Desde su invención alrededor del año 100 aC en China, el papel como material para difundir información ha contribuido en gran medida al desarrollo y la difusión de la civilización. Incluso en la era de la información de hoy, con los medios electrónicos omnipresentes en hogares, oficinas e incluso en nuestros bolsillos, el papel sigue desempeñando un papel fundamental.
Nuestros cerebros procesan la información de manera diferente en papel y en pantalla. La información presentada en papel implica más procesamiento emocional y produce más respuestas cerebrales relacionadas con sentimientos internos. Eso puede hacer que el material impreso sea más efectivo y más memorable que los medios digitales. Por supuesto, el papel todavía es de uso común, y se espera que el consumo global crezca.
Pero el uso del papel conlleva importantes problemas ambientales y de sostenibilidad. Durante muchos años, los científicos han trabajado para desarrollar medios de lectura que tengan el formato de papel convencional pero que puedan ser reimpresos sin tener que ser reciclados industrialmente. Una opción prometedora ha sido recubrir el papel con una película delgada de productos químicos que cambian de color cuando se exponen a la luz. Pero los esfuerzos anteriores han encontrado problemas como el alto costo y la alta toxicidad, por no mencionar la dificultad de seguir siendo legibles y borrados para su reutilización.
Mi grupo de investigación en la Universidad de California, Riverside, en colaboración con Wenshou Wang en la Universidad de Shandong en China, ha desarrollado recientemente un nuevo recubrimiento para papel normal que no necesita tinta, y puede imprimirse con luz, borrarse y reutilizarse más de 80 veces. El recubrimiento combina las funciones de dos tipos de nanopartículas, partículas 100.000 veces más delgadas que un trozo de papel; una partícula puede obtener energía de la luz e inicia el cambio de color de la otra. Esto representa un paso importante hacia el desarrollo del papel reimpreso.
Efectos ambientales del papel.
Alrededor del 35 por ciento de todos los árboles cosechados en el mundo se usan para hacer papel y cartón. A nivel mundial, la industria de la pulpa y el papel es el quinto mayor consumidor de energía y utiliza más agua para producir una tonelada de producto que cualquier otra industria.
La extracción de pulpa consume grandes cantidades de energía y puede involucrar productos químicos peligrosos como la dioxina. La producción de papel da como resultado la emisión del nutriente fósforo. Eso, a su vez, aumenta el crecimiento de las plantas, que pueden usar todo el oxígeno en el agua y matar la vida de cualquier animal.
Incluso después de fabricar papel, su uso daña el medio ambiente. Camiones de papel desde donde se hace hasta donde se utiliza genera contaminación del aire. Y la fabricación y el uso de tinta y tóner también dañan el medio ambiente, al contaminar el agua, envenenar el suelo y destruir los hábitats naturales de la vida silvestre.
Nuestro método utiliza ingredientes no tóxicos y permite la reutilización repetida de papel, lo que reduce los efectos ambientales.
Cambio de colores
Al desarrollar un recubrimiento para papel, es importante encontrar uno que sea transparente pero que pueda cambiar el color a algo visible, y viceversa. De esa manera, cualquier texto o imagen puede hacerse legible como en papel normal, pero también puede borrarse fácilmente.
Nuestro método combina nanopartículas (partículas de 1 a 100 nanómetros de tamaño) de dos materiales diferentes que pueden cambiar de transparente a visible y viceversa. El primer material es el azul de Prusia, un pigmento azul ampliamente utilizado más conocido como el color azul en planos arquitectónicos o tintas. Las nanopartículas azules de Prusia normalmente aparecen azules, por supuesto, pero pueden volverse incoloras cuando se les suministra electrones adicionales.
El segundo material son las nanopartículas de dióxido de titanio. Cuando se exponen a la luz ultravioleta, liberan los electrones que el azul de Prusia necesita para volverse incoloro.
Nuestra técnica combina estas dos nanopartículas en un recubrimiento sólido sobre papel convencional. (También se puede aplicar a otros sólidos, incluidas láminas de plástico y portaobjetos de vidrio). Cuando proyectamos luz ultravioleta sobre el papel recubierto, el dióxido de titanio produce electrones. Las partículas azules de Prusia recogen esos electrones y cambian de color de azul a claro.
La impresión se puede hacer a través de una máscara, que es una lámina de plástico transparente impresa con letras y patrones en negro. El papel comienza completamente azul. Cuando la luz ultravioleta pasa a través de las áreas en blanco en la máscara, cambia las áreas correspondientes en el papel debajo en blanco, replicando la información de la máscara al papel. La impresión es rápida, tarda solo unos segundos en completarse.
La resolución es muy alta: puede producir patrones tan pequeños como 10 micrómetros, 10 veces más pequeños de lo que nuestros ojos pueden ver. El documento seguirá siendo legible por más de cinco días. Su legibilidad se degradará lentamente, ya que el oxígeno en el aire toma electrones de las nanopartículas azules de Prusia y las vuelve a convertir en azules. La impresión también se puede hacer con un rayo láser, que escanea a través de la superficie del papel y expone las áreas que deberían ser blancas, de manera similar a cómo funcionan las impresoras láser de hoy.
Borrar una página es fácil: calentar el papel y la película a aproximadamente 120 grados Celsius (250 grados Fahrenheit) acelera la reacción de oxidación, borrando completamente el contenido impreso en aproximadamente 10 minutos. Esta temperatura es mucho más baja que la temperatura a la que se enciende el papel, por lo que no hay peligro de incendio. También es más bajo que la temperatura involucrada en las impresoras láser actuales, que necesitan alcanzar aproximadamente 200 grados Celsius (392 grados Fahrenheit) para fusionar instantáneamente el tóner en el papel.
Estabilidad química mejorada
Usar el azul de Prusia como parte de este proceso ofrece una cantidad significativa de ventajas. Primero, es altamente químicamente estable. Los papeles regrabables anteriores generalmente usaban moléculas orgánicas como los principales materiales de cambio de color, pero se descomponen fácilmente después de exponerse a la luz UV durante la impresión. Como resultado, no permiten muchos ciclos de impresión y borrado.
Por el contrario, las moléculas azules de Prusia permanecen esencialmente intactas incluso después de la exposición a largo plazo a la luz ultravioleta. En nuestro laboratorio, hemos podido escribir y borrar una sola hoja más de 80 veces sin observar ningún cambio aparente en la intensidad del color o la velocidad del interruptor.
Además, el azul de Prusia se puede modificar fácilmente para producir diferentes colores, por lo que el azul no es la única opción. Podemos cambiar la estructura química del pigmento, reemplazando parte de su hierro con cobre para hacer un pigmento verde, o reemplazando completamente el hierro con cobalto para hacer marrón. En la actualidad, solo podemos imprimir en un color a la vez.
A medida que desarrollemos esta tecnología, esperamos que el papel regrabable esté disponible para muchos usos de visualización de información, especialmente usos temporales como periódicos, revistas y carteles. Otros usos se extienden a la fabricación, la atención médica e incluso la organización simple, como hacer etiquetas regrabables.
Probablemente no sea factible esperar una sociedad completamente sin papeles, pero estamos trabajando para ayudar a las personas a usar mucho menos papel que ellos, y reutilizarlo más fácilmente cuando estén listos.
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation.
Yadong Yin, profesor de química, Universidad de California, Riverside.
