Un proyecto nacional estudia la adición de nanopartículas para mejorar los plásticos

Cristina G. Pedraz/DICYT En la actualidad, cada vez es mayor la demanda de nuevos materiales en sectores como la construcción o el envasado de productos. Se trata de obtener materiales con propiedades mejoradas y nuevas funcionalidades, un campo de investigación emergente en el que la nanotecnología cumple un papel esencial. En este marco, y centrado en los materiales poliméricos (es decir, los plásticos) las divisiones de Ingeniería Mecánica y Medio Ambiente del centro tecnológico Cartif de Valladolid coordinan un proyecto del Ministerio de Ciencia e Innovación (Micinn) en el que participan otros cuatro centros procedentes de la Comunidad Valenciana, Cataluña y Aragón.

Aplicanano, como se denomina el proyecto, indaga tanto la adición de nanopartículas en las matrices poliméricas como en su disposición en forma de recubrimiento. En cualquier caso, busca la obtención de materiales compuestos que mejoren las prestaciones de los materiales tradicionales. Un material compuesto está formado por una matriz polimérica y un material de refuerzo. Su origen se encuentra en la necesidad de obtener propiedades que no se dan en cada elemento por separado, prestaciones que se consiguen combinando un tipo de matriz y las características del nanorefuerzo, como su orientación o distribución.

En el caso del proyecto Aplicanano, según la investigadora de la División de Ingeniería Mecánica de Cartif Montserrat Acebes, quien coordina los trabajos, el objetivo es obtener un material “con propiedades mecánicas, tribológicas y de auto limpieza mejoradas”. Mientras que las primeras hacen referencia a aspectos como la adherencia o la dureza, las segundas se centran en la fricción o el desgaste.Cada uno de los centros participantes en el proyecto investiga distintos tipos de nanopartículas, con diferentes propiedades de base y diversos tipos de nanorecubrimientos de forma que “se estudian todos los procesos, se optimizan los parámetros y se busca la mezcla óptima”. Al final del proyecto, que concluirá en abril del próximo año, se prevé poner en común las conclusiones obtenidas para que todos los centros puedan aprovechar el nuevo conocimiento.

Equipo único

En concreto, Cartif trabaja con matrices poliméricas con resina de tipo poliéster y poliamida modificadas con nanopartículas de dióxido de titanio (TiO2) tanto comerciales como sintetizadas por el propio centro. Respecto a los recubrimientos, aplican recubrimientos en polimetilmetacrilato (PMMA) y policarbonato (PC) con un equipo único en España de Deposición en Capa Atómica, con el cual se pueden crear capas extremadamente finas. Como explica el investigador de la División de Medio Ambiente de Cartif José Fermoso, “se ha trabajado con ambos materiales poliméricos y el recubrimiento para analizar qué propiedades se ven mejoradas respecto a los materiales de partida”.

Por el momento, se ha observado que el dióxido de titanio sí mejora las propiedades de la matriz polimérica aunque, según reconoce Fermoso, sobre todo se pretende modificar el comportamiento superficial de estos materiales. En este sentido, se busca que el recubrimiento evite que el material se ensucie (o lo que es lo mismo, que aporte propiedades de autolimpieza) por ejemplo si se moja con la lluvia. En un vidrio normal, la gota de lluvia al secarse deja suciedad. Lo que se intenta con este recubrimiento es que la gota “o se extienda mucho o no se extienda nada” y que no se mezcle con el material, “como sucede con el aceite y el agua” apunta Fermoso.

En la misma línea se busca otra propiedad, la fotocatalítica. “Al incorporar el dióxido de titanio en el material le estamos aportando capacidad fotocatalítica, que se active con la radicación ultravioleta, una parte de la radiación solar. Esto posibilita que, si hay sustancias orgánicas en la superficie, se oxiden”, señala el investigador, quien añade que es otra forma de contribuir a la autolimpieza del material.

Respecto a las aplicaciones que puede tener, el investigador recuerda que en el sector de la construcción la adición de nanopartículas es un campo muy activo y que ya se están empezando a fabricar algunas estructuras civiles, como puentes, con materiales compuestos. Del mismo modo, las placas para el acabado de edificios que estén realizadas con este material pueden contribuir a mantenerlo limpio más tiempo. Teniendo en cuenta que es un material costoso, también se están buscando aplicaciones de mayor valor añadido que van desde la óptica (fabricar gafas que no se ensucien tanto) al embalaje y el transporte (realizar embalajes plásticos más resistentes y con menor cantidad de material).

Trabajo de laboratorio

No obstante, para que estas aplicaciones lleguen al mercado “aún queda bastante trabajo de investigación”. En estos momentos los materiales se están desarrollando a nivel de laboratorio con muy pocos gramos, mientras que a nivel industrial son necesarios kilos. El proyecto se inició en 2008 y, tras dos años de trabajo, se encuentra aún en fase de desarrollo optimizando los parámetros de síntesis, la aplicación del nanorecubrimiento y caracterizando el material resultante. En la División de Ingeniería Mecánica de Cartif, además de Montserrat Acebes están participando en el proyecto Ignacio Segura y César Domínguez, mientras que en la División de Medio Ambiente se cuenta también con el trabajo de Olga Prieto.

Determinar si el trabajo es correcto, una parte compleja

Una de las partes más importantes del proyecto se centra en la caracterización de los materiales resultantes, con el fin de comprobar “si realmente se mejoran las propiedades iniciales”, apunta Montserrat Acebes. De este modo, se lleva a cabo la caracterización tanto a nivel nano como macroestructural de los materiales obtenidos, lo que permite garantizar el comportamiento de los polímeros reforzados durante toda su vida útil y entender mejor los métodos de procesado y uso a utilizar.   El apartado de caracterización, tal y como advierte la coordinadora de Aplicanano, supone un handicap del proyecto ya que, contrario a lo que pueda parecer, es muy complicado comprobar si lo realizado es correcto. “Al trabajar a nivel de nanómetro se necesitan técnicas no convencionales que requieren una puesta a punto y aprender a manejarlas tampoco es fácil”, reconoce. La consecución del proyecto permitirá, pues, un importante avance también en los métodos de caracterización. El proyecto Aplicanano abre un campo muy amplio en cuanto a aprovechar los grandes beneficios que conlleva la adición de nanopartículas. “De aquí surgirán ideas de nuevos materiales para aplicaciones completas y la posibilidad de trasladar la investigación al hormigón u otros materiales”, concluye.