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Plásticos mejorados con nanopartículas

Transformación de polímero comercial en material nanoestructurado (derecha). Fotos: Bárbara Castrejón.

14-11-2013

Por María Luisa Santillán, DGDC-UNAM




Tomar una aguja o una botella de plástico con tus manos, oír hablar de un catéter o ver los rieles que transportan los vagones del metro, puede ser tan común que muchas veces no nos detenemos a pensar, cuáles han sido los procesos ni el trabajo de investigación necesarios para conformar cada uno de estos objetos que son parte de nuestra vida cotidiana.

Tampoco imaginamos que detrás de la creación de materiales existen años de investigación para mejorar sus propiedades. Por ejemplo, antes las mangueras internas de un carro se colapsaban a cierta temperatura impidiendo el paso de aire hasta que finalmente el motor fallaba. Hoy, después de una serie de experimentos, es posible mejorar los materiales con que se crean estas mangueras, lo cual representa una aportación a la vida diaria.

En el Instituto de Investigaciones en Materiales de la UNAM, los doctores Octavio Manero Brito y Antonio Sánchez Solís han trabajado con los llamados nanocompuestos poliméricos, siendo el único grupo en nuestro país cuya labor ha rebasado la investigación básica para dar lugar a innumerables aplicaciones con estos materiales.

Un nanocompuesto polimérico es un polímero que tiene al menos una partícula de tamaño nanométrico, es decir, mil veces menor que una micra, siendo que mil micras constituyen un milímetro.

Las nanopartículas que utilizan básicamente son de arcilla, la cual está compuesta por la ceniza volcánica que a través del tiempo y con la lluvia ácida, se convierte en una partícula laminar, es decir, formada por varias capas de un nanómetro cada una. Es justamente esta característica la que permite que las propiedades mecánicas, de resistencia, de impermeabilidad a los gases, reológicas, ópticas y electrónicas de estos materiales mejoren.

Varas pata siembra de jitomate

Uno de los primeros trabajos de los académicos Octavio Manero Brito y Antonio Sánchez Solís con nanocompuestos poliméricos fue la fabricación de varas para la siembra del jitomate, las cuales originalmente eran de madera y tenían que ser reemplazadas cada año. Ellos sustituyeron las de madera por varas de plástico reciclado cuya duración es hasta cinco veces mayor, con lo que se ha logrado un importante impacto ecológico.

Asimismo, estos nanocompuestos poliméricos han sido utilizados en la producción de agujas de catéteres, a partir de resina poliéster con nanopartículas para sustituir las de acero. El investigador señaló que “el acero está sobrado en propiedades para catéteres y con la sustitución de éste no solo bajó el precio, sino que la parte plástica resultó mucho más viable para ese tipo de aplicaciones biomédicas como catéteres o agujas hipodérmicas”.

Otro uso en el área biomédica sería la aplicación de nanopartículas de sulfato de bario en polímeros que lo hacen radiopacos a los rayos X. Esta tecnología se puede aplicar para crear catéteres, los cuales al ser introducidos en las venas pueden verse a través de dicha técnica.

“Con el sulfato de bario nanométrico es posible hacer catéteres que sean transparentes a la vista, pero radio opacos a los rayos X, es decir, que se vea por dónde va el catéter dentro del organismo. Ya existen, pero con el sulfato de bario tradicional pierden muchas propiedades mecánicas, porque necesitan grandes cargas para que sea radiopaco”, explicó el doctor Manero Brito.

En la actualidad trabajan en la creación de un material que reemplace a los llamados durmientes del metro, que son aquellos soportes de madera sobre los cuales están los rieles por donde se transportan los vagones. El doctor Sánchez Solís explicó que actualmente en México ya no hay madera suficiente para sustituir alguno de los durmientes en caso de que fallen o se rompan, por lo tanto, se compran en Asia, Corea o Vietnam, lo cual representa un alto costo.

Señaló que estos durmientes se han querido sustituir por otros de concreto, los cuales al ser tan rígidos se rompen con las vibraciones cuando pasa el metro. Por tanto, se pensó en crear un material no tan rígido, pero que sea resistente y encontraron que los nanocompuestos cumplen con esas propiedades.

Se calcula que estos durmientes fabricados con nuevos materiales pueden durar hasta 100 años, a diferencia de los de madera que sólo tienen una duración de 25 años. En la actualidad, los investigadores están haciendo las pruebas para sustituir dichos durmientes con aquellos creados a base de nanocompuestos poliméricos.

Aportes a la ciencia de materiales

Para trabajar con nanocompuestos poliméricos, en el Instituto de Investigaciones en Materiales se han generado nuevos conocimientos en este campo. Por ejemplo, los investigadores explicaron que existe un protocolo que deben seguir para que la adición de las nanopartículas sea eficiente, pues no es lo mismo que en el trabajo en el laboratorio primero se coloque la partícula, después un aditivo y luego el polímero, que intercambiar el orden de alguno de estos procesos. Gracias a su trabajo diario de investigación han creado nuevos métodos para obtener buenos nanocompuestos poliméricos.

“En el protocolo de hacer el nanocompuesto y después el objeto tienen que ver muchas etapas. Desde la función química para introducirlo al polímero, hasta que éste se disperse. Nosotros hemos desarrollo varios métodos de dispersión de partículas, uno de ellos es a base de ultrasonido, el cual las dispersa y promueve que se distribuyan bien en el plástico, porque si no se distribuyen correctamente no tienen las propiedades que deben tener”, explicó el doctor Manero Brito.

Por su parte el doctor Sánchez Solís señaló que uno de los problemas a los que se enfrentan es que cualquier material se puede hacer nanopartícula; sin embargo, parte del conocimiento que han generado en el laboratorio es que cuando ya se tenga como nanopartículas se quede de esta manera para que puedan ser distribuidas y dispersas y tener las propiedades requeridas.

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