Desarrollo de compositos poliméricos con nanopartículas de disulfuro de molibdeno para potenciales aplicaciones en envasado activo de alimentos

Abstract

La pérdida de alimentos es una problemática actual y vigente, pues cerca de un tercio de la producción destinada a consumo humano es desperdiciada. Dentro del mercado frutícula, una de las principales causas que genera el detrimento de los productos alimentarios es la proliferación de bacterias. En base a ello, surge el envasado activo como un área que ha generado interés en la comunidad científica debido a las mejoras que puede plasmar en las propiedades mecánicas, térmicas y de barrera del material original, además de inhibir la proliferación de microorganismos patógenos. La inclusión de nanopartículas en matrices poliméricas es una de las rutas más empleadas en la actualidad para preparar tales envases. En este contexto, la adición de disulfuro de molibdeno (MoS2) como nanorelleno surge como una alternativa atractiva debido a su estructura laminar para modificar las propiedades mecánicas y de barrera del polímero, además de sus propiedades antimicrobianas. A fin de desarrollar nuevos materiales poliméricos con foco en potenciales aplicaciones para el envasado activo de alimentos, y control de permeación a gases, el MoS2 fue exfoliado en un medio ácido con asistencia de quitosano (CS); esto con el propósito de obtener monocapas del compuesto inorgánico. Como resultado, la suspensión de nanoláminas de CS-MoS2 se mantuvo estable en solución acuosa. Sin embargo, posterior al proceso de secado, estas últimas se reagruparon; aspecto que fue confirmado mediante los análisis UV-VIS, RAMAN, XRD y SEM. Luego, el MoS2 fue mezclado en fundido con polietileno lineal de baja densidad (LLDPE), obteniéndose compósitos con nanopartículas parcialmente exfoliadas. Los compósitos preparados no evidenciaron cambios significativos en el módulo de Young o alargamiento a la rotura. Por otra parte, la temperatura en la que se registró un 10% de pérdida de masa alcanzó un aumento de hasta 33,6 °C para una concentración del 1,0% p/p de MoS2, en condiciones oxidantes; no obstante, en una atmósfera inerte se evidenció un incremento en la tasa de degradación, lo que fue atribuido a la presencia de CS. Asimismo, se registró un crecimiento de los valores correspondientes a la permeabilidad al vapor de agua; variable que dependía de la concentración de la nanopartícula, y donde la muestra con un 3,0% p/p de MoS2 presentó un alza en un factor de 13. La permeabilidad al oxígeno mostró una reducción del 27,6% para la misma concentración. El aditivo inorgánico influyó en las propiedades de superficie e higroscópicas de los compósitos, ya que tanto la rugosidad como el ángulo de contacto evidenciaron, para una carga de 3,0% p/p de MoS₂, un descenso de un 52,2% y 8,8% en la magnitud de sus parámetros, respectivamente. En cuanto al desempeño antimicrobiano, la carga bacteriana de 𝘚�𝘢�𝘭�𝘮�𝘰�𝘯�𝘦�𝘭�𝘭�𝘢� 𝘣�𝘰�𝘯�𝘨�𝘰�𝘳�𝘪�, en comparación con el control de LLDPE, se redujo hasta un 98,4%. En base a este resultado, fue deducido que los mecanismos que desencadenaron la acción biocida estuvieron influenciados por la rugosidad e hidrofilicidad de los compósitos. Finalmente, fue posible diseñar un material con potenciales usos en el envasado activo de alimentos, y con propiedades de barrera controladas.