Investigadores de la Universidad de Tokio han desarrollado un plástico innovador que es más resistente y elástico que el tipo estándar actual. El plástico también es parcialmente biodegradable, recuerda su forma y puede curarse con calor. Los investigadores lo crearon añadiendo la molécula polirotaxano a un vitrimero de resina epoxi, un tipo de plástico.
Llamado VPR, el material puede mantener su forma y tiene fuertes enlaces químicos internos a bajas temperaturas. Sin embargo, a temperaturas superiores a 150° Celsius, esos enlaces se recombinan y el material puede reformarse en diferentes formas.
La aplicación de calor y un disolvente descompone el VPR en sus componentes brutos. Sumergirlo en agua de mar durante 30 días también resultó en una biodegradación del 25%, y el polirotaxano se descompuso y se convirtió en una fuente de alimento para la vida marina. Este nuevo material podría tener aplicaciones de amplio alcance para una economía más circular que recircule recursos y reduzca los residuos, desde ingeniería y fabricación hasta medicina y moda sostenible.
El estudio, "Polirotaxano que contiene vitrimero termoestable sostenible y respetuoso con el medio ambiente" se publica en la revista ACS Materials Letters .
A pesar de las campañas mundiales para frenar el uso y el desperdicio de plástico, es difícil evitar este material omnipresente. Desde juguetes y ropa, artículos para el hogar y productos electrónicos, hasta vehículos e infraestructura, hoy en día puede parecer que está en casi todo lo que utilizamos. Aunque es útil, existen muchos problemas asociados con el ciclo de vida y la eliminación del plástico.
Desarrollar alternativas que duren más, puedan reutilizarse y reciclarse más fácilmente o que estén fabricadas a partir de fuentes respetuosas con el medio ambiente es clave para ayudar a resolver estos problemas y alcanzar varios de los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas.
Teniendo esto en cuenta, investigadores de la Universidad de Tokio han creado un plástico más sostenible, a base de un vitrimero de resina epoxi. Los vitrimeros son una clase relativamente nueva de plásticos, que son sólidos y resistentes a temperaturas más bajas (como los plásticos termoestables, utilizados para fabricar vajillas resistentes al calor), pero que también pueden remodelarse varias veces a temperaturas más altas (como los termoplásticos, utilizados para botellas de plástico). ). Sin embargo, suelen ser quebradizos y no se pueden estirar mucho antes de romperse.
Al agregar una molécula llamada polirotaxano, el equipo pudo crear una versión dramáticamente mejorada a la que llamaron VPR (vitrimero incorporado con polirotaxano [PR]).
"El VPR es cinco veces más resistente a la rotura que un vitrimero de resina epoxi típico", dijo el profesor asistente del proyecto Shota Ando de la Escuela de Graduados en Ciencias Fronterizas. "También se repara a sí mismo 15 veces más rápido, puede recuperar su forma original memorizada dos veces más rápido y puede reciclarse químicamente 10 veces más rápido que el vitrimero típico. Incluso se biodegrada de forma segura en un ambiente marino, lo cual es nuevo para este material. "
El polirotaxano ha ido ganando interés en la ciencia y la industria por su capacidad para mejorar la tenacidad de diferentes materiales. En este estudio, la resistencia mejorada del VPR significó que se podían crear y conservar formas más complejas incluso a bajas temperaturas (como la grulla de origami en el vídeo proporcionado con esta versión).
La eliminación o el reciclaje también fue más fácil que en el caso de los vitrimeros sin polirotaxano, explicó Ando.
"Aunque esta resina es insoluble en varios solventes a temperatura ambiente, se puede descomponer fácilmente hasta el nivel de materia prima cuando se sumerge en un solvente específico y se calienta. También mostró un 25% de biodegradación después de la exposición al agua de mar durante 30 días. En comparación, El vitrimero sin PR no sufrió ninguna biodegradación aparente. Estas características lo convierten en un material ideal en la sociedad actual, que exige el reciclaje de recursos", afirmó Ando.
Desde la ingeniería hasta la moda, desde la robótica hasta la medicina, el equipo prevé aplicaciones tanto prácticas como lúdicas para VPR.
"Sólo para dar algunos ejemplos, los materiales de infraestructura para carreteras y puentes a menudo están compuestos de resinas epoxi mezcladas con compuestos como hormigón y carbono. Al usar VPR, serían más fáciles de mantener, ya que serían más fuertes y curables con calor", sugirió Andó.
"A diferencia de las resinas epoxi convencionales, este nuevo material es duro pero estirable, por lo que también se podría esperar que uniera fuertemente materiales de diferente dureza y alargamiento, como los necesarios para la fabricación de vehículos. Además, como tiene memoria de forma, edición de forma y forma capacidades de recuperación, es posible que algún día también puedas reorganizar la silueta de tu ropa favorita en casa con un secador de pelo o una plancha de vapor."
El siguiente paso del equipo será trabajar con empresas para determinar la viabilidad de sus diversas ideas para VPR, además de continuar su investigación en el laboratorio. "Siempre he pensado que los plásticos existentes son muy difíciles de recuperar y eliminar porque están subdivididos según sus usos", afirmó Ando. "Sería ideal si pudiéramos resolver muchos de los problemas del mundo con un solo material como este."
Más información: Shota Ando et al, Polirotaxano termoestable sostenible y respetuoso con el medio ambiente que contiene vitrimero, ACS Materials Letters (2023). DOI:10.1021/acsmaterialslett.3c00895
Proporcionado por la Universidad de Tokio
