Las burbujas de aire en los plásticos liberan microplásticos en el agua.

Las burbujas de aire en los plásticos liberan microplásticos en el agua.

Las microburbujas invisibles que se forman en los plásticos cotidianos pueden desprender fragmentos microscópicos, revelando una vía generalizada y de baja energía de contaminación plástica que ocurre dondequiera que el agua se encuentra con el plástico.

Estudiar:La erosión causada por las microburbujas libera micro y nanoplásticos en el agua. Crédito de la foto: Ennachii/Shutterstock.com

Un nuevo estudio dirigido por investigadores del Trinity College Dublin, Irlanda, informa que las burbujas de aire formadas en superficies plásticas pueden provocar erosión y fragmentación de la superficie y desencadenar la liberación en el agua de micro y nanoplásticos previamente adheridos a la superficie y difíciles de detectar. El estudio se publica en la revista.Avances científicos.

Por qué es importante comprender las fuentes ocultas de los microplásticos

Los micro y nanoplásticos (MNP) son microcontaminantes muy extendidos en los ambientes acuáticos que tienen efectos nocivos para el medio ambiente, la vida silvestre y la salud humana. Estos contaminantes pueden detectarse en todos los niveles de la cadena alimentaria e incluso en diversos órganos del cuerpo humano. Según estimaciones recientes, las personas ingieren hasta 90.000 microplásticos al año sólo a través del agua embotellada.

Las MNP se caracterizan por su pequeño tamaño de partícula, fuertes propiedades de adhesión y su pronunciada capacidad de acumularse en el tejido humano. La acumulación de microplásticos en el tejido humano se asocia con un mayor riesgo de complicaciones cardiovasculares graves y se ha relacionado con enfermedades neurodegenerativas.

La evidencia existente sugiere que las MNP se liberan de los bultos de plástico al agua mediante degradación mecánica o exposición a los rayos ultravioleta (UV). Sin embargo, faltan en gran medida estudios que examinen la influencia de factores acuáticos como las burbujas de aire, el pH y la salinidad en la producción de MNP, a pesar del estrecho contacto entre los plásticos y el agua en los ambientes acuáticos.

Dados los posibles efectos de las MNP sobre la salud, es importante comprender los mecanismos subyacentes a la formación y liberación de las MNP para poder desarrollar estrategias de mitigación efectivas. Entre los diversos mecanismos de generación de MNP, el papel de las burbujas de aire ha recibido considerable atención.

Las burbujas de aire, que se forman predominantemente en superficies de plástico en condiciones adecuadas de agua y superficie, pueden desprender partículas sueltas de estas superficies y transportarlas al agua. Las pequeñas burbujas adheridas a las MNP pueden cambiar sus propiedades físicas, como la tensión superficial, la densidad y el comportamiento de transporte.

En cuanto al modo de acción, los resultados disponibles indican que las tensiones provocadas por las burbujas de aire en las superficies de plástico debido a la presión interna pueden provocar grietas en la superficie. Teniendo en cuenta este modo de acción, el presente estudio tuvo como objetivo investigar el papel de las burbujas de aire en la generación de MNP en las superficies de los plásticos típicos.

Las microburbujas erosionan las superficies de plástico sin energía externa

El estudio encontró que pequeñas burbujas de aire que se forman espontáneamente cuando las condiciones del agua lo permiten en superficies plásticas típicas pueden erosionar los defectos de la superficie y desencadenar la liberación de MNP. Estos eventos ocurrieron de forma independiente y en paralelo a la degradación mecánica masiva o la degradación oxidativa de las superficies plásticas inducida por los rayos UV, en lugar de reemplazar estos mecanismos.

La fragmentación de las superficies plásticas causada por burbujas de aire se produjo en un amplio rango de temperaturas (25 °C a 95 °C) y en varios tipos de agua, incluida agua desionizada, agua del grifo, de río y de mar, observándose una liberación más rápida y extensa a temperaturas elevadas.

En términos de modo de acción, el estudio demostró que la formación, expansión y movimiento de burbujas de aire en superficies plásticas generan tensiones capilares y de corte locales capaces de disolver y deformar material polimérico de bajo peso molecular en sitios de defectos superficiales que son mecánicamente menos estables que la mayor parte del plástico, lo que resulta en la liberación de MNP en el agua.

Este mecanismo de generación de MNP a través de burbujas de aire es diferente de otros mecanismos ampliamente estudiados. Durante la degradación oxidativa inducida por los rayos UV, se requiere un flujo sostenido de fotones de alta energía para romper los enlaces poliméricos. Esto normalmente equivale a meses o años de luz solar o lámparas de laboratorio que consumen mucha energía.

Asimismo, la degradación mecánica requiere un suministro continuo de presión externa a través de olas, arena, molienda industrial o mezcladores turbulentos para romper las estructuras poliméricas.

Las burbujas de aire, por otro lado, se forman sin necesidad de movimiento mecánico adicional o energía radiante una vez que se cumplen las condiciones adecuadas, y no requieren ningún aporte de energía externa más allá de las fuerzas interfaciales ya presentes. La tensión superficial de las burbujas proporciona fuerzas locales que separan el material de bajo peso molecular y poco cristalino de los defectos, lo que significa que la energía que impulsa la fragmentación de la superficie proviene directamente de la energía libre interfacial ya presente en el sistema.

En conjunto, estos resultados sugieren que la fragmentación de superficies plásticas inducida por burbujas de aire es una vía verdaderamente de baja energía para la liberación de MNP y ocurre dondequiera que el agua y las superficies plásticas entren en contacto, incluidos los ambientes acuáticos cotidianos y naturales.

La formación de burbujas de aire depende de dos factores: la calidad del agua y las propiedades fisicoquímicas de las superficies plásticas. A altas temperaturas, la solubilidad del gas en agua disminuye, lo que favorece la formación y el crecimiento de burbujas de aire en las superficies plásticas. Asimismo, niveles más altos de oxígeno disuelto y niveles más bajos de sal proporcionan gas disuelto adicional para la formación de burbujas de aire.

Además, los polímeros hidrófobos como el polipropileno y el polietileno tienen defectos superficiales inherentes y son particularmente adecuados para la formación de burbujas de aire debido al mayor atrapamiento de gas.

Estos mecanismos sugieren que la fragmentación de las superficies plásticas causada por las burbujas de aire y la posterior liberación de MNP pueden modificarse ajustando parámetros ambientales como los tipos de agua, la temperatura de exposición, el oxígeno disuelto, la salinidad y la irradiación UV, así como las propiedades del plástico como los tipos de plástico, los defectos de la superficie, la unión de biopelículas, el peso molecular y el grado de cristalinidad.

Los investigadores creen que sus hallazgos estimularán más estudios sobre el papel de los factores acuáticos y el desarrollo de estrategias para frenar la liberación de contaminantes plásticos.

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Fuentes: