Químicos desarrollan materiales inteligentes similares al plástico que utilizan la luz o un calor suave para activarse
Revocan décadas de trabajo sobre catalizadores "durmientes" mediante el uso de "monómeros latentes", bloques de construcción líquidos estables que se solidifican sólo bajo demanda
Químicos de la Universidad Ben-Gurion del Néguev han desarrollado un polímero "inteligente" que podría simplificar, hacer más seguras y energéticamente eficientes las tareas de curado industrial, impresión 3D y reparación con materiales cuyas propiedades pueden ajustarse a la aplicación requerida. Sus hallazgos se publicaron el mes pasado en Nature Chemistry.
Prof. Yossi Weizmann
Amit Paor/BGU
Durante casi treinta años, los investigadores que intentaban controlar cuándo y dónde se endurecían los plásticos se centraron en diseñar catalizadores especiales "durmientes", moléculas que permanecen inactivas hasta que las activa la luz, el calor u otra señal. Estos catalizadores suelen ser sensibles, caros y difíciles de manejar.
Nir Lemcoff, estudiante de doctorado y uno de los autores principales del artículo, afirma: "Este trabajo demuestra una nueva forma de pensar sobre un problema general de la ciencia de los polímeros y esperamos que inspire a los científicos de este campo a plantearse los retos de su propio trabajo con un nuevo punto de vista".
En lugar de intentar poner el interruptor on/off en el catalizador, lo escondieron dentro de los propios bloques de construcción del plástico, creando los llamados "monómeros latentes". Se trata de bloques de construcción líquidos y estables que permanecen inactivos durante semanas. Sólo se convierten en un material sólido similar al plástico cuando se exponen a la luz o a un calentamiento suave.
Estos nuevos monómeros latentes se forman a partir de pequeñas moléculas llamadas norbornadienos. Los norbornadienos pueden abrirse y unirse en largas cadenas mediante un método estándar de fabricación de plásticos llamado ROMP (polimerización por metátesis de apertura en anillo). Cuando se les aplica luz ultravioleta, cambian a una forma diferente llamada cuadriciclano, que es básicamente el estado "apagado": es inactivo y no forma cadenas. Posteriormente, un calentamiento suave con diminutas nanopartículas de oro vuelve a activar el cuatriciclano y lo convierte en norbornadieno reactivo, de modo que la formación de cadenas puede comenzar de nuevo cuando se desee. Dado que los químicos pueden fabricar fácilmente muchos norbornadienos distintos, este sistema conmutable podría dar lugar a cientos de nuevos materiales similares al plástico, incluidos algunos muy difíciles de fabricar con los métodos actuales.
"En lugar de un catalizador 'durmiente', hemos creado bloques de construcción 'durmientes' del propio material", explica el profesor Yossi Weizmann, del Departamento de Química de la Universidad Ben-Gurion, que dirigió el estudio. "La mezcla puede reposar tranquilamente en la estantería durante semanas y se unirá en un sólido sólo cuando le dé la luz o se caliente. Este tipo de curado a la carta, impulsado por la luz, podría hacer que los procesos industriales de producción, impresión y reparación fueran más seguros, sencillos y eficientes desde el punto de vista energético."
Los nuevos líquidos contienen tres ingredientes clave:
- Bloques de construcción que pueden unirse formando largas cadenas similares al plástico.
- Un catalizador industrial estándar que impulsa la reacción de formación de la cadena.
- Pequeñas nanopartículas de oro que actúan como calentadores microscópicos cuando se iluminan con luz infrarroja cercana.
En su estado "durmiente", los monómeros latentes están encerrados en una forma que no reacciona, aunque el catalizador ya esté presente. Cuando los investigadores iluminan las nanopartículas de oro, calientan su entorno inmediato y hacen que los monómeros pasen a una forma "activa" que se une rápidamente en un material sólido. El mismo interruptor también puede activarse mediante calentamiento convencional, pero no con tanta eficacia.
Como no ocurre nada hasta que se acciona el interruptor, en principio los fabricantes podrían
- Almacenar y enviar una formulación líquida lista para usar durante semanas sin que se espese o endurezca.
- Rellenar, recubrir o imprimir primero las piezas y, sólo después, activar el curado en las regiones seleccionadas mediante patrones de luz o máscaras.
- Reducir los residuos y el consumo de energía evitando la necesidad de mezclar constantemente nuevos lotes o calentar volúmenes enteros durante largos periodos.
El estudio también demuestra que esta idea de bloques de construcción conmutables puede hacer mucho más que simplemente activar y desactivar una reacción. Mezclando bloques de construcción que son activos desde el principio con otros que permanecen dormidos hasta que se calientan, el equipo puede fabricar plásticos cuyas cadenas tienen dos secciones diferentes, lo que da materiales con propiedades combinadas en un solo producto. También pueden crear primero un material blando fácil de moldear y después fijarlo en un sólido más duro y duradero, todo en un solo proceso.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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