Resumen
La producción y consumo de plásticos derivados de petróleo ha crecido exponencialmente en las últimas décadas, impactando en la naturaleza y los seres vivos. Los envases alimentarios son considerados la principal fuente de contaminación por plásticos. Por ello, el estudio y desarrollo de nuevos materiales derivados de recursos renovables y biodegradables ha emergido como un nuevo campo de gran interés. La presente tesis doctoral se enfocó en el desarrollo y caracterización de biopolímeros de polihidroxialcanoato (PHA) derivados de subproductos industriales y de la fracción orgánica de aguas residuales municipales, los residuos biológicos municipales, sintetizados por cultivos microbianos mixtos y producidos mediante las tecnologías de electroestirado y mezclado en fundido. Los materiales resultantes fueron desarrollados para obtener monocapas y multicapas activas y de alta barrera a oxígeno para su uso en envases alimentarios basados en la Bioeconomía Circular.
Para lograr los objetivos, esta tesis doctoral se ha dividido en tres bloques según la tecnología utilizada en la obtención de los materiales. El primer bloque consistió en la extracción de los PHAs derivados de residuos agro-industriales para su óptima utilización en los procesos de producción. Posteriormente, se realizó el procesado de los PHAs mediante la técnica de electroestirado, por la cual se obtuvieron fibras poliméricas que fueron tratadas térmicamente para formar films continuos y homogéneos. Estas monocapas presentaron buenas propiedades térmicas y mecánicas, así como alta barrera tanto a vapores como a gases. Además, las fibras fueron funcionalizadas con compuestos orgánicos presentes en aceites esenciales para proporcionarles una función antimicrobiana activa contra microorganismos trasmitidos por los alimentos. Por otro lado, se realizó el electroestirado de copolímeros de etileno-alcohol vinílico, un polímero sintético que se biodegrada en condiciones específicas y que posee alta barrera a oxígeno. Además, nanocristales de celulosa fueron añadidos al EVOH, para crear monocapas híbridas de alta barrera más sostenibles.
En el segundo bloque, los materiales se procesaron mediante la técnica de mezclado en fundido. Para ello, los PHAs derivados de biomasa del primer bloque se mezclaron con PHAs comerciales, así como con cargas celulósicas para formar "compuestos verdes", en el que todos los materiales estaban basados en recursos renovables y biodegradables. Las mezclas mostraron buena miscibilidad y propiedades ópticas, una flexibilidad mejorada, así como propiedades de barrera similares a las del material de biopoliéster puro.
Finalmente, en el tercer bloque, se produjeron sistemas multicapas utilizando mezclas de PHA desarrolladas ad-hoc, y materiales monocapa de PHA electroestirado del primer bloque. Estas estructuras multicapas se basaron en las propiedades adhesivas que poseen las fibras electroestiradas tras aplicarles el tratamiento térmico y en el uso de los revestimientos de CNCs como capas intermedias de barrera a oxígeno. Así, los sistemas multicapas desarrollados fueron totalmente compostables, con alta barrera a oxígeno, siendo potenciales candidatos para sustituir a los actuales envases alimentarios basados en materiales no renovables provenientes del petróleo.
Por lo tanto, los materiales aquí desarrollados son tanto bioadhesivos muy prometedores que muestran propiedades antimicrobianas y de alta barrera, como capas exteriores con fines estructurales o para uso como films finos. Así, por laminación, estos materiales pueden dar lugar a films multicapas autoadhesivos, empleados tanto en envases rígidos, semirrígidos o flexibles. Estas estructuras son sostenibles y respetuosas con el medio ambiente y además son biodegradables mediante compostaje y, en algún caso, biodegradables en el medio ambiente. Asimismo, son potencialmente capaces de proporcionar una calidad y seguridad alimentaria comparables a las derivadas de fuentes petroquímicas.
