Durante los últimos tres años, Ph.D. La candidata Sophie van Lange se ha dedicado a un objetivo claro:producir plástico que sea a la vez duro y sostenible. Los plásticos que utilizamos hoy son reciclables o fuertes y duros, pero no ambas cosas. Van Lange se alejó de los enfoques químicos tradicionales para producir plástico y desarrolló un método completamente nuevo para crear plástico duradero y reutilizable de una manera completamente nueva. ¿El truco? Fuerzas físicas.
El proceso comienza con una configuración aparentemente simple:un polvo amarillo en un plato y un polvo blanco en otro. Al disolver y combinar estas dos soluciones y someterlas a calor y presión en una prensa caliente, Van Lange transforma estas sustancias en una pieza rectangular de plástico que mide dos por medio centímetro en dos semanas.
En condiciones normales, el plástico resultante es resistente y duro, pero se vuelve reformable cuando se calienta. A estos plásticos innovadores los llama "compleximadores". Van Lange y sus colegas informan sobre esto en Science Advances. .
Los plásticos son omnipresentes en nuestra vida diaria y sirven como envase para pimientos y pepinos en el supermercado o como envase para juguetes nuevos. "Pero el plástico también está presente en los zapatos que llevo en los pies y en las gafas que llevo en la nariz", dice Van Lange, señalando sus monturas rosas. Sin embargo, rara vez consideramos lo que sucede con estos materiales después de que los zapatos se rompen o cuando necesitas gafas nuevas.
"Se pueden llevar objetos viejos a un punto de reciclaje, pero casi nadie sabe exactamente qué ocurre con ellos después", afirma el joven investigador. Consideremos la suela de un zapato, que también es un tipo de plástico. Tras su uso no podemos hacer nada con él salvo quemarlo o triturarlo. Otros plásticos, como la bolsa que rodea un pimiento o la capa de un cartón de leche, se pueden reciclar.
"Qué fantástico sería si pudiéramos procesar todos los plásticos de forma sostenible", afirma Van Lange. La impulsa su amor por los materiales sostenibles y trabaja con este plástico innovador en el grupo de cátedras de Química Física y Materia Blanda. "Creo que los materiales sostenibles son realmente geniales", afirma.
"A escala molecular, los plásticos están formados por largas cadenas", explica Van Lange. En los plásticos duros tradicionales, estas cadenas están conectadas mediante enlaces cruzados químicos para mayor resistencia. Sin embargo, estos enlaces cruzados son tan fuertes que el reciclaje se vuelve casi imposible. Es por eso que Van Lange rediseñó estos plásticos sin enlaces cruzados químicos, esta vez utilizando fuerzas físicas ajustables.
"La mitad de las cadenas que componen nuestro plástico están cargadas positivamente", explica Van Lange.
"La otra mitad tiene carga negativa". Cuando los pones en contacto correctamente, se atraen como dos imanes. Esto mantiene las cadenas unidas sin necesidad de entrecruzamientos químicos. Cuando se calienta, la atracción entre las piezas se debilita, permitiendo que todo el material cambie de forma. "Esto permite reutilizar el plástico o, por ejemplo, reparar un agujero u otro daño en el plástico con calor", afirma Van Lange.
Hasta ahora, el Ph.D. El candidato ha producido aproximadamente tres gramos del nuevo plástico. "Pasó un tiempo hasta que mis colegas y yo conseguimos el plástico que deseamos", afirma. Todo se redujo a atracción:en la naturaleza, las partículas positivas y negativas se atraen fuertemente entre sí. Esto hace que los materiales sean quebradizos y casi imposibles de deformar cuando se calientan. "La innovación consiste en debilitar suficientemente esa acusación", afirma Van Lange.
Lo logró con una especie de "paraguas molecular" que protege parcialmente las cargas positivas y negativas del plástico. "Así conseguimos la fuerza de atracción perfecta y, en consecuencia, un plástico que se deforma fácilmente cuando se calienta", afirma el doctor. candidato. Además, estos paraguas son repelentes al agua, lo que garantiza que el plástico se mantenga resistente cuando se expone al agua. La suela de un zapato hecha con el nuevo plástico se mantiene resistente al pisar un charco. "El material cargado casi siempre es sensible al agua, por lo que conseguirlo es muy especial", añade Van Lange.
El nuevo plástico aún no está del todo listo. Por ejemplo, el material aún no es lo suficientemente flexible, según Van Lange:"Hemos demostrado que el concepto funciona, pero ahora tenemos que encontrar una manera de darle propiedades más parecidas al caucho". El investigador espera lograrlo reduciendo la carga de los complejantes, quizás ajustando los componentes básicos de las cadenas que componen el plástico.
"Una alternativa podría ser ampliar los paraguas moleculares", afirma Van Lange. También considera alterar el tipo de cadenas. "Actualmente utilizamos poliestireno, una molécula rígida", explica el Ph.D. candidato. "Si lo reemplazamos por una variante más flexible, es posible que ya obtengamos un plástico más flexible."
Aunque el plástico aún no está listo para salir al mercado, el Ph.D. La candidata espera que su trabajo inspire a otros investigadores. Su investigación demuestra que pensar fuera de lo común puede conducir a materiales completamente nuevos. "Quiero motivar a otros científicos a observar los materiales de manera diferente y utilizarlos de maneras no convencionales", concluye Van Lange.
Más información: Sophie G. M. van Lange et al, Enlace iónico moderado para materiales complejos de polielectrolitos reciclables sin agua, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adi3606
Información de la revista: Avances científicos
Proporcionado por la Universidad de Wageningen
