Photothermal Characterization of Low Density Polyethylene Food Packages

Caracterización fototérmica de envases alimentarios de polietileno de baja densidad

En el presente trabajo se analiza la aplicabilidad de las técnicas fototérmicas para determinar los coeficientes de difusión del oxígeno y el dióxido de carbono del polietileno de baja densidad (LDPE) comercial. La metodología consiste en la monitorización del gas difundido mediante un analizador fotoacústico. Los coeficientes de difusión medidos para el CO₂ y el O₂ fueron de 2,77 x 10^-8 cm²/s y 1,68 x 10^-7 cm²/s, respectivamente. Para apoyar los resultados de difusión de gases, se estudiaron las propiedades térmicas mediante espectroscopia fotoacústica y se determinó la cristalinidad mediante difracción de rayos X. Los valores obtenidos para la difusividad térmica y la capacidad calorífica específica fueron 1,65 x 10^-3 cm₂/s y 2,33 J.cm^-3K^-1, que concuerdan bien con los valores disponibles en la bibliografía para el PEBD puro y, por tanto, garantizan la fiabilidad de los valores de los coeficientes de difusión.

INTRODUCCIÓN

El transporte de gases y vapores en polímeros es un tema importante tanto desde el punto de vista tecnológico como científico. Las aplicaciones incluyen revestimientos protectores, materiales de envasado para alimentos y barreras selectivas para mezclas de gases o líquidos. En el caso de los envases para alimentos, los materiales poliméricos deben presentar una relación CO2/O2 adecuada (generalmente inferior a 7)[1]. El proceso de permeación implica la disolución del gas en un lado de la membrana, la difusión del gas a través de ella y la liberación del gas por el otro lado de la membrana. 

Cuando se trata de polímeros vítreos, es importante tener en cuenta que las características de permeabilidad dependen de la historia térmica del polímero[2]. Un método convencional para determinar la permeabilidad y los coeficientes de difusión en polímeros implica la medición del aumento de peso de la membrana en función del tiempo hasta alcanzar la masa final de equilibrio[3].

La espectroscopia fotoacústica (PA) y las técnicas fototérmicas afines[4-6] son técnicas espectroscópicas bien establecidas. La técnica PA, además de proporcionar espectros de absorción óptica directa[7,8], también puede utilizarse para realizar análisis en profundidad[7,9] y caracterizar las propiedades térmicas[10,11]. Además, se ha producido un desarrollo sustancial de nuevas instrumentaciones y metodologías experimentales versátiles adecuadas para su uso en la práctica diaria. Más detalles sobre el fenómeno de las ondas fototérmicas y sus aplicaciones pueden encontrarse en los libros de Rosencwaig[4] y Almond[6], así como en algunas de las muchas revisiones publicadas sobre el tema[5,12,13].