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- 1. La Ciencia detrás de un Envase Alimenticio para Asegurar y Preservar la Calidad de los Alimentos Universidad Austral de Chile Ernesto Zumelzu,1 Carlos Cabezas,2 Ricardo Ugarte,2 Carolina Angulo3 Conocimiento y Naturaleza 1 Instituto Instituto de Materiales y Procesos Termomecánicos, Facultad de Ciencias de la Ingeniería 2 Instituto de Instituto de Química, Facultad de Ciencias Universidad Austral de Chile 1. Objetivos Investigación 3. Metodología Desarrollar y estudiar materiales avanzados aplicados como envases alimenticios, que sean seguros para la salud humana, amigables ambientalmente, con propiedades superiores y comportamientos Evaluación del desempeño multifuncionales, en que se relacionan estructura, propiedades y desempeño de los materiales, para mercados altamente competitivos. Se utilizan muchas técnicas como ser: ensayos mecánicos, ultrasónicos, ensayos electroquímicos, ensayos de adherencia, de permeabilidad, análisis químicos, ensayos metalúrgicos y físicos. Caracterización de 2. Materiales sustratos los sustratos como el acero, cromados y polímeros, tanto a nivel de Para caracterizar Se utilizan materiales, en forma de sustratos metal-polímeros, altamente intensivos en conocimiento, microestructura, superficie y atómico se utilizan técnicas de microscopia óptica, electrónica y de con espesores que van de milímetros a nanómetros (millonésima de un milímetro), que combinan fuerza atómica. Además, técnicas de análisis químico como espectroscopia vibracional, absorción acero, recubrimientos de cromo y protegidos por polímeros polietileno teraftalato (PET). Con atómica, espectroscopia fotoelectrónica y energía dispersiva de Rayos X, entre otras. diferentes microestructuras amorfas, semicristalinas y cristalinas. Propiedades de adherencia, permeabilidad, resistencia a la abrasión y a la corrosión. Así los envases, preservan alimentos en medios agresivos, con durabilidad y sin contaminaciones. La integración de las propiedades los hacen materiales multiescalas y multifuncionales, de calidad mundial para exportación. Principal capa del polímero 15 a 200 µm Capa de adhesión del polímero 2 µm Óxido/hidróxido de cromo 0.01 µm Cromo metálico 0.01 µm Sustrato de acero 140 a 400 µm No a escala Estructura de un envase con alta tecnología Envase con fallas en barniz interior Degradación sustrato de cromo por NaOH Hinchamiento del orden de 150 nm (izq. abajo) y del orden de 350 nm, esferulitas 4. Resultados y Discusión verde blanco (Microscopía Fuerza Atómica) • Los envases no pueden utilizar protección de cromo VI para el acero, pues produce cáncer. • La adherencia entre el acero y el cromado IV protector es de tipo químico-físico. • La adherencia entre el cromado y el polímero superficial PET es química por uniones acido-base. • El factor clave para prevenir la degradación o corrosión de los envases(filtraciones, manchas, deformaciones, etc.) es la calidad superficial del polímero, debiendo controlarse la existencia de poros. • Ambientes agresivos en las conservas son el ácido acético y NaCl debiendo controlarse las concentraciones. • La energía de adhesión entre los sustratos cromado y polímero es del orden de 2 x 10 -3 J/m2 • La permeabilidad del PET (evitar transferencia de materia) al vapor de agua es variable, sobre 100 horas hay cambios en la estructura que pueden llevar a que el polímero se despolimerice químicamente. • Las vibraciones de los envases( en su transporte) pueden generar delaminaciones puntuales entre los sustratos afectando la integridad y vida útil del envase. • Las deformaciones sobre 20% del envase generan defectos en el acero que se traspasan al Envases cromado protector , induciendo desadherencias con el polímero, lo que limita la vida del envase. • Si el cromado, de espesor nanométrico de 200 nm, no es continuo no hay adherencia con el polímero PET y el envase se degrada internamente por corrosión. • Con el control de los poros en el polímero y buena permeabilidad, el envase puede tener un comportamiento óptimo y preservar los alimentos sin alterar sus características sensoriales. Muestra deformada al Polímero es muy heterogéneo 20% mostrando en su topografía y textura imagen 3d de bandas molecular a nivel superficial con distorsión angular, (Microscopia Fuerza Atómica) AFM, 1 µ x 250 nm. Conformación mecánica de un envase 5. Conclusiones Los envases son materiales complejos que requieren rigurosos controles de calidad en todos sus sustratos para que su desempeño potencial ante productos agresivos sea el de preservar correctamente los alimentos. Existencia de poros en el polímero PET, que limita efecto Incremento de intensidad en región Las propiedades y exigencias de funcionalidad de un envase están relacionadas con su estructura a barrera de acción alimentos en de vibraciones OH sugiere nivel atómico, su morfología y características superficiales. Envase retención de agua. Ensanchamiento en región v(C=O) sugiere oxidación Lo importante es también usar materiales que puedan ser reciclables y no generen emisiones y aparición de grupos carbonilo. dañinas a la atmósfera. Al programa FONDECYT Proyecto No. 1100386, CONICYT y a la Universidad Austral de Chile. ¡La Ciencia nos cambia la vida!