Los plásticos de los cables de alta tensión o de los compuestos resistentes se diseñan para que, una vez curados, no vuelvan a fundirse jamás. Es una ventaja en el uso diario y un verdadero quebradero de cabeza a la hora de reciclar. El equipo del proyecto VIT investigó si ambas cosas pueden conciliarse y desarrolló materiales que avisan de los daños con un cambio de color y que pueden reprocesarse tras calentarlos; al final podrás comprobar cuánto ingeniero de materiales hay en ti.
Los plásticos termoestables se usan allí donde importa la resistencia: en materiales compuestos, recubrimientos y aislantes eléctricos que trabajan bajo alta tensión. Su mayor ventaja es también su mayor desventaja. Están diseñados para que, una vez curados, no se fundan ni fluyan. Durante su uso son, por tanto, estables, pero cuando termina su vida útil resulta muy difícil volver a aprovecharlos.
De este problema se ocupó el equipo del proyecto VIT, financiado por la Unión Europea en el marco de las Acciones Marie Skłodowska-Curie y coordinado por la Universidad de Parma, en Italia.
Los investigadores apostaron por los vitrímeros. Son polímeros que durante su uso se comportan como los termoestables clásicos, pero que, al calentarse, pueden cambiar de forma, repararse o reprocesarse. El objetivo estaba claro: desarrollar materiales que combinen la funcionalidad con la posibilidad de reciclarlos.
Los trabajos avanzaron en varios frentes a la vez. Los investigadores se ocuparon de:
Uno de los resultados clave es un conjunto de materiales que muestran tensiones, arañazos, humedad o entrada de oxígeno mediante un cambio visible de color o de fluorescencia. De ello se encargan unas moléculas especiales llamadas mecanóforos.
«Gracias a nuestros mecanóforos o moléculas ópticas, es posible detectar daños, o el paso de humedad u oxígeno, a simple vista, ya que las grietas, el oxígeno o la humedad provocan un claro cambio de color», explica la coordinadora del proyecto, Roberta Pinalli.
En la práctica, esto supone la posibilidad de detectar pequeños arañazos y microfisuras antes de que se conviertan en daños más graves. Lo importante es que, en determinados sistemas, la respuesta óptica pudo conservarse o restaurarse incluso después de reprocesar el material. La señal no desaparece, pues, con el primer ciclo de vida del plástico.
Los socios del proyecto comprobaron cómo se comportarían los nuevos materiales en el aislamiento de cables de alta tensión, en materiales compuestos y en piezas termoestables. Los cables son un buen banco de pruebas, porque el polietileno reticulado que se utiliza ampliamente para aislarlos es difícil de reciclar.
El equipo probó entonces ionómeros a base de polietileno y formulaciones de vitrímeros como posibles sustitutos. El resultado es prometedor: su comportamiento eléctrico resultó comparable al de los materiales convencionales.
Lo más difícil fue conservar la resistencia mecánica. Fue la propiedad más sensible al reprocesamiento. Como relata Pinalli, en el caso de los materiales a base de polietileno «después del reciclaje observamos un comportamiento más rígido».
Esta observación confirma que el material puede reprocesarse, pero que su comportamiento mecánico depende en gran medida del historial de procesamiento y de las condiciones de reciclaje. En el aislamiento de cables o en los materiales compuestos, donde los parámetros deben ser predecibles durante mucho tiempo, es una cuestión clave.
Los investigadores demostraron además que determinados sistemas de vitrímeros con capacidad de autodiagnóstico pueden reprocesarse al menos cuatro veces conservando su respuesta funcional. Por ahora no se han probado más ciclos. Tras los sucesivos tratamientos, los materiales se volvieron menos elásticos y, en algunos aspectos, mecánicamente más débiles, aunque su rigidez se mantuvo prácticamente igual.
El equipo presentó también métodos de procesamiento relevantes para la industria: extrusión reactiva, moldeo por compresión y moldeo por inyección, probados en sistemas seleccionados a base de polietileno. Aun así, el principal obstáculo sigue siendo trasladar la química de laboratorio a una fabricación fiable.
«El equipo de procesamiento es el principal obstáculo, porque el procesamiento de un vitrímero es reológicamente muy diferente al procesamiento de un termoplástico: las viscosidades son bastante diferentes, y la viscosidad del vitrímero es mayor que la del termoplástico», subraya la coordinadora.
Para las empresas supondría adaptar los rangos de temperatura del proceso, los protocolos de secado, los tiempos de residencia y las condiciones de mezcla. La nueva química por sí sola no basta: también hacen falta cambios en la línea de producción.
La historia de VIT muestra bien cuántas especialidades se encuentran al trabajar con un solo plástico. Hay diseño de moléculas y química de polímeros, ingeniería eléctrica ligada al aislamiento de cables, e ingeniería de procesos y transformación de plásticos. Cada una de estas disciplinas aporta su pieza: unos hacen que el material cambie de color al agrietarse, otros comprueban si sigue aislando bien y otros buscan la manera de extruirlo y moldearlo a escala industrial.
El proyecto VIT demostró que los vitrímeros inteligentes pueden diagnosticar daños, facilitar su reparación y permitir el reprocesamiento. Sustituir los termoestables actuales, difíciles de reciclar, exigirá sin embargo una validación a largo plazo, métodos de ensayo estandarizados y procesos que la industria pueda llevar a cabo de forma fiable. El camino desde un plástico que cambia de color al agrietarse hasta un cable de la red eléctrica es, por tanto, todavía largo, pero ya se han dado los primeros pasos.
5 preguntas · un minuto
English
Čeština
Deutsch
Español
Français
Magyar
Italiano
Polski
Português
Русский
Slovenčina
Türkçe
Українська
العربية
中文