ARTÍCULO DE CARACTERÍSTICAS

10 cosas que los tecnólogos en alimentos podrían no saber sobre los emulsionantes en los polímeros

A medida que aumenta el enfoque en el plástico, cada vez es más importante para los productores y procesadores elegir aditivos que se puedan usar en aplicaciones sensibles, como el envasado de alimentos sin preocuparse por la seguridad alimentaria o el medio ambiente. Como científico de alimentos, podría preguntarse qué pueden hacer los emulsionantes en las aplicaciones de plástico. Las siguientes diez preguntas podrían haber surgido en su mente al escuchar sobre los emulsionantes como aditivos plásticos:

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1. ¿Es una nueva aplicación?

Los emulsionantes tales como GMS (monoestearato de glicerol) se han utilizado en la industria de los polímeros durante más de treinta años, principalmente como aditivos antiestáticos, pero a medida que aumenta la comprensión de los emulsionantes en la industria alimentaria, cada vez se utilizan más emulsionantes en plásticos en una gran variedad de aplicaciones.

2. ¿Son los mismos emulsionantes que en los alimentos?

Muchos de los mismos emulsionantes utilizados en los alimentos han demostrado ser eficaces como aditivos poliméricos. Como ejemplo, podemos tomar un emulsionante de una receta de margarina e incorporarlo en plástico para lograr un efecto antiestático. Sin embargo, la diversa química del emulsionante también se puede usar para hacer moléculas completamente nuevas y hechas a medida que están optimizadas para cada aplicación específica en plásticos.

3. ¿Los emulsionantes se utilizan como aditivos poliméricos de grado alimenticio?

Una de las grandes fortalezas del uso de emulsionantes como aditivos poliméricos es el estado inherente a la calidad alimentaria. Representan un grupo de aditivos seguros y no peligrosos en un mundo donde la creciente atención sobre los aditivos en los envases de plástico ha dado como resultado una mayor regulación y control de lo que entra en contacto directo con los alimentos. Por lo tanto, los emulsionantes se presentan como alternativas efectivas a los aditivos actuales de interés. Sin embargo, es posible hacer derivados de emulsionantes que no son de grado alimenticio, los cuales se utilizan fuera de las aplicaciones de envasado de alimentos.

4. ¿Cómo pueden los emulsionantes ser aditivos poliméricos? ¿Cómo funciona?

La mayoría de los emulsionantes se mezclan en el polímero, al igual que la margarina en una masa, después de lo cual los polímeros se forman, no en galletas o magdalenas, sino en hojas largas u objetos a través de extrusión o moldeo por inyección. Después de la producción y dependiendo del emulsionante, se disipará a la superficie al instante o en cuestión de días donde se posicionará en la interfaz entre el plástico y el aire. Aquí hará que la superficie plástica sea más amante del agua, atrayendo cantidades minúsculas de agua.

5. ¿Son buenos / ¿Son mejores que las alternativas aditivas actuales?

En algunos casos, con emulsionantes o mezclas específicamente diseñados, se puede lograr un rendimiento superior, pero en otros, simplemente cumplen con los estándares actuales de la industria. Además de su rendimiento, una de las mayores fortalezas de los emulsionantes es la combinación de calidad alimentaria y su naturaleza de base biológica que los libera de gran parte de las preocupaciones que actualmente rodean a los aditivos poliméricos utilizados por la industria de polímeros. Y con el aumento de la demanda de los clientes por envases seguros, esta tendencia solo se hará más fuerte en años.

6. ¿Qué hace que un emulsionante sea un buen aditivo polimérico?

La clave es la naturaleza anfifílica, que es a la vez hidrófila y lipófila, que también se utiliza en aplicaciones alimentarias. Sin embargo, en lugar de actuar en la interfaz aceite / agua, migran a la superficie del polímero a la interfaz polímero / aire. Esta migración está muy controlada por el tipo de polímero y su cristalinidad, pero la acumulación química del emulsionante también juega un papel importante. Los glicéridos de cadena corta migran a la superficie casi instantáneamente durante el procesamiento, lo que los hace buenos para el desmoldeo en moldeo por inyección. Los glicéridos de cadena media y larga pueden tardar días en alcanzar la superficie y, por lo tanto, dar un efecto retardado, que a menudo dura más tiempo. Los poligliceroles de los mismos tipos de ácidos grasos también han mostrado un muy buen rendimiento en aplicaciones desafiantes tales como antivaho en películas de invernadero donde se necesita un rendimiento largo.

Después de procesarse en una película o una pieza moldeada por inyección, el rendimiento antiestático del producto final se evalúa a través del tiempo de descomposición estático o la resistividad de superficie.

7. ¿Hay algún inconveniente en el uso de emulsionantes como aditivos en el plástico?

Uno de los desafíos para las industrias de polímeros con estos productos es su apariencia física. Algunos son pellets que pueden ser manejados por muchos productores, pero algunos son parecidos a una pasta o líquidos. Esto significa que los productores deben calentarlos y dosificarlos como un líquido que puede ser difícil de manejar en una línea de extrusión si no tienen el equipo adecuado. Esta es también la razón por la cual uno de los mayores segmentos de clientes para emulsionantes utilizados como aditivos poliméricos son los productores de concentrados de masterbatch.

Otro inconveniente es la necesidad de alcanzar la concentración correcta. Por lo general, esto no es un problema, pero desafortunadamente, no es así que el efecto mejore cuanto más se añade, al igual que demasiado emulsionante puede crear una miga indeseable en un pastel o hacer que el chocolate sea demasiado viscoso. En el caso de los aditivos poliméricos, demasiado emulsionante causará una migración excesiva a la superficie al crear una capa visible y grasa en la superficie del plástico.

8. ¿Qué aplicaciones?

Los emulsionantes muestran un excelente rendimiento en varias aplicaciones en plásticos.

Antiestático: aquí, evita la acumulación estática durante la producción, la manipulación y el uso de productos de plástico. La acumulación estática puede ser un peligro durante la producción, ya que puede provocar una descarga electrostática repentina que puede afectar al personal o cortocircuitar la maquinaria. Durante la manipulación y el uso, la electricidad estática puede hacer que los productos de plástico sean prácticamente imposibles de separar o causar la atracción del polvo, lo que dificulta sellar el embalaje correctamente o hace que el producto se vea sucio y poco atractivo.
Antivaho: donde mejoran la presentación visual del producto extendiendo el agua en una película delgada y transparente en lugar de tener pequeñas gotas que oscurecen la vista. Por lo tanto, no elimina las gotas de agua, sino que retiene el agua en la superficie de plástico en una película delgada que también ayuda a prevenir la formación de un charco de agua en el fondo de, por ejemplo, una bolsa de ensalada.
Liberación del molde: donde impide la adhesión del plástico a las matrices/herramientas metálicas utilizadas, por ejemplo, en el moldeo por inyección, lo que hace que el procesamiento sea más rápido, más eficiente y con productos menos defectuosos. Aquí, los emulsionantes lubrican la superficie del plástico en una capa delgada sin afectar el sellado o la impresión posterior en el producto

9. ¿Cómo se evalúa el rendimiento?

El rendimiento del emulsionante en diversas aplicaciones se evalúa de manera muy diferente de la industria alimentaria, ya que la textura, la estabilidad de la emulsión y el contenido de agua no se utilizan en la evaluación de los aditivos poliméricos.

Después de ser procesado en una película o una pieza moldeada por inyección, el rendimiento antiestático del producto final se evalúa a través del tiempo de descomposición estático o la resistividad de la superficie. El tiempo de descomposición estático es una expresión de cuánto tiempo tarda la superficie en descargarse de 5000 voltios a 500 voltios, es decir, el 10% de la carga. Un polímero puro ni siquiera podrá cargar a los 5000 voltios necesarios para comenzar el experimento y un buen aditivo antiestático mostrará un tiempo de descomposición estático en menos de la superficie.¹⁰-10¹¹ohm/cuadrado, mientras que el polímero puro es aislante con una resistividad superficial a 10¹²ohm/cuadrado y hacia arriba.

El rendimiento antivaho de las películas de plástico se evalúa visualmente en una escala de A a E, donde A está completamente empañado con gotas muy pequeñas y E es una película transparente sin gotas. La película se fija a un recipiente con agua y la evaluación se realiza a continuación a 5 °C en un entorno refrigerado, para simular el almacenamiento en frío de, por ejemplo, ensaladas y carne, o en un baño de agua a 60 °C para simular aplicaciones calientes tales como comidas recién cocinadas.

10. ¿Se pueden usar en plásticos de base biológica o biodegradables?

Los emulsionantes de origen vegetal son especialmente adecuados para los plásticos con base biológica y biodegradable. Aquí, es importante distinguir entre los dos tipos de plásticos “bio”.

Bio-Base significa que se originan a partir de materiales de origen biológico con alto contenido de carbono, como la caña de azúcar. Este tipo se puede transformar en una copia exacta de sus homólogos de origen fósil, como PE (polietileno), que no son biodegradables. De este modo, los emulsionantes pueden ser un aditivo eficaz y seguro en los plásticos de origen biológico al igual que en sus homólogos de origen fósil.

PLA (ácido poliláctico) es un ejemplo de un polímero que es tanto de base biológica como biodegradable. La biodegradabilidad en PLA es inherente, debido a su cadena principal de éster, que, al igual que los emulsionantes, se descompone en compuestos no dañinos bajo hidrólisis. Esto hace que los emulsionantes sean un candidato obvio para aditivos, ya que es totalmente biodegradable y seguro para el medio ambiente.

Por lo tanto, los emulsionantes son una excelente opción tanto para plásticos de origen biológico como biodegradables, que es un segmento en crecimiento en la industria de los plásticos, ya que los consumidores exigen alternativas más ecológicas, libres de combustibles fósiles. Recientemente los científicos están trabajando en polímeros basados en CO2 del aire, para ayudar a limpiar la atmósfera de exceso de CO₂, que es la materia prima perfecta para polímeros a base de carbono.