El grafeno: una revolución en la industria papelera

El Grafeno:

una revolución en la industria papelera

La industria papelera representa un mercado muy amplio y versátil, de hecho y pese a los retos que afronta por el impacto de los medios digitales y por su competencia con el plástico, su producción mundial sigue siendo considerable superando los 400 millones de toneladas distribuidas en productos para envase y embalaje, de uso higiénico y sanitario, así como papel para impresión, escritura y prensa.

“Se estima que para fines del 2022 el cartón represente dos tercios de la producción mundial de papel”

Por otro lado, la continua necesidad de innovación así como la búsqueda de soluciones para las problemáticas inherentes a estos productos como su fácil contaminación y permeabilidad, han logrado que la nanotecnología se mantenga como una herramienta importante con el uso de distintos nanomateriales como los nano- cristales y nano- fibras de celulosa, nanopartículas de óxido de silicio (SiO2), dioxido de titanio (TiO2), dioxido de zinc (ZrO2) y recientemente los materiales grafénicos como el grafeno y óxido de grafeno (GO) 1 con el objetivo de diseñar bloques de construcción a nano- escala para obtener redes más densas y menos porosas que, además de mejorar la calidad del producto final también diversifiquen su uso.

“La celulosa, además de ser uno de los polímeros naturales más abundantes en la tierra, también es la materia prima principal de la industria papelera. El grafeno se obtiene del grafito, un mineral de carbono muy abundante en México

¿Cómo benefician los materiales grafénicos a la industria papelera?

Cuando se habla del grafeno los principales puntos de referencia son su resistencia, impermeabilidad, flexibilidad, conductividad, ligereza, biocompatibilidad, etc., todo en un solo material. Ante esto es importante comprender que el comportamiento de los materiales grafénicos dependerá entre otras cosas, del tipo de grafeno, funcionalización y concentración, pero también de los procesos involucrados en cada industria y de la naturaleza de los materiales con los que se combinará para transferir sus propiedades y, por lo tanto, no hay una fórmula exacta para cada objetivo de uso, por ejemplo:

Resistencia mecánica- En el caso de las películas de celulosa la presencia de tan solo 0.5% de GO puede mejorar significativamente la resistencia a la tracción, el alargamiento a la rotura y la energía de fractura en un 78%, 172% y 397%, respectivamente; útil para su aplicación en películas bioplásticas de alto desempeño2.

Protección antimicrobiana- Entre los beneficios de interés para la industria papelera están su biocompatibilidad, sus propiedades de barrera física y su actividad antimicrobiana. P. ej., un estudio que preparò un recubrimiento para papel con 0.05% de GO redujo en un 73% y 53% la tasa de crecimiento de bacterias como E. coli y S. aureus, respectivamente3,4. Esto gracias a que el GO ayuda a limitar la adhesión, replicación y penetración microbiana.

Protección contra la radiación UV- De acuerdo con otro reporte, el uso de 2% de GO en películas de celulosa bloquea la radiación UVA y UBV en un 66,7% y 54,2% respectivamente, sin afectar la transmisión de la luz visible, propiedad interesante para el diseño de materiales de protección y embalaje.5

Propiedades de barrera- Los materiales grafénicos presentan nano- canales entre sus láminas que representan un camino tortuoso para el paso de moléculas de gran tamaño y, por lo tanto, es ampliamente investigado tanto por su gran impermeabilidad contra líquidos y gases, pero también por sus potenciales beneficios para la descontaminación, purificación e incluso desalinización de agua de mar. Investigaciones realizadas sobre membranas de acetato de celulosa (CA) para desalinización describieron que, el uso de 1% de GO mejora la morfología, hidrofilia, porosidad, rugosidad, resistencia mecánica, estabilidad térmica y, por ende, su eficiencia de funcionamiento, así como ha ocurrido con otro tipo de membranas como las de polisulfona, en las que una concentración de 0.2% de GO puede ser suficiente para mejorar hasta en un 72% su desempeño, en términos de flujo de agua y rechazo de sal en pruebas con sulfato de sodio6,7. Lo anterior no solo se ve reflejado en la eficiencia de filtración y/o desalinización, sino también la optimización recursos de mantenimiento y consumo energético de dichos sistemas.

Energeia- Graphenemex®, la empresa líder en Latinoamérica en el diseño y desarrollo de aplicaciones con materiales grafénicos, trabaja continuamente para resolver los obstáculos que el grafeno enfrenta para llegar al mercado y, mediante alianzas estratégicas con otras industrias busca lograr que esta tecnología se convierta en la solución de distintas problemáticas.

Referencias

  1. Trache, D., Thakur, V. K., & Boukherroub, R. 2020., Cellulose nanocrystals/graphene hybrids—a promising new class of materials for advanced applications. Nanomaterials, 10(8), 1523.
  2. M. Akhtari, M. Dehghani-Firouzabadi, M. Aliabadi, M. Arefkhani. Effect of graphene oxide nanoparticle coatings on the strength of packaging paper and its barrier and antibacterial properties. 2019., Bois et Forêts des Tropiques. 342, 69.
  3. W. Hu, Ch. Peng, W. Luo, M. Lv, X. Li, D. Li, Q. Huang, and Ch. Fan. Graphene-Based Antibacterial Paper. 2010. ACS Nano, 4, 7, 4317–4323
  4. X. Liu, T. Zhang, K. Pang, Y. Duan and J. Zhang. Graphene oxide/cellulose composite films with enhanced UV-shielding and mechanical properties prepared in NaOH/urea aqueous solution. 2016., RSC Adv., 6, 73358
  5. Zhang, X. F., Song, L., Wang, Z., Wang, Y., Wan, L., & Yao, J. 2020., Highly transparent graphene oxide/cellulose composite film bearing ultraviolet shielding property. International journal of biological macromolecules, 145, 663.
  6. S. M. Ghaseminezhad, M. Barikani, M. Salehirad.  Development of graphene oxide-cellulose acetate nanocomposite reverse osmosis membrane for seawater desalination. Composites Part B: Engineering. 2019., 161, 15, 320.
  7. B.M. Ganesh, Arun M. Isloor, A.F.Ismail., Enhanced hydrophilicity and salt rejection study of graphene oxide-polysulfone mixed matrix membrane. 2013., Desalination., 313, 199.

La revolución del grafeno en la industria automotriz: innovación en cuidado y protección de vehículos

La revolución del grafeno en la industria automotriz:

innovación en cuidado y protección de vehículos

Así como la exposición continua a la radiación solar es nociva para nuestra piel, también afecta la apariencia de los autos, en particular causa daños en la pintura, molduras, gomas y otras autopartes. De hecho, el sol, la lluvia ácida y los cambios de temperatura son tres de sus principales enemigos, por esa razón existen en el mercado innumerables opciones de productos para su cuidado.

El Grafeno es la forma más interesante en la que el Carbono puede presentarse y, consiste en láminas de átomos de carbono extraídas principalmente del Grafito o bien, de algunos gases. La gran relevancia científíca y tecnológica de este material se debe a la particular organización de sus átomos, que le confiere sorprendentes y numerosas propiedades que han captado la atención de una gran cantidad de industrias, entre ellas la automotríz.

Los potenciales usos que se le atribuyen al Grafeno para esta industria está la fabricación de recubrimientos para chasis y carrocerías,  plásticos para autopartes ya sea para mejorar su calidad o para sustituir total o parcialmente piezas metálicas, neumáticos, textiles, grasas, lubricantes y productos para el cuidado automotríz.

La empresa mexicana Energeia- Graphenemex® dedicada a la investigación y producción de materiales grafénicos así como al desarrollo de aplicaciones, en 2018 bajo la marca Nanocar® colocó en el mercado la primera línea de productos con Grafeno para el cuidado automotríz.

Beneficios:

Los productos Nanocar® forman una película protectora y de nano- relleno de defectos que permite que las láminas atómicas de Grafeno se adhieran a las superficies de la carrocería protegiendo contra el polvo y la humedad, retrasando los efectos de la corrosión, así como también actuando como barrera contra la radiacion UV y como discipador de temperatura para limitar el deterioro a largo plazo de la pintura. Además, el uso continuo de los productos Nanocar® facilita las limpiezas posteriores, sin dejar huella de secado, incluso cuando el lavado se realiza aún con la superficie caliente.

Relación de las propiedades del Grafeno y sus efectos en los productos Nanocar®

Redacción: EF/DHS

El auge del grafeno: avances y desarrollos en la última década

El auge del grafeno:

avances y desarrollos en la última década

El Grafeno es el nanomaterial más revolucionario del siglo XXI y es considerado como el pilar básico para la nanoquímica del carbono, es decir, del elemento principal de todos los compuestos orgánicos.


Su versatilidad deriva de su estructura en forma de láminas bidimensionales (2D), compuestas por átomos de carbono enlazados de manera hexagonal y su importancia radica en las extraordinarias propiedades que se le atribuyen y que se han concebido como la solución de innumerables necesidades sociales, ambientales, científicas, tecnológicas y por supuesto, económicas.

Lámina de Grafeno. Microscopía electrónica de Transimisión de Alta Resolución.
Acervo Energeia – Graphenemex

El Grafeno permite modificar la materia para diseñar compuestos con características nuevas o mejoradas, ya que trasfiere sus propiedades a los materiales a los que se incorpora. Esto ha permito que se utilice en el desarrollo de aplicaciones que buscan potencializar dichas propiedades como se muestra en la imagen siguiente.

Evolución- El Grafeno fue aislado por primera vez en 2004 por los investigadores rusos Andre Geim y Konstantin Novoselov de la Universidad de Manchester; posteriormente y gracias a sus experimentos, en 2010 fueron distinguidos con el premio Nobel de Física, al ser considerado como uno de los descubrimientos más importantes del siglo.


Tan importante fue el hallazgo que, en 2013 la Unión Europea (UE) otorgó un presupuesto de mil millones de euros para crear el Graphene Flagship, un ambicioso proyecto con vigencia de diez años con el objetivo de vincular a la academia con la industria, no solo para comprender sus propiedades de manera teórica, sino para explotar al máximo sus beneficios en aplicaciones o productos reales.


A partir de ese momento fue tan rápido el avance de las investigaciones y cada vez más altas las expectativas que, en 2017 surgió la primera edición de la norma ISO/TS 80004-13:2017 (Ratificada por la Asociación Española de Normalización en octubre de 2020) para la normalización y estandarización de la Nanotecnología en nuevos materiales, incluido el Grafeno.


En el mismo 2020, un grupo de 70 investigadores miembros del Graphene Flagship, publicó el primer manual con más de 500 páginas sobre inumerables tipos de  Grafeno.  Para 2021 dentro del organismo se registraron alrededor de 50 “spin- offs” y “startups” con distintas visiones, logrando que en 2022 la posibilidad de tener un mayor número de aplicaciones con Grafeno o materiales grafénicos a costos más asequibles sea una realidad.


En 2021 nuevamente la UE a través del Instituto Federal de Investigación y Ensayo de Materiales (BAM) con el nuevo proyecto ISO-G-SCoPe, se puso como objetivo normalizar los métodos para trasladar el Grafeno a la industria, esto como resultado de la inexistencia de estándares de producción y de calidad, a la vez que, mediante el Proyecto Versalles sobre Materiales Avanzados y Normas, bajo la dirección de BAM busca validar los procesos en una prueba mundial para convertirlos en normas.


Energeia Graphenemex® es la empresa mexicana pionera en América Latina enfocada en la investigación y producción de materiales grafénicos para el desarrollo de aplicaciones a nivel industrial. Entre sus fortalezas está la creación de métodos y procesos patentados para la producción replicable y a gran escala que asegura la disponibilidad de los materiales grafénicos adecuados en conformidad con los requerimientos de las aplicaciones que desarrolla, ya sea para productos propios o, como aliado estratégico de otras compañías interesadas en innovar y mejorar sus productos con estos materiales.