El avance molecular aumenta la durabilidad de los plásticos

Publicado por el personal | 30 de agosto de 2023

El plástico normalmente se expande y contrae cuando se expone repetidamente a temperaturas frías y calientes, lo que afecta su durabilidad en una variedad de aplicaciones. Los aditivos pueden mitigar este problema, pero la mayoría de los productos combinan diferentes materiales y la gestión de rellenos para compensar el desajuste de expansión térmica se vuelve complicada. Los investigadores de los Laboratorios Nacionales Sandia pueden tener una solución: todo comienza a nivel molecular.

El equipo modificó una molécula para que pueda incorporarse fácilmente a un polímero y cambiar sus propiedades. Cuando la molécula se calienta, se contrae en lugar de expandirse al sufrir un cambio en su forma, explicó la líder del equipo de investigación Erica Redline, científica de materiales.

“Cuando [la molécula se] agrega a un polímero, hace que ese polímero se contraiga menos, alcanzando valores de expansión y contracción similares a los de los metales. Tener una molécula que se comporta como un metal es bastante notable”, dijo Redline.

Uno de los factores más importantes en el deterioro del material es la exposición repetida de temperaturas cálidas a frías y viceversa. La mayoría de los materiales se expanden cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían, pero cada material tiene su propia tasa de cambio. Los polímeros, por ejemplo, son los que más se expanden y contraen, mientras que los metales y la cerámica son los que menos se contraen.

Las complicaciones surgen cuando se utilizan varios materiales en un producto, como suele ser el caso.

"Tomemos, por ejemplo, su teléfono, que tiene una carcasa de plástico acoplada a una pantalla de vidrio y, en su interior, los metales y cerámicas que componen los circuitos", dijo Redline. "Todos estos materiales están atornillados, pegados o unidos de alguna manera y comenzarán a expandirse y contraerse a diferentes ritmos, ejerciendo tensiones entre sí que pueden provocar que se agrieten o deformen con el tiempo".

“Pensé, ¿y si evocara un material perfecto? ¿Cómo sería eso?”, dijo Redline.

Redline cree que lo ha logrado, con la ayuda de su equipo: Chad Staiger, Jason Dugger, Eric Nagel, Koushik Ghosh, Jeff Foster, Kenneth Lyons, Alana Yoon y los colaboradores de la alianza académica, el profesor Zachariah Page y la estudiante graduada Meghan Kiker.

"La molécula no sólo resuelve los problemas actuales, sino que abre significativamente el espacio de diseño para más innovaciones en el futuro", dijo Dugger, un ingeniero químico de Sandia que ha estado analizando aplicaciones potenciales, especialmente en sistemas de defensa.

La invención también se puede incorporar en diferentes partes de un polímero en diferentes porcentajes para la impresión 3D.

"Se podría imprimir una estructura con ciertos comportamientos térmicos en un área y otros comportamientos térmicos en otra para que coincida con los materiales en diferentes partes del artículo", dijo Dugger.

La molécula también tiene potencial en aplicaciones aligerantes y formulaciones adhesivas.

Actualmente, la molécula sólo se produce en pequeñas cantidades: se necesitan unos 10 días para producir entre 7 y 10 gramos.

El equipo está trabajando para reducir los pasos de producción utilizando $100,000 en financiamiento a través del programa de maduración tecnológica de Sandia, que ayuda a preparar productos para el mercado.

"Mi función es ver si hay una manera más fácil de lograrlo a nivel comercial", dijo el postdoctorado Eric Nagel. “No hay nada parecido por ahí. Estoy realmente entusiasmado con las posibilidades de lo que esta tecnología puede hacer y las aplicaciones que podrían asociarse con esto”.

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