Plásticos autoregenerativos, ¡la amenaza del metal!

Uno de los debates más comunes dentro del seSr. Plástico auto-regenerativoctor del automóvil, que atrae a optimistas e incrédulos, detractores y defensores, escépticos y esperanzados. Aquí hay lugar para toda opinión al respecto, y es que desde la invención de los polímeros, nuestro querido metal se está viendo amenazado, en peligro de extinción, o completamente erradicado en determinadas aplicaciones.

¿Quien le iba a decir a Henry Bessemer y sus colegas que su convertidor de acero tendría los días contados hacia el siglo XXI? Los llamados plásticos auto-regenerativos han llamado a la puerta, y quieren entrar! ¿Qué hacemos? ¿Les dejamos pasar?

Un poco de historia…

Metales y aleaciones tales como oro, hierro, plata, cobre, bronce, etc, han sido utilizados desde aproximadamente el 4000 a.C. Aún así, no sería hasta la Revolución Industrial cuando la producción de acero comenzó a germinar industrialmente.

A partir de entonces, gracias al descubrimiento en 1855 del Proceso Bessemer para la fabricación industrial de acero y el convertidor Thomas-Bessemer, aumentaría su producción en serie y aplicación industrial de forma espectacular. Más tarde, dicha aplicación llegaría al mundo del motor y del automóvil de la mano de la “Segunda Revolución Industrial”.

Ante la inexistencia de leyes de protección medioambiental y con una fuente de energía abundante y barata como era el petróleo, el acero se convirtió en el material perfecto para el automóvil, resistente, tenaz, barato y fácil de procesar.

Algo similar le ocurriría al aluminio y sus aleaciones, metales considerados de lujo hasta la llegada de la Industrialización debido a sus altos costos de fabricación y obtención. No fue hasta 1886 y 1889 cuando se descubrieron los procesos Hall-Héroult y Bayer respectivamente, y que permitieron una mejora extraordinaria de su eficiencia de producción a nivel industrial, convirtiéndose así en un metal común y aplicado de forma extensiva.

A pesar de sus inferiores propiedades mecánicas en comparación con el acero, el bajo peso del aluminio ha hecho que se convierta hoy en día en un material de suma importancia en automoción, siendo utilizado en gran cantidad de componentes. Su “no demasiado alto” precio junto con sus propiedades mecánicas y físicas, lo convierten hoy en día en la principal competencia del acero, de los plásticos y de los materiales compuestos.

¿Y qué historia tienen los plásticos? Pues no muy diferente de la de los metales, ya que polímeros naturales tales como lana, seda, celulosa, etc,…eran ya utilizados en la Prehistoria, aunque no fue hasta la Segunda Revolución Industrial cuando los polímeros sintéticos vieron la luz.

Tras el vulcanizado del caucho en 1839 por Charles Goodyear y el sintetizado del nitrato de celulosa en 1846 por Christian Friedrich Schönbein, el primer plástico apareció en torno al 1860 cuando John Wesley Hyatt desarrolló el celuloide. Posteriormente en 1907 Leo Hendrik Baekeland sintetizaría la baquelita, el primer polímero totalmente sintético.

A partir de ese momento, el plástico comenzaría una carrera de fondo que, a día de hoy, aún continua y avanza con ambición. Hasta tal punto, que no solo en el ámbito industrial y de investigación, sino también en el aspecto cotidiano el plástico se ha ganado un lugar prominente como material para multitud de objetos y componentes, de la mano de polímeros y materiales compuestos con excepcionales propiedades.

Condenados a entenderse, al menos en automoción!

Dada su historia paralela, metales y plásticos estaban destinados a encontrarse algún día, pero… ¿y a entenderse también? Pues de momento sí. Centrándonos en la automoción, vemos que el estado del arte tanto de metales como de materiales de base polimérica aún no ha permitido que uno pueda sustituir al otro al 100%, por lo que durante las últimas décadas ambos materiales se han visto “condenados” a convivir de forma conjunta en los vehículos.

Cualquier automóvil actual es un conjunto de piezas y estructuras realizadas a base de diferentes materiales, tales como metales, plásticos, materiales compuestos, cerámicos, madera, textil,…Tres factores son los que influyen en la elección de un material u otro: factibilidad técnica, factibilidad económica y cumplimiento de requisitos necesarios. Si un material no cumple alguno de dichos factores para una aplicación en concreto, no será elegido.

Y eso es lo que ha ocurrido en la batalla plástico VS metal que viene librándose desde hace varias décadas. Las cada vez más estrictas regulaciones medioambientales y el cada vez mayor precio del petróleo han sido y son un aliciente para impulsar a los OEMs a buscar materiales cada vez más ligeros. Y es ahí donde entran en juego los plásticos, mucho menos pesados que cualquier metal tradicionalmente usado en automoción. Además, su excelente reciclabilidad, flexibilidad para el diseño e integración con otros materiales lo han convertido en el principal competidor y/o aliado de los metales.

Y los avances en este aspecto han sido asombrosos, actualmente entre el 12 y el 15% del peso del vehículo es plástico, cifra que alcanzará el 20% en pocos años. En combinación con otros materiales, los plásticos pueden reducir el peso de los componentes hasta un 70% en comparación con materiales convencionales. El desarrollo de nuevos materiales compuestos y aditivos han creado un abanico de posibilidades casi infinitas para crear el plástico perfecto para cada aplicación. Incluso en 2014 pudimos ver el Strati, el primer vehículo realizado mayoritariamente a partir de material de base polimérica.

Y por si esto fuera poco como pesadilla para los metales, ahora llegan plásticos que “se reparan solos”, que son capaces de regenerar sus estructuras ante daños. Los metales tiemblan, nunca se habían visto tan amenazados como hasta hoy! Su única fuente de esperanza es saber que aún son insustituibles en entornos con altas temperaturas y solicitaciones elevadas, son relativamente baratos y tienen una reputación de años de historia que será difícil olvidar. Aún así no me cabe la menor duda, por suerte o por desgracia, de que los metales acabarán sucumbiendo a los encantos del plástico, ¿pero para cuándo? Ni idea, de momento veamos algo más sobre los plásticos auto-regenerativos!

Los plásticos auto-regenerativos.

El avance de los plásticos ha sido tan vertiginoso, que a comienzos de este siglo florecieron los primeros resultados sobre investigaciones en polímeros que son capaces de regenerarse ante daños en su microestructura, también llamados polímeros autoregenerativos.

Las primeras investigaciones con resultados optimistas y aplicables al mundo real aparecieron a comienzos del año 2000, cuando investigadores de la Universidad de Illinois desarrollaron un polímero capaz de cicatrizar ante fracturas bajo presión o temperatura. En torno a 2007 investigadores de la misma universidad fueron capaces de mejorar dicho comportamiento autoregenerativo sin necesidad de que el material recibiese intervención externa, lo que abrió la puerta a un mundo aún apenas sin explorar y con infinitas posibilidades.

La primera aplicación de dicho material fue simulando piel humana. El material, formado por una capa de resina epoxy y partículas catalizadoras, estaba regado por una red de “vasos sanguíneos” capaces de llevar sustancias cicatrizantes hacia la zona que sufre el daño con el objetivo de repararlo en unas 10 horas.

En 2010 investigadores de la Universidad de Arizona realizaron avances similares basados en materiales con memoria de forma y estimulados a través de fibra óptica y calor.

Tan solo 7 años ha necesitado la Universidad de Ilinois para que su Insituto Beckman haya avanzado en este campo lo suficiente como para desarrollar en 2014 un nuevo polímero capaz de regenerar no solo grietas sino agujeros de hasta 9 mm de diámetro y 3mm de espesor. 

Los investigadores han sido capaces de mejorar el proceso de cicatrización y controlar su cinética basándose en el mismo principio que sus descubrimientos de 2007. Es decir, un capilar transporta un gelificante catalizador y su iniciador, mientras que otro capilar contiene otro gelificante, su iniciador y monómeros. Cuando ambas sustancias se mezclan se forma un gel que se expande por la zona dañada polimerizando durante las siguientes dos horas hasta solidificar.

Los siguientes pasos son conseguir que la regeneración se mantenga estable con el paso del tiempo y restablezca las propiedades iniciales al 100%, lo cual aún no está logrado.

Hemos de ser conscientes de que no estamos hablando de regenerar pequeñas grietas sino de “crear” material nuevo. Un futuro donde un material “vivo” sea capaz de regenerarse ilimitadamente a lo largo del tiempo. ¿Os imagináis ver a vuestro vehículo cambiar de aspecto con el paso del tiempo? ¿O ver cómo se regenera inmediatamente tras un accidente? ¿Y las consecuencias económicas, de prevención de accidentes y de seguridad que ello traería?

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