.
Em vez de introduzir uma grande quantidade de outro polímero em todo o filme, os investigadores podem potencialmente criar uma camada funcional fina que altera a interação entre a embalagem e o seu ambiente.
Isto pode ajudar a preservar o caráter renovável do material de celulose subjacente, ao mesmo tempo que adiciona o desempenho necessário para aplicações específicas de embalagem.
A escalabilidade industrial ainda precisa ser demonstradaA investigação ainda está na fase de desenvolvimento e serão necessários mais trabalhos antes que a tecnologia possa ser considerada para produção comercial de embalagens.
Estudos futuros precisarão avaliar a uniformidade do revestimento, velocidade de processamento, durabilidade mecânica, segurança para contacto com alimentos, desempenho de barreira ao oxigénio e gordura, e compatibilidade com equipamentos de conversão existentes.
A economia e o consumo de energia do tratamento contínuo por plasma também determinarão se o processo pode competir com tecnologias de revestimento estabelecidas em escala industrial.
O plasma pode tornar-se uma tecnologia habilitadora para embalagens de fibrasO estudo demonstra como a engenharia avançada de superfícies pode resolver uma das fraquezas fundamentais das embalagens de origem vegetal sem abandonar o substrato de celulose.
Se o processo puder ser escalado de forma eficiente, o tratamento por plasma pode tornar-se uma tecnologia habilitadora para produzir filmes à base de fibras com a resistência à humidade necessária para uma gama mais ampla de aplicações em embalagens alimentares e de consumo.
O desenvolvimento reforça uma tendência mais ampla em embalagens sustentáveis: a próxima geração de materiais de origem biológica pode depender tanto da engenharia avançada de superfícies quanto do próprio material renovável subjacente.
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