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Nuevos recubrimientos Funcionales

Gracias a la nanotecnología y a los recubrimientos funcionales, el plástico puede contar con propiedades novedosas como la conductividad eléctrica, apantallamiento, cambio de color, reparación automática o su empleo como sensores.

Con casi 4.000 millones de años de experiencia, la vida y los organismos del planeta son un excelente modelo a imitar en todos los aspectos de nuestra vida, incluida la tecnología. La evolución, la selección de las especies ha marcado el camino a seguir para muchas de nuestras soluciones actuales. En este sentido, podríamos aventurarnos a decir que los recubrimientos en los plásticos –como en cualquier otro material- ejercen la función de la piel humana. Esto es, desarrollan un papel de defensa para el material (protección solar, térmica, propiedades antimicrobianas) y, proporcionan funcionalidades únicas y exclusivas al mismo (auto-reparación, resistencia mecánica, capacidad sensorial). ¿Hacia dónde se dirigen las tendencias en I+D+i en recubrimientos? Muchos son los frentes actualmente abiertos, pero básicamente hacia la búsqueda de una mayor dureza, mayor resistencia fuego, al agua o al oxígeno y la obtención de funcionalidades exclusivas como la conductividad eléctrica, el termocromismo, la capacidad de auto-reparación o la sensorial. En todas estas tendencias hay un vínculo común: la nanotecnología.

Recubrimientos funcionales como defensa del material 

Para dotar de mayor dureza  a los recubrimientos se emplean nanocargas como silica, óxido de zirconio o POSS sobre barnices o pinturas tradicionales que permiten obtener recubrimientos con una mejorada resistencia tribológica (rayado, abrasión, desgaste).

Todos sabemos que la resistencia al fuego de los materiales plásticos es su talón de Aquiles. Para hacer frente a esta debilidad se están desarrollando nuevas soluciones basadas en recubrimientos con nanohidróxidos dobles laminares (HDLs) permiten mejorar el comportamiento de manera espectacular (< 4wt.%).

Incrementar la protección al agua es otro de los retos de los recubrimientos. Para dar una respuesta a este desafío se están desarrollando estructuras externas con micro y nano-rugosidades regulares que no rompen la gota y evitan el mojado. Es el “efecto flor de Loto”. El sistema se vuelve auto-limpiable, pues las gotas arrastran los contaminantes. Se consigue, entre otras técnicas, por litografía láser o depositando pequeñas partículas en la superficie. La ultrafobicidad se consigue con la generación de estructuras jerarquizadas.

Los recubrimientos también deben proteger al material del oxígeno, Por ello se están desarrollando sistemas multicapa nanoestructurados que actúan como caparazones de invertebrados (tortuga, moluscos) mediante el uso de capas de nanocelulosa, nanoclays,… Se depositan capas nanoestructuradas una a una hasta 100-200 capas, consiguiéndose unas propiedades barrera al oxígeno incomparables.

Funcionalidades exclusivas ¿Qué nuevas funcionalidades van a tener los recubrimientos del futuro?

Una de las principales tendencias en este ámbito es la dotación de propiedades eléctricas. Por ejemplo, el empleo de cargas con elevada conductividad (tipo nanotubos de carbono o nanofibras de carbono) para conseguir superficies antiestáticas o  apantallamiento electromagnético. También se está trabajando en pinturas que actúan como células electrovoltaicas. Son colorantes orgánicos electroactivos que generan corriente eléctrica tras una excitación. Son sistemas actualmente de bajo rendimiento pero con una gran capacidad para cubrir superficies grandes. En este sentido todavía hay que resolver problemas con el electrolito y la capa conductora pero es posible pensar en pinturas de automóviles que generan electricidad, tiendas de campaña, etc.

El termocromismo es otra de las líneas de investigación actuales, se refiere al cambio de color de ciertos elementos que al ser calentados cambian su estructura absorbiendo cierta gama de colores, luciendo así un nuevo color. Dicho proceso puede ser reversible o…incluso irreversible, lo cual proporciona nuevas oportunidades tales como control sobre la cadena de frío de un alimento, excesiva exposición solar durante el transporte…

La reparación automática de pequeñas fracturas y rayas es una tendencia que genera gran interés en pinturas y barnices. La solución inicial fue la de los sistemas microencapsulados que al romperse liberan los componentes de un composite que cura. Sin embargo, son de un solo uso. Hay otros sistemas en estudio que promueven la migración hacia zonas gastadas o los recubrimientos de poliuretanos que catalizan la reticulación por calor en las zonas de rotura. Por último, cabe destacar los recubrimientos como sensores, sistemas basados en CNTs o grafenos de alta conductividad. Si se modifican son capaces de captar y anclar en su superficie determinados agentes contaminantes.

Cualquier modificación superficial provocada por este fenómeno conlleva una modificación en la conductividad del material, lo que lo convierte en un perfecto sensor. 

Fuente: Adolfo Benedito Responsable del departamento de Materiales de AIMPLAS