24.01.2020 - Tokyo Institute of Technology

Mezclar lo no mezclable

Novedoso enfoque para fusionar eficientemente diferentes polímeros

Los polímeros reticulados son estructuras en las que se unen grandes cadenas moleculares, lo que permite unas propiedades mecánicas excepcionales y una resistencia química al producto final. Sin embargo, su modificación no es fácil. Ahora, los científicos del Instituto Tecnológico de Tokio desarrollan un método que permite la fusión de diferentes polímeros con facilidad, permitiendo el ajuste preciso de las propiedades del material final mediante la selección de los polímeros base apropiados y su mezcla en la proporción adecuada.

Los polímeros, grandes cadenas moleculares compuestas de pequeñas subunidades repetidas, se encuentran a nuestro alrededor y también dentro de nosotros. El ADN y las proteínas son unos polímeros naturales muy conocidos. Por el contrario, los polímeros sintéticos, como los plásticos, se produjeron por primera vez hace aproximadamente un siglo, pero desde entonces han encontrado su camino en nuestra vida cotidiana debido a sus sorprendentes propiedades. Los polímeros pueden ser adaptados según sus subunidades constituyentes para conferirles muchas características deseables, como la resistencia mecánica, la elasticidad, la permeabilidad, etc.

Otra forma de obtener aún más funcionalidades en los polímeros es mediante la reticulación de los mismos. Los polímeros reticulados (CPL) son polímeros que se unen entre sí mediante moléculas especiales de reticulación. Ciertos CPLs exhiben propiedades sobresalientes debido a sus estructuras tridimensionales entrelazadas. Motivado por las aplicaciones potenciales, un equipo de investigación del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) dirigido por el profesor Hideyuki Otsuka ha logrado recientemente un gran avance en este campo: consiguieron unir diferentes CPL mediante un enfoque sin precedentes. "El desarrollo de un método novedoso para fusionar diferentes CPLs supondría una revolución en el campo, ya que sus propiedades mecánicas pueden ser ajustadas fácil y sistemáticamente en un proceso operacionalmente sencillo", explica Otsuka.

Los investigadores lograron esta hazaña cambiando las cosas en la molécula de enlace cruzado que utilizaron. Para que una CPL tenga capacidad de autocuración, lo cual es muy atractivo para muchas aplicaciones, los polímeros tienen que estar unidos por lo que se conoce como enlaces covalentes dinámicos. Estos enlaces también permiten fusionar diferentes tipos de CPL, pero las moléculas de carbono utilizadas en los enlazadores actualmente disponibles son propensas a oxidarse, lo que complica la fusión y el procesamiento de las CPL a granel. Lo que este equipo de investigación hizo fue emplear una molécula de enlace, llamada BiTEMPS, que reticula los polímeros a través de un enlace covalente central de azufre-azufre (S-S). Esta unión puede romperse temporalmente por la mitad a temperaturas superiores a 80°C, lo que permite el intercambio entre diferentes polímeros en los extremos libres, llamados radicales TEMPS (ver Figura 1). A través de este proceso de hendidura y re-unión, se pueden fusionar diferentes CPLs. Una de las principales ventajas de los radicales TEMPS es que son altamente estables frente al oxígeno, lo que significa que todo el proceso puede realizarse sin necesidad de cuidados con oxígeno.

Para probar la utilidad de su enfoque, los investigadores cruzaron dos tipos de CPL, uno de ellos mucho más elástico que el otro. Mediante el prensado en caliente de su mezcla, lograron fusionar los CPLs, y las propiedades mecánicas del material final dependieron de la proporción de los CPLs crudos utilizados. "Las propiedades mecánicas de las muestras fundidas podrían ser ampliamente afinadas para hacerlas tan suaves y elásticas como se desee. Como la variedad de polímeros disponibles es casi infinita, debería ser posible generar materiales que exhiban un amplio espectro de propiedades físicas usando nuestro método, eligiendo juiciosamente las composiciones de polímeros y las proporciones de mezcla apropiadas", concluye Otsuka. Este método innovador hará avanzar significativamente el campo de los CPL, permitiendo el desarrollo de materiales altamente adaptados para aplicaciones especializadas.

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Hechos, antecedentes, expedientes
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