Plásticos para microencapsulación más sostenibles
Una investigación de la URV propone una alternativa más segura para encapsular productos, como detergentes, que sustituye los compuestos tóxicos utilizados por la industria. Ampliamente utilizada en muchos sectores —cosmético, de la alimentación, farmacéutico y, especialmente, en la industria de los detergentes—, la microencapsulación consiste en retener un principio activo en un recipiente diminuto, encapsulándolo durante un tiempo determinado hasta que es liberado.
En el caso de los detergentes se utiliza para retener principios activos como blanqueadores o fragancias y liberarlos de manera controlada durante el ciclo de lavado por agentes externos como la acción del agua, el rozamiento o la presión. Una vez han cumplido su función, las cápsulas vacías se convierten en un problema: son tóxicas, no biodegradables y pueden representar un riesgo para la salud.
Tradicionalmente, estos recipientes minúsculos se sintetizan con polímeros derivados del formaldehído, una sustancia química conocida por sus efectos nocivos sobre el organismo. Si quedan en la ropa, entran en contacto directamente con nuestra piel. Si, en cambio, se las lleva el agua de la lavadora, van a parar a las depuradoras que, incapaces de filtrarlas, las vuelven a liberar río abajo. De allí llegan al mar donde, inevitablemente, entran en la cadena trófica, de la que los humanos somos el último eslabón.
Organismos reguladores como el Registro de Evaluación y Autorización de Sustancias Químicas de la UE, conocedores de esta problemática, ya preparan medidas para restringir estos microplásticos. Por otro lado, investigadores del Departamento de Química Analítica y Química Orgánica y del Departamento de Ingeniería Química de la URV trabajan para darles una alternativa biodegradable y segura.
Cápsulas que unen biodegradabilidad con resistencia
Lo que proponen son cápsulas doble capa, elaboradas con alginato y PEGDA, dos sustancias que combinan biodegradabilidad con resistencia. El alginato es un polímero natural extraído de las algas pardas del Mediterráneo. Es un material renovable y abundante que destaca por su capacidad de gelificar y formar redes poliméricas biodegradables. Sin embargo, las cápsulas hechas exclusivamente de alginato no tienen suficiente resistencia para soportar las condiciones exigentes del proceso industrial o las fuerzas mecánicas del transporte.
Para mejorar esta robustez, se forma una red entre el alginato y el PEGDA, un polímero sintético pero biocompatible —que interactúa con un sistema biológico sin causarle daño— que le aporta estabilidad térmica y mecánica.
El proceso de fabricación de estas cápsulas es más sencillo —y estético— de lo que se podría esperar. Se parte de una solución acuosa que contiene el principio activo —en este caso un tinte azul—y moléculas de alginato y PEGDA, y se introduce en un instrumento extrusor, es decir, una jeringa mecanizada. La presión del émbolo empuja la solución por una aguja curva que la hace caer, gota a gota, sobre un baño acuoso de cloruro de calcio en constante agitación.
Una vez que la gota entra en el baño, los iones de calcio de la disolución enlazan las moléculas de alginato de la parte externa de la gota, haciéndolas gelificar. El resultado: una esfera que encapsula el producto.
Una vez formada la primera capa, el equipo investigador expone el baño —ahora lleno de microcápsulas azules que giran en círculos— con luz ultravioleta durante cinco minutos. Esta radiación induce la polimerización del PEGDA que, en combinación con el alginato gelificado, da lugar a una red combinada que confiere una mayor solidez y cohesión a las cápsulas. Controlando diversos parámetros de este proceso, como la presión del émbolo del extrusor, el diámetro de la aguja o la concentración y la temperatura de las soluciones, se pueden modular el tamaño y las propiedades de las cápsulas resultantes.
En el caso de este estudio, las cápsulas obtenidas tenían un diámetro de poco más de medio milímetro. Una vez que la gota entra en el baño, los iones de calcio de la disolución enlazan las moléculas de alginato de la parte externa de la gota, haciéndolas gelificar.
Las cápsulas aprueban
Con el fin de conocer sus propiedades, el equipo investigador sometió las cápsulas a una batería de pruebas, una especie de control de calidad, que ha revelado resultados alentadores. Una de las cosas en las que prestan más atención es en la estabilidad química de las cápsulas. Cuando se sintetiza una determinada sustancia —en este caso un polímero— mediante una reacción química, hay que asegurarse de que el material resultante ha reaccionado completamente.
Si no es así, y el polímero de las cápsulas no es totalmente inerte, podría reaccionar al entrar en contacto con la piel, por ejemplo, produciendo subproductos potencialmente nocivos o irritantes. En este sentido, una de las principales mejoras del estudio radica en el uso de PEGDA en lugar de PEGDMA —un plástico similar pero menos reactivo. El PEGDA ha permitido al equipo investigador sintetizar cápsulas más estables químicamente y minimizar la presencia de compuestos residuales.
Aparte de la estabilidad química, el PEGDA ha demostrado tener otras virtudes, por ejemplo, en la resistencia mecánica. Las pruebas revelaron que el módulo de Young —parámetro que describe la rigidez del material— y la tensión de ruptura fueron suficientes para resistir el procesamiento industrial y el transporte sin romperse. A pesar de ser deformables, su elasticidad impide que se fracturen y liberen el contenido antes de hora.
«Hay que encontrar un equilibrio muy concreto en el diseño de las cápsulas: necesitamos que tengan la estabilidad necesaria para aguantar la fase de producción y posproducción pero, al mismo tiempo, necesitamos que se rompan cuando se tienen que romper», explica Xavier Montané, investigador del Departamento de Química Analítica y Química Orgánica de la URV y coautor de la investigación.
Más allá de las propiedades de las cápsulas, el equipo investigador pone en valor las ventajas del proceso de fabricación. Gracias a su relativa simplicidad es fácilmente escalable a entornos industriales y permite la producción continua de cápsulas, en una especie de cadena industrial: «El proceso de extrusión es sencillo, económico y escalable; esto, junto con las propiedades de las cápsulas, lo hacen una alternativa con mucho potencial y atractiva para la industria», defiende Marta Giamberini, investigadora del Departamento de Ingeniería Química de la URV y coautora de la investigación.
A pesar del éxito de la iniciativa, el equipo investigador considera que hay que seguir desarrollando el método y explorar todo su potencial. Una de las prioridades inmediatas es llevar a cabo estudios exhaustivos sobre la biodegradabilidad de estos compuestos, es decir, determinar con certeza hasta qué punto se descomponen y bajo qué condiciones. Estos exámenes son imprescindibles para conseguir las certificaciones necesarias para que puedan entrar en el mercado.
Entre otras opciones, también considerarán combinar el alginato con otros polímeros de origen natural que permitan garantizar una biodegradabilidad total de las cápsulas, manteniendo sus propiedades fisicoquímicas. Esto abriría la puerta a otros sectores como el farmacéutico o el de la alimentación a beneficiarse de esta tecnología mejorada, totalmente libre de plásticos, biocompatible y respetuosa con el medio ambiente.
En resumen, las cápsulas con plásticos de origen natural representan una innovación sostenible en la encapsulación de productos como detergentes. Estas cápsulas están hechas con materiales biodegradables y compostables, lo que reduce significativamente el impacto ambiental en comparación con los plásticos convencionales como se ha podido comprobar en los primeros resultados de este estudio. ECOticias.com
