Nuevo procedimiento para mejorar los termoplásticos
Nuevos conocimientos gracias a la nanoimagen y la espectroscopia en la línea de luz IRIS de BESSY II
Los termoplásticos de origen biológico se producen a partir de materiales orgánicos renovables y pueden reciclarse tras su uso. Su resistencia puede mejorarse mezclando termoplásticos de origen biológico con otros termoplásticos. Sin embargo, a veces es necesario mejorar la interfaz entre los materiales de estas mezclas para conseguir propiedades óptimas. Un equipo de la Universidad Tecnológica de Eindhoven (Países Bajos) ha investigado en BESSY II cómo un nuevo proceso permite fabricar mezclas termoplásticas con una elevada resistencia interfacial a partir de dos materiales base: Las imágenes tomadas en la nueva nanoestación de la línea de luz IRIS mostraron que durante el proceso se forman capas nanocristalinas que aumentan el rendimiento del material.
Los termoplásticos de base biológica se consideran respetuosos con el medio ambiente, ya que proceden de materias primas no petrolíferas y pueden reciclarse igual que los termoplásticos estándar. Un material termoplástico de base es el ácido poliláctico (PLA), que puede producirse a partir de la caña de azúcar o el maíz. Investigadores de todo el mundo trabajan para optimizar las propiedades de los plásticos basados en PLA, por ejemplo mezclándolos con otros materiales termoplásticos de base. Sin embargo, esto supone un verdadero reto.
Un nuevo proceso para mejorar las mezclas
Ahora, un equipo de la Universidad Técnica de Eindhoven dirigido por la profesora Ruth Cardinaels está demostrando cómo se puede mezclar con éxito el PLA con otro termoplástico. Han desarrollado un proceso en el que se forman durante la producción determinados copolímeros basados en PLA (por ejemplo, SAD), que facilitan la mezcla de las dos materias primas al formar capas (estereo)cristalinas especialmente estables en las interfaces entre las distintas fases poliméricas (estrategia ICIC).
Perspectivas en la línea de luz IRIS
En BESSY II han descubierto ahora qué procesos garantizan que las propiedades mecánicas del termoplástico mezclado sean significativamente mejores. Para ello, examinaron mezclas puras al 50% de los termoplásticos PLA y fluoruro de polivinilideno (PVDF), así como muestras con los copolímeros basados en PLA en la línea de luz IRIS de BESSY II.
Cristales de estereocomplejos en las interfaces
Mediante espectroscopia infrarroja en la línea de luz IRIS, el estudiante de doctorado Hamid Ahmadi pudo demostrar la formación del copolímero SAD basado en PLA. Otras mediciones con rayos X mostraron cómo la formación de SAD afecta al comportamiento de la cristalización. Las nuevas capacidades de nanoimagen y espectroscopia de la línea de luz IRIS permiten una visualización e identificación químicas avanzadas a partir de áreas de muestra tan pequeñas como 30 nm. Esta precisión fue crucial para determinar que los cristales de estereocomplejos se localizan exclusivamente en la interfase. Las imágenes de nanoscopía infrarroja mostraron una capa de 200-300 nm de espesor de cristales de estereocomplejos en las interfases.
Razón de una mayor estabilidad
La formación de cristales de estereocomplejos en las interfaces aumenta la estabilidad y la temperatura de cristalización. La nucleación en la interfase acelera el proceso general de cristalización dentro de la mezcla PLLA/PVDF. Además, la capa cristalina interfacial mejora la transferencia de tensiones mecánicas entre las fases y, por tanto, las propiedades de tracción; el alargamiento a la rotura aumenta incluso hasta un 250 %.
"Al dilucidar la localización y distribución de la capa cristalina en nuestras muestras, pudimos entender mucho mejor el procedimiento de mezcla", afirma Hamid Ahmadi. "Al desarrollar una nueva estrategia hemos despejado el camino para el desarrollo de mezclas de polímeros de alto rendimiento", añade Ruth Cardinaels.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Hamid Ahmadi, Paul M. H. van Heugten, Alexander Veber, Ljiljana Puskar, Patrick D. Anderson, Ruth Cardinaels; "Toughening Immiscible Polymer Blends: The Role of Interface-Crystallization-Induced Compatibilization Explored Through Nanoscale Visualization"; ACS Applied Materials & Interfaces, Volume 16, 2024-10-16
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