Nanotecnología aplicada al envasado

de alimentos

INGENIERÍA BIOLOGÍA

QUÍMICA FÍSICA

NANOTECNOLOGÍA

NanotecnologíaLa nanotecnología consiste en el diseño caracterización, producción y aplicación de estructuras, dispositivos y sistemas mediante el control del tamaño y la forma a una escala nanométrica (10-9 m).La nanociencia es el estudio de los fenómenos y la manipulación de materiales a escala atómica, molecular y macromolecular, a las que las propiedades difieren significativamente de éstos a mayor escala.(Royal Society, 2004)

Escala nanométrica(0.2 – 100 nm)

Enlace C-C

0.15 nm

Hélice α

0.50 nm

Nanotubo de carbono

1 nmAlbúmina

8 nm

Membrana celular

10 nm

Nanocable típico

10 nm

Virus VIH

90 nm

Eritrocito

8 μm

Cabello humano

80 μm1 micra = 1000 nm

Dos tipos de nanotecnología

Dispersión coloidalMétodo ascendente

Químicos

Desgaste o moliendaMétodo descendente

Físicos

Miniaturización. Consiste en reducir los componentes y estructuras de mayor a menor.

Este tipo de nanotecnología es la más desarrollada hasta el momento.

Autoensamblado. Consiste en crear de menor a mayor, partiendo de una estructura muy pequeña.

Es el futuro de la nanotecnología.

Porque… …..Aumenta exponencialmente la superficie de contacto.

Actividad

Cambio de las propiedades.

Ej. Tamaño varia el color

La copa de Lycurgus (Egipto siglo IV a.c.): vidrio de sílica con nanoparticulas de plata y oro de ~70 nm

Las nanoparticulas tienden a agregarse y forman sistemas de mayor tamaño.

Esferas o partículas con todos los ejes nano

Nanoparticulas con dos ejes de tamaño nano ---- > tubulares

Nano fibras inorgánicas, nanotubos etc.

NANOGRAFENO

Nanoparticulas de Mg(OH)2

Pintura con nanopartículas para prevenir la corrosión

Cristal termocrómico para regular el calor

Diodos orgánicos (OLEDS) como emisores de luz

Película fotovoltaica que convierte luz en

electricidad

LEDs en lugar de tubos de luz

Cristales anti-manchas de lluvia

Menús “electrónicos”

Nanotubos para portátiles

Tejidos anti-manchas

Materiales piezoeléctricos

anti-vibraciones

Prótesis de materiales

biocompatibles

Cuadros ligeros y fuertes

Celdas de combustible para móviles y coches

Capas magnéticas como memorias de

datos

Aplicaciones reales de la Nanotecnología

Aplicaciones de la NanotecnologAplicaciones de la Nanotecnologíía a en Envasado de Alimentos.en Envasado de Alimentos.

Antibacterias y antihongos.Permeabilidad gasesFiltro-UVModificadores de las propiedades mecánicasOtras aplicaciones de la Nanotecnología en plástico:– Modificación conductividad eléctrica– Aplicaciones como anti-estático– Modificación conductividad térmica– Anti rayado

Antibacterias y antihongos.

Basado en Ag, ZnO activo.

PVC: 0.02-0.05 %Goma: (0,1-0.2 %)PP; PP-EPDM: (0.05-0.25 %)PU: 0,1-0.5 %

95 - 99.9999 % eliminación

Coste:

Menos de 5 cts € por Kg de producto final

Permeabilidad a gases

Nanoarcillas , Mg(OH)2, grafeno

Filtro UV.0

1

2

3

4

5

6

200 400 600 800 1000

Abor

banc

ia

Longitud de onda(nm)

UV coloide ZnO (0.6%)

Dilución 0.1:10

Dilución 0.5:10

Dilución 1:10

1 Uv protector.

Filtro UV, ZnO o TiO2

2 Protección del color frente a la absorción de la luz

Modificación de las propiedades mecánicas

M. ElásticoN/mm2

LDPE Dow 162,428LDPE + 7,5% graphene + 7,5% CaCO3 Prec. 282,304

Modificación del módulo elástico75 % aumento

No hay problemas de fluidez

Fáciles de adicionar

Composites de polímeros económicos y de polímeros biodegradables y procedentes de fuentes naturales.

PLA Almidón PBT Celulosa

HDPE

HDPE +15 % Gr

Composites con 0,25 % grafeno

Módulo elástico PA12

Módulo elástico PA12

Plástico técnico

Reducción del material empleado

HDPE14 gr.

HDPE10,5 gr.

Botella de PE

Aplicaciones en diferentes empresas.Sigma alimentos Damm estrella 

Barrera CO2 y O2

Reducción de peso y coste

0

1

2

3

4

5

6

200 400 600 800 1000

Abo

rban

cia

Longitud de onda(nm)

UV coloide

Dilución 0.1:10

Dilución 0.5:10

Dilución 1:10

Reducción de grasas

Liberación controlada aditivos

Protección reducción UV Permeabilidad.

Los errores nos ayudan a aprenderHan existido errores en el pasado con otras tecnologías que nos tienen que enseñar a aprender:

– Industria de semiconductores (metales, disolventes)– Productos químicos (PCB, DDT, Freon)– Aplicación de productos naturales (cloro, asbesto)– Transporte, energía (polución, calentamiento global,

residuos nucleares)En función de como se enfoque el nacimiento de una tecnología los enfoques a largo plazo pueden ser muy importantes. Si no se enfoca la nano con una vision medioambiental, los riesgos en un futuro cercano de uso masivo pueden ser elevadosEs necesario introducir un factor medioambiental en las tecnologías emergentes. La nanotecnología no debe ser una excepción.

Hueco en la capade ozono

What – Me Worry ?

NORMATIVA EUROPEA PROHIBIDO CONTACTO DE NANOPARTÍCULAS NO

NATURALES CON ALIMENTOS

SOLUCIÓN

ENVASES MULTICAPA

10+9 (millones de....)

GRACIAS

Aplicaciones en anti-estáticoGoma

Migration surface

Ahora Polyethylen glycol Ester 8 phr

Increase phr Problems --------

avanSTATICavanSTATIC rubber Complex solid formulation based on using SiO2 nanoparticles functionalized with

organometallic compounds.DOSAGE (1-6 PHR)TYPICAL FORMULATION 2.5 phr NBR

Resistance obtained (5 MOhm)

avanSTATIC plasticLiquid based on ester of polyethylene glycol modified with nanoparticles.

DOSAGE (5-10 PHR)TYPICAL FORMULATION 8 phr NBR

Resistance obtained (1 Mohms)

Modification in the mechanical properties don´t appear.

Usefull in:PVCPUR and foam PUPoly-ester resin with SIO2

Conducting composites

Conductive polymer composites consist of a polymer in which the internal material is formed by carbon structures.

There are many types of carbon product that appears inside this composites; graphene,

graphite,carbon fiber and carbon lack.

15 %CF + 0%G

15 %CF + 10%G

15 %CF + 35%G

Percolation is the goal, with minimun use of carbon structure

Dispersion and distribution are the secrets

Dispersion

Carbon additivesCarbon nanotubes 3-5 % very expensive (80-100 € per kg)

Nanographene 5-8 % less expensive under development (20-60 €/kg)

Black carbon 12-20 % (conducting– 9-40 €/kg)

advantages:With the right dispersion you can obtain a very good result, with low dosage of nano….

Percolatión

PA 6, and graphene. 6 % 10.000 ohm/cm resistance

Graphene.Properties•As of 2009, graphene appears to be one of the strongest materials ever tested. Measurements have shown that graphene has a breaking strength 200 times greater than steel, a bulk strength of 130GPa.

•Exceptional electrical conductivity 20.000 S/cm

•Enormous thermal conductivity (more than 5300 W/mK)

•Superficial area (aprox 2675 m2/g)

•Easy to be superficial modified

•Very easy to disper in solvent and plastic

•elevated amount in composites (40 -50 % easily)

Thermal application

Introducing small amoung of graphene you can obtain better results

PE < 0,4 W/mK

Modified with graphene 0,4-5 W/mK and moreeee

- HDPE 3494 Thermal conductivity 0.32 w/mK - HDPE 3494+5% nanographene . Thermal conductivity 0.522 w/mK -HDPE 3494+15% nanographene. Thermal conductivity 1.078 w/mK-HDPE 3494+20% nanographene. Thermal conductivity 1.978 w/mK-HDPE 3494+25% nanographene. Thermal conductivity 2.896 w/mK

PP metalizePP metalize as replacement of

ABS. (modified the surface of the plastic matrix)PP--- 1,2 €/kgAbs 2,4 €/kg

Our products can be use even in restricted sector as the aeronautic one in thermoplastic polymers such as PP and PLA, in composites, fabrics

Federal Aviation Authority y The European Aviation Safety Agency (FAA & EASA). FAR 28.853 (Federal Aviation Regulation) Appendices F

- Flammability Test (Part I, section (b), subsection 4)- Heat Release Rate Test, Also known as OSU test (Part IV)- Smoke Density (Part V).