Revolución: el polímero autorregenerable

Hola!!

En esta ocasión te traigo algo innovador, verdaderamente revolucionario. No, no estoy siendo exagerado. Es de verdad. Léelo y ya me dirás.

Te hubieras imaginado alguna vez un material capaz de repararse a sí mismo cuando se rompe? Que ante cualquier pequeña fisura o grieta, él mismo sea capaz de volver a su estado original sin que tú tengas que hacer nada, él sólo?

Cierra los ojos e imagínatelo ahora… estás pensando… en el T-1000 de la película Terminator 2 (sí, el ciborg malo)?

Eureka! Esa efecto de ficción de aquella película de principios de los 90 (hace más de 20 años ya!!) es hoy una realidad. Pero con una pequeña salvedad: el material elegido es un polímero elastomérico en lugar de un material metálico. Yaaaa…. No es lo mismo… pero funciona exactamente igual! Además, aquello era una película… y había que hacerle frente al amigo Schwarzenegger!!

En el pasado XIV Congreso de Adhesión y Adhesivos celebrado en O Porriño, el centro de investigación vasco IK4-Cidetec, presentó públicamente, de la mano de Alaitz Rekondo (una de las investigadoras participantes en el programa), el resultado de su investigación sobre un polímero elastomérico, en base poliuretano bicomponente, capaz de reparar su estructura interna si ésta ha sido dañada o fisurada. Es decir, presentaron el primer material autorregenerable. El polímero autorregenerable.

Pero el adjetivo “autorregenerable” lleva consigo el fantástico hecho de que no es necesario utilizar ningún agente intermedio, ni catalizador, ni calor, ni adhesivo (no… lástima ;-)) para que el material se vuelva a unir y sea igual de resistente que antes de la fisura. Lo hace él solo!

Para ello, el equipo de investigación de IK4-Cidetec ha reformulado el versátil poliuretano de manera que ha conseguido este excepcional efecto sin necesidad de añadir ni siquiera nanotecnología. Una gran hallazgo.

Y por qué es un polímero elastómero y no otro? La respuesta es sencilla: porque su estructura interna favorece el movimiento de las cadenas que lo conforman de manera que las fisuras se pueden autoreparar.

Efectivamente, esta es la respuesta sencilla. El razonamiento técnico y científico lo puedes encontrar en la propia publicación científica.

Para que lo puedas ver con tus propios ojos, te pongo aquí el vídeo que ellos mismos han grabado y colgado en Youtube:

E S P E C T A C U L A R!!

Ahora bien, qué aplicaciones podría tener este material? Desde mi punto de vista, que es el de los adhesivos (claro!) este descubrimiento podría tener una aplicación directa en adhesivos selladores: Porque se trata de un elastómero (cuya resistencia no es excesivamente elevada pero tiene una gran capacidad de deformación) y normalmente están expuestos a condiciones extremas (frío, calor, radiación ultravioleta, productos químicos agresivos, etc) que suelen dañar su estructura y provocar fallos de sellado, filtraciones, etc.

Este polímero autorreparable incluido en la formulación de estos adhesivos selladores podría traer consigo una auténtica revolución en la fiabilidad de las construcciones y productos industriales. Yo lo compraría.

Tú qué opinas?

Qué es un adhesivo? (2ª parte: resistencia interna del adhesivo)

Hola!!!

si lo recuerdas, cuando estuve hablando de lo que era un adhesivo (Qué es un adhesivo?), dejé abierta la parte de la cohesión interna y de la adhesión a los substratos. Pues bien, retomando esto, ahora hablaré de la cohesión interna de los adhesivos.

Esta propiedad del material depende directamente del tipo de polímero del que se trate. Es decir, en general, de si es un polímero termoestable, termoplástico o elastómero

Esto ya se te había ocurrido? Como buenos polímeros, los adhesivos tienen su mismo comportamiento dependiendo, en general, de la familia a la que pertenezcan. Por ejemplo, dentro de los adhesivos reactivos, los adhesivos en base Epoxy, fenólicos, etc. son, normalmente, termostables; los adhesivos en base a cianoacrilato o los metilmetacrilatos (acrílicos) son, en general, termoplásticos; y los adhesivos en base a silicona o los silanos modificados (MS) son elastómeros. Los conocidos adhesivos de poliuretano pueden ser de cualquier tipo, dependiendo de su formulación y su método de curado. La mayoría de los adhesivos no reactivos son termoplásticos, como por ejemplo los hotmelt o los adhesivos de contacto. (Existen muchas más familias de adhesivos, estos son sólo ejemplos. Si quieres saber alguna más, ya sabes! Pregúntame sin miedo!).

Llegados a este punto, creo que te interesará saber qué implica que un polímero sea termoestable, termoplástico o elastómero. A continuación, voy a presentar las propiedades más importantes de cada uno y si es posible, te pediría que relacionaras estas propiedades con los adhesivos que tú conoces (… se parecen?):

Termoplásticos:

• Los polímeros termoplásticos están formados por macromoléculas lineales o ramificadas que están entrecruzadas entre sí de manera arbitraria (termoplásticos amorfos) u ordenada (termoplásticos cristalinos) y que se mantienen unidas por enlaces intermoleculares (atracciones electrostáticas o fuerzas de Van der Waals). (Para que te sitúes, serían, por ejemplo, como unos espaguetis!!)

• Los termoplásticos se pueden fundir a elevadas temperaturas (termoplásticos cristalinos) o reblandecerse (termoplásticos amorfos). Pero volverían a su composición original una vez enfriados.
• Se pueden soldar a través de ultrasonidos, vibraciones, etc. 
• Se hinchan en ciertos disolventes. 
• Son solubles en ciertos disolventes.
• Su comportamiento mecánico depende del grado de cristalinización del polímero, siendo flexible en el caso de los amorfos y rígido cuando el grado de cristalinización es elevado.  
• Tienden a deformarse bajo carga constante a lo largo del tiempo (creep). (Seguro que alguna vez te ha pasado que cuando vas camino a casa después de ir al supermercado y haber hecho tus compras, las bolsas de plástico (que antes daban…) se van deformando de manera constante…hasta que casi tocan el suelo!!).
• Ejemplos de estos polímeros son el polietileno (PE), policarbonato (PC), la poliamida (PA), el metacrilato (PMMA)… y como adhesivos, los cianoacrilatos, los acrílicos (bicomponentes y curados por radiación UV), los epoxy activados por UV, poliimidas y adhesivos no reactivos (adhesivos de contacto, hotmelts, etc.)

Termoestables:

• Están formados por macromoléculas altamente entrelazadas cuyos puntos de unión son enlaces químicos, bastante más poderosos que en el caso anterior. (Como símil, imagínate una red de pesca, donde los nudos son cada uno de esos enlaces químicos).

• Como indica su nombre, son altamente estables con la temperatura y no se pueden fundir. En su lugar, se degradan y descomponen a altas temperaturas, destruyéndose la estructura del polímero.
• En general, tampoco pueden soldarse.
• No se suelen hinchar bajo la acción de disolventes.
• Son insolubles. En algún caso, se puede descomponer el polímero.
• Mecánicamente son rígidos y con poca capacidad de deformación.
• Resisten muy bien las cargas a lo largo del tiempo. No sufren creep.
• Ejemplos de estos adhesivos serían la mayoría de los epoxy, poliuretanos (algunos bicomponentes y los monocomponentes de curado a elevada temperatura), los adhesivos anaeróbicos, el poliéster insaturado, las resinas fenólicas, etc.
• La mayoría son adhesivos aptos para funcionar como polímero matriz en los composites (por ejemplo, poliéster reforzado con fibra de vidrio, etc.).

Elastómeros:

• Están formados por macromoléculas entrecruzadas y ligeramente entrelazadas donde aparecen ciertos puntos de unión con enlace químico. Se podría decir que, estructuralmente, están a medio camino entre los dos anteriores. (como ejemplo visual, podría ser un tejido de punto, donde el hilo de lana está entrecruzado con otros hilos y en ciertos puntos hay unos nudos que lo unen fuertemente a otros hilos).

• No se pueden fundir. Es más, se descomponen a elevadas temperaturas.
• En general, tampoco se pueden soldar.
• Se pueden hinchar en ciertos disolventes.
• Son insolubles, aunque se podrían llegar a descomponer en ciertos líquidos.
• Mecánicamente, tienen un comportamiento elástico flexible.
• Generalmente, tienen peor comportamiento al creep que los termoplásticos.
• Ejemplos de estos polímeros serían el caucho sintético (estireno-butadieno), el neopreno (policloropreno), EPDM, etc. Y como adhesivos, estarían las siliconas, los silanos modificados, los poliuretanos (algunos bicompomentes y los monocomponentes de curado por humedad), los polisulfidos.

Por último, como verás, no he profundizado mucho en el comportamiento mecánico de estos polímeros. Lo he hecho así porque éste depende mucho de la temperatura y de la historia previa que haya tenido nuestro material y por tanto, quizás sea mejor abordarlo en otro post en el futuro.

Por lo demás, qué te parece? Te he podido aclarar un poco más lo que son los adhesivos?

Qué es un adhesivo?

Hola!!!
 

hoy voy a hablar de lo esencial en todo esto. Es decir, del adhesivo.

Llevo un tiempo tratando sobre ellos. En general, ya los conoces pero, sabes realmente, qué es un adhesivo? Como alguien dijo alguna vez “si no eres capaz de explicárselo a tu abuela es que no lo entiendes” (has pensado en hacerlo alguna vez? Seguro que no… tu abuela ya habrá usado alguna cola… y no necesita que se lo expliques!! Simplemente es un avance tecnológico más!!).

Pero aunque no se lo vayas a explicar, es necesario saberlo y, más importante, entenderlo, para comprender el “cómo”, el “por qué”, el “cuándo”, etc. (o simplemente, porque si has leído hasta aquí, necesitas, saciar tu curiosidad!!!).

Por definición, un adhesivo es un no-metal capaz de unir dos substratos por medio de la adhesión a sus superficies y de su resistencia interna o cohesión.

Sencillo, no? Estás seguro de entender todo lo que implica esta definición…? Qué es un no-metal? Sí, un polímero (vale como ejemplo, pero un adhesivo puede ser más cosas… además… qué es un polímero??). Principalmente, este término se introduce para distinguir, por ejemplo, el adhesivo del material de aporte en una soldadura o de tornillos, remaches, etc.

Un adhesivo (pensándolo como material no-metálico), según su composición química puede ser un material inorgánico u orgánico.

Sí, inorgánico, porque materiales como el cemento, el yeso, etc. son adhesivos. (O acaso no satisfacen la definición??? Dos substratos (ladrillos) se unen a través de un adhesivo (cemento) en la construcción de edificios, no…?).

Bien, ahora lo que ya suponías, los adhesivos también son materiales orgánicos (un material se considera orgánico cuando su composición química está, fundamentalmente, constituida por átomos de carbono e hidrógeno y por otros elementos, pero en menor medida). Pero, los materiales orgánicos pueden ser de dos tipos: naturales o sintéticos. (esto se pone interesante…).

Los materiales orgánicos naturales, a su vez, pueden tener dos orígenes: animal (como la caseína) o vegetal (como el almidón o la resina de los árboles).

Finalmente, tenemos los adhesivos como materiales orgánicos sintéticos que se obtienen a partir del tratamiento del petróleo y, sí, estos ya son los polímeros que habías pensado al principio (un polímero, como material, está compuesto por numerosas macromoléculas (compuestos muy largos, a nivel atómico, claro!) que a su vez están formadas por la repetición indefinida de diferentes unidades enlazadas entre sí. Esta es la definición light, pero es que quiero que entiendas la idea, no que hagas un doctorado en química orgánica!!).

Finalmente, como no podía ser de otra manera, a medio camino entre los materiales orgánicos e inorgánicos están las siliconas que, a pesar de tener una morfología similar a la de los polímeros orgánicos, su estructura química está formada por átomos de Silicio y Oxígeno (en lugar del Carbono y el Hidrógeno).

Por ahora, lo voy a dejar aquí. Aún me queda hablar de la adhesión y de la cohesión para dejar la definición finiquitada. Pero estos son unos términos un tanto complicados y por ahora, me quedaría satisfecho si hubiera conseguido explicarme con claridad (o quizás es que no soy capaz de explicárselo a mi abuela!!!).

Bueno, qué me dices? Todo entendido?