Los materiales poliméricos sintéticos, como los plásticos y los cauchos, se han vuelto omnipresentes en nuestra vida diaria. Por tanto, es fundamental garantizar que sean seguros, duraderos y sostenibles. Esto es especialmente cierto en el caso de las películas de látex sintético, que se utilizan ampliamente en embalajes, biomedicina y electrónica.
Pero ¿qué son exactamente las películas de látex sintético? En pocas palabras, son un tipo de películas basadas en nanopartículas que se producen secando una mezcla de nanopartículas poliméricas y agua. A medida que el disolvente se evapora, las nanopartículas se vuelven más compactas hasta que finalmente las interacciones entre las cadenas de polímeros en los límites de las nanopartículas crean una película coherente.
Desafortunadamente, las películas de látex producidas de esta manera son débiles. En la mayoría de los casos, se deben agregar solventes orgánicos y cargas a la mezcla inicial para mejorar las propiedades mecánicas del producto final. Estos aditivos no sólo son caros sino también perjudiciales para el medio ambiente.
Afortunadamente, un equipo de investigadores de Japón, dirigido por el profesor asociado Daisuke Suzuki de la Universidad Shinshu, desarrolló recientemente una forma innovadora de producir películas de látex basadas en nanopartículas elásticas, resistentes y resistentes a las grietas, sin utilizar dichos aditivos. Su trabajo, publicado en la revista Langmuir , incluyó contribuciones de Yuma Sasaki de la Universidad Shinshu y del profesor Toshikazu Takata de la Universidad de Hiroshima.
La clave de su enfoque fue una nueva estructura molecular conocida como rotaxano, que comprende dos componentes principales:una molécula en forma de anillo y una molécula de "eje" lineal. La molécula en forma de anillo pasa a través de la molécula del eje, que a partir de entonces queda atrapada mecánicamente debido a la forma de las terminaciones del eje.
Los investigadores aprovecharon este mecanismo de entrelazamiento en el rotaxano haciendo que la molécula en forma de anillo se uniera químicamente a una cadena polimérica y la molécula eje a otra cadena. A continuación, prepararon mezclas de agua y nanopartículas poliméricas mediante ultrasonicación estándar y posterior polimerización que, a su vez, se utilizaron para producir películas de látex. Los experimentos de estiramiento realizados en estas películas revelaron que la estrategia basada en rotaxano dio como resultado algunas propiedades notables.
"A diferencia de los polímeros elásticos convencionales basados en nanopartículas, las películas de látex compuestas por nanopartículas reticuladas con rotaxano mostraron un comportamiento inusual de propagación de grietas", explica el Dr. Suzuki. "La dirección de propagación de la grieta cambió de ser paralela a la grieta a perpendicular a la grieta, lo que resultó en una mayor resistencia al desgarro".
El nuevo enfoque para fabricar películas de látex ofrece muchas ventajas sobre los métodos convencionales. Lo más importante es que no se necesitan aditivos tóxicos para lograr una dureza de película razonable. Además, dado que sólo se necesita una pequeña cantidad de rotaxano, el peso total de las películas se puede mantener bajo preservando al mismo tiempo la flexibilidad. Las películas de látex propuestas también son sostenibles.
"Son degradables y pueden desmontarse fácilmente en nanopartículas individuales simplemente sumergiéndolas en un disolvente orgánico respetuoso con el medio ambiente, como una solución acuosa de etanol", afirma el Dr. Suzuki. "Estas nanopartículas pueden volver a formar una película tras la evaporación de la solución. Los resultados de esta investigación pueden ayudar a crear materiales muy duraderos y reciclables".
En general, el equipo espera que su trabajo amplíe el alcance del diseño de nuevas películas poliméricas sin aditivos. De este modo, estos materiales podrían volverse biocompatibles, con posibles aplicaciones en biotecnología y medicina, además de embalajes, revestimientos industriales y adhesivos.
Más información: Yuma Sasaki et al, Polímeros resistentes a base de nanopartículas con resistencia a la propagación de grietas, Langmuir (2023). DOI:10.1021/acs.langmuir.3c01226
Información de la revista: Langmuir
Proporcionado por la Universidad Shinshu
