El CO2 mejora las propiedades de los polímeros nanocelulares
Investigadores de la Universidad de Valladolid (UVa) han descubierto el papel del CO2 en la mejora de las propiedades mecánicas de los polímeros nanocelulares.
El Laboratorio CellMat de la UVa ha liderado un estudio publicado recientemente en la revista Advanced Materials, que pone de manifiesto la relación directa entre las propiedades de los polímeros nanocelulares y el modo en que se trata el material durante su fabricación
En concreto, la investigación ha descubierto que el proceso de saturación con dióxido de carbono (CO2), fundamental en la creación de estas espumas, modifica permanentemente el estado termodinámico de la matriz del polímero. Así, pudieron comprobar que la polieterimida (PEI) estudiada, cambia su comportamiento, independientemente de los poros, ante su saturación con CO₂ a determinadas condiciones de presión y temperatura.
Un descubrimiento para la ciencia de los materiales
Este descubrimiento echa por tierra la creencia por parte de la ciencia de los materiales de que las propiedades mecánicas de las espumas nanocelulares dependían principalmente de sus poros. Según el estudio de la Universidad de Valladolid, el CO2 empleado para producir esas burbujas modifica el comportamiento mecánico del material de forma duradera. Incluso, después de desaparecido completamente el CO2 y también en ausencia de poros.
Como explica Judith Martín de León, investigadora de la UVa y coautora del estudio, “Toda la literatura científica, hasta ahora, sostenía que cuando el tamaño de las burbujas que hay en la espuma baja a la escala nanométrica, las propiedades mecánicas del material cambian. Lo único que se tenía en cuenta para las propiedades finales mecánicas eran los poros. Sin embargo, nuestro estudio desmiente eso, demostrando que no solo los nanoporos tienen importancia, sino que el estado del polímero es muy importante. Y que ese estado del polímero lo estamos cambiando cuando hacemos el proceso para generar la espuma«.
Detalles de la investigación
En sus trabajos, los investigadores aislaron el efecto del gas, porque como explica Félix Lizalde, uno de ellos, “hasta ahora, nadie se había parado a estudiar el efecto del gas durante el proceso de fabricación porque pasaba desapercibido y se camuflaba con el resto de las propiedades de la espuma. Ahí nosotros nos dimos cuenta de que el proceso también influye y tiene un papel muy importante”.
El experimento, realizado para la tesis doctoral de Lizalde, consistió en someter muestras de polieterimida sólida a diferentes cantidades de CO2, pero sin realizar posteriormente el proceso de espumado que genera los poros. Después dejaron que el gas se eliminara completamente del material y comprobaron que, tras 24 horas a temperatura ambiente, ya sin CO2, el material no había desarrollado nanoporos y su comportamiento mecánico había cambiado. De ello se concluye que el CO2 no actúa únicamente como un elemento temporal necesario para fabricar los nanoporos, sino que, durante el proceso, también modifica el estado interno de la matriz polimérica.
Así, la polieterimida saturada con CO2, incluso cuando se libera todo el gas, muestra propiedades como un menor límite elástico, un incremento de la ductilidad, y mejor respuesta al impacto. El efecto se nota cuando la cantidad de CO2 absorbida supera aproximadamente el 10% en peso. En dichas condiciones, la tensión necesaria para que el material comience a deformarse disminuye, mientras aumenta su capacidad de deformación antes de la rotura. Esta capacidad de absorber grandes cantidades de energía antes de romperse es un dato interesante para aplicaciones por ejemplo del sector transporte.
A raíz de este hallazgo, los investigadores ya estudian cómo afecta este tratamiento basado en gas a otros polímeros amorfos mucho más comunes, como el polimetilmetacrilato (PMMA).
*Para más información: https://cellmat.uva.es/
