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Materials

Este material autorreparable prueba el poder de las débiles fuerzas de van der Waals

El co-polímero, compuesto por dos monómeros de uso común, no requiere de ninguna intervención externa para repararse a sí mismo tras ser rayado o dañado

by Bethany Halford
October 11, 2018 | APPEARED IN VOLUME 96, ISSUE 41

 

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Credit: Cortesía de Marek Urban
El mecanismo de autorreparación del co-polímero se da por medio de las interacciones de dipolo débiles por fuerzas de van der Waals.

Usando monómeros habituales en la estructura de la pintura acrílica, un grupo de químicos ha producido un polímero que se “cura” a sí mismo por medio de interacciones de van der Waals, las fuerzas atractivas más débiles. Gracias a su habilidad de reparar arañazos y pequeños cortes sin ninguna intervención externa, este material podría usarse para hacer revestimientos de mayor duración y objetos plásticos más resistentes.

El material es un co-polímero compuesto por una mezcla de metacrilato de metilo y acrilato de butilo. La disposición molecular y la composición del co-polímero son críticos en la obtención de la autorreparación, asegura Marek Urban, el químico especialista en polímeros de la Universidad Clemson (Carolina del Sur, EE.UU.) que lideró el proyecto de investigación. Las fuerzas de van der Waals, unas fuerzas tanto atractivas como repulsivas entre moléculas que son causadas por dipolos temporales, curan el polímero al forzar a los componentes a entrelazarse, como si de los dedos de dos manos juntas se tratase. Para conseguir esta interacción, los monómeros deben alternarse las posiciones y que su cantidad en la mezcla sea aproximadamente igual (Science 2018, DOI: 10.1126/science.aat2975).

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Sobre estas líneas se observa un video acelerado en el que el co-polímero se cura a sí mismo en el curso de 14 horas. Cortesía de Marek Urban

Hacen falta unas 14 horas para que el co-polímero sea capaz de arreglar un arañazo, y unas 80 horas para un corte. Urban admite que el tiempo de reparación es largo en comparación con otros polímeros autorreparables, como aquellos que se reparan bajo exposición a luz ultravioleta. Pero continúa considerándolo como una situación intermedia de compromiso entre la velocidad y el coste. La mayoría de los demás polímeros autorreparables necesitan caros aditivos mientras que éste en cuestión está hecho de monómeros baratos y fácilmente disponibles.

Urban dice que su equipo hizo el polímero autorreparable por primera vez hace unos ocho años, pero desde entonces les costó mucho tiempo para convencerse de que el material se curaba por interacciones de van der Waals. Tal y como dice “estas interacciones débiles no son fáciles de medir”.

Comparadas con los enlaces de hidrógeno, que son unas 20 veces más intensos, las interacciones de van der Waals son extremadamente débiles. Pero los polímeros están abarrotados de ellas, que a su vez están alineadas en la misma dirección, explica Urban, acumulando sus efectos para llegar a ser suficientemente poderosas como para que el material pueda arreglarse a sí mismo.

“El uso de las fuerzas de van der Waals, en contraposición a las interacciones dinámicas covalentes y a las supramoleculares, es interesantísimo ya que están en todas partes y son mucho más universales”, dice Zhibin Guan, un experto en polímeros autorreparables de la Universidad de California en Irvine (California, EE.UU.), y que no formó parte del estudio. Si esta estrategia sintética resulta ser aplicable a otros polímeros de uso común a gran escala en la industria química, añade, “contribuiría muchísimo al desarrollo de polímeros más sostenibles para nuestra sociedad”.

Urban ha patentado el co-polímero y planea ver cómo se comporta en condiciones reales. Además, va a explorar el uso de interacciones de van der Waals para formar polímeros autorreparables a partir de otros monómeros de uso común, como podrían ser ésteres, estirenos y uretanos. “El concepto ya lo tenemos”, afirma, “ahora es cuestión de afinar la composición”.

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Traducción al español producida por Greco González Miera para C&EN. La versión original (en inglés) del artículo está disponible aquí.

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