Un polímero es capaz de auto-repararse con luz

el poder de la luz

Un nuevo material de polímero capaz de repararse a sí mismo en repetidas ocasiones a temperatura ambiente al ser expuesto a la luz ultravioleta presenta la tentadora posibilidad de crear productos que puedan repararse a sí mismos al dañarse. Entre las posibilidades se incluyen implantes médicos, automóviles, o incluso piezas de aviones que puedan repararse a sí mismos.

 El polímero, creado por investigadores de la Carnegie Mellon University y la Universidad de Kyushu, empieza a repararse cuando una grieta en el material se presiona para volver a unirse y se expone a luz ultravioleta. El mismo tratamiento puede hacer que dos trozos separados del material se fusionen para formar una sola pieza.
Los investigadores fueron capaces de cortar el mismo bloque en trozos y volverlos a unir por lo menos cinco veces. Con más ajustes, el material podría repararse muchas más veces, afirma el profesor de química de la CMU Krzysztof Matyjaszewski, que dirigió el equipo de investigación.
Actualmente, el polímero sólo puede repararse a sí mismo en un ambiente libre de oxígeno, por lo que los investigadores tuvieron que llevar a cabo el tratamiento UV en presencia de nitrógeno puro. Sin embargo esperan poder desarrollar polímeros que se reparen con luz visible y no requieran de nitrógeno, lo que debería abrir la puerta a muchas aplicaciones prácticas, incluyendo productos y componentes que se reparen después de haber sufrido daños menores. Este tipo de material, afirma Matyjaszewski, "supondría una gran mejora sobre lo que ya hemos hecho".
Con anterioridad se han construido materiales con capacidad de auto-reparación, sobre todo polímeros y materiales compuestos. No obstante, la mayoría de dichos materiales dependían de pequeñas cápsulas rellenas con un agente reparador. Cuando el polímero se agrieta, las cápsulas se abren y liberan el agente reparador, que se convierte en polímero sólido sellando la grieta y restaurando las propiedades del material. Sin embargo, una vez que las cápsulas se agotan, el material ya no puede repararse.
El nuevo polímero se basa en enlaces de carbono-azufre dentro del propio material. "Existen miles de enlaces químicos, e incluso si perdemos un pequeño porcentaje, podríamos estar hablando de, potencialmente, repetir la reparación un centenar de veces", afirma Matyjaszewski.
Los investigadores descubrieron que incluso los trocitos desprendidos del polímero se unían para formar una pieza continua al ser irradiados con luz UV. Esto implica que el material también podría ser fácil de reciclar. Los investigadores presentaron los detalles de sus experimentos en un artículo publicado en línea en Angewandte Chemie.
Algunos grupos de investigación, incluyendo el de Matyjaszewski, han creado polímeros que se auto-reparan al ser expuestos a calor o productos químicos determinados. Sin embargo Michael Kessler, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Universidad Estatal de Iowa, afirma que la reparación por luz es una opción superior. "Creo que el estímulo UV es particularmente atractivo como estímulo externo puesto que no se produce ningún contacto, ocurre a temperatura ambiente, es bastante fácil de adquirir y manejar, y, sobre todo, se limita a las áreas donde se produce el daño", explica Kessler.
Kessler añade, sin embargo, que el nuevo material sufre de dos de los principales inconvenientes a los que se enfrentan los otros materiales de auto-reparación: requiere presión, y el proceso de reparación lleva horas.
Sin embargo, algunos materiales de auto-reparación ya están de camino a la comercialización. Autonomic Materials, en Champaign, Illinois, está preparando capas resistentes a la corrosión y a los arañazos con microcápsulas desarrolladas por Scott White, profesor en el Instituto Beckman de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
La colega de White, Nancy Sottos, ha creado materiales que imitan la piel humana y que se reparan a sí mismos utilizando canales subyacentes cargados con agentes de reparación. Sottos piensa que los materiales se podrían utilizar para aplicaciones estructurales tales como piezas de aviones, componentes de automóviles y vehículos espaciales, y para productos de uso diario, tales como teléfonos móviles y maletines.
La reparación accionada por UV no será adecuada para todas las aplicaciones, afirma Sottos. Esto se debe a que la reestructuración de los vínculos de carbono-azufre que permite que el material se repare también requieren que el material sea suave y tenga textura de goma.
"Podemos hacer materiales que sean más duros o más blandos", explica Matyjaszewski. "Todos los materiales de auto-reparación son, de alguna manera, únicos, y tienen ventajas sobre los demás. Depende de las características y del ámbito de aplicación".