Espumas con tamaños de celda diminutos para el transporte seguro de vacunas
Investigadores de la UVa desarrollan un proceso para fabricar polímeros nanocelulares transparentes sin necesidad de un postprocesado / Abren la puerta a un posible uso en varias aplicaciones industriales.
Sirven igual para aislarte del frío que para ayudar a frenar la COVID-19. Los polímeros nanocelulares son espumas que contienen del orden de 1013 poros por centímetro cúbico en su interior y cada poro tiene un tamaño del orden de los cientos de nanómetros. En el día a día estamos rodeados de estos materiales celulares, ya que existen de forma natural, un hueso, y de manera artificial, un corcho. También son plásticos porosos que tratan de imitar las estructuras naturales, como una esponja de baño, o que se encuentran en los colchones.
Estos polímeros celulares comunes tienen poros apreciables a simple vista, del orden de los milímetros o los cientos de micras. Si se reduce la escala de estos poros al orden de las micras, estaremos hablando de polímeros microcelulares. Cuando se reduce hasta el orden de los cientos de nanómetros, entonces estaremos hablando de un polímero nanocelular. El tamaño de un poro nanocelular es 1.000 veces menor que el tamaño de un cabello humano, y por cada centímetro cúbico de muestra, es decir, en un volumen equivalente a un milímetro de agua, nos encontraríamos más de 100 billones de estos poros.
¿Y para qué crear poros tan pequeños? Las espumas poliméricas son materiales conocidos y usados en el sector del aislamiento térmico, como los aislantes que se colocan en viviendas, las bandejas para uso alimenticio o los contenedores para el transporte de las vacunas contra el coronavirus. Pues bien, la reducción del tamaño de poro a la escala nanocelular contribuye a la fabricación de un aislante aún mejor. Los poros son tan pequeños que el gas contenido en ellos se encuentra confinado, de forma que el calor no es capaz de viajar a través del aire contenido dentro de la espuma.
Es como si estuviéramos haciendo vacío en su interior. Esto mejora el poder aislante de estos materiales; tanto que, para conseguir el mismo aislamiento en las viviendas que tenemos hoy en día, podríamos reducir el espesor de las paredes hasta tres veces si se usara este material aislante. Además, estas espumas presentan también unas propiedades mecánicas mejores en comparación con sus predecesoras. Es decir, son materiales más robustos y resistentes. Las aplicaciones empiezan a multiplicarse y a abarcar todo tipo de sectores industriales.
Un equipo de la Universidad de Valladolid (UVa) ha desarrollado un proceso para fabricar polímeros nanocelulares transparentes sin necesidad de un postprocesado. El objetivo, tal y como explica Judith Martín de León, investigadora en el Laboratorio CellMat y profesora asociada, es reducir aún más la escala, y producir poros de un tamaño no superior a los 50 nanómetros. «Por un lado, cuanto más se reduzca el tamaño del poro, más aislante será nuestro material, pero para esta escala de poro hay que sumar un nuevo efecto, que es lo que hace de este material un producto excepcional. Cualquier espuma polimérica es un material opaco, es decir, no permite que la luz pase a través de él. La propia presencia de celdas hace que el material, aunque se fabrique a partir de un polímero transparente, se vuelva opaco. Sin embargo, cuando los poros se reducen por debajo de los 50 nanómetros, la cosa cambia y la espuma empieza a ser transparente», detalla.
Y es que, agrega, la luz visible tiene una longitud de 500 nanómetros. Eso significa que cuando se encuentra en su camino con algún obstáculo de un tamaño parecido, interacciona con él desviándose de su camino. Los poros de una espuma convencional son obstáculos para la luz. Pero cuando los poros son tan pequeños como 50 nanómetros, se vuelven casi invisibles para la luz, y, por tanto, son capaces de atravesar la espuma llena de estos minúsculos poros sin apenas desviarse.
Si se suman todas las características de una espuma nanocelular con tamaños de celda por debajo de 50 nanómetros, se consigue un material aislante, con buenas propiedades mecánicas, y… ¡transparente! «El sueño de cualquier fabricante de ventanas», celebra Martín de León, quien asegura que la combinación única de propiedades le convierte en un material versátil para otro tipo de aplicaciones, como la fabricación de pantallas protectoras para los móviles, mascarillas transparentes o aplicaciones que aún no se pueden ni imaginar. Y todo, indica, optimizando su fabricación a través de un proceso sencillo que no requiera ni muchos pasos ni un tiempo de producción excesivo.
VALOR AÑADIDO
En cuanto a las ventajas, la investigadora de la Universidad de Valladolid destaca que el material fabricado tiene una combinación de propiedades únicas, lo que logra que pueda sustituir a materiales con unas prestaciones mucho menores. «Una de sus aplicaciones estrella sería la fabricación de ventanas transparentes. Actualmente una de las principales preocupaciones a nivel mundial es el ahorro energético. Uno de los sectores más afectados por ello es el sector de la construcción. A pesar de que las ventanas cubren un área pequeña de nuestras viviendas, un 15% de las pérdidas térmicas se produce a través de estas superficies», recalca Judith Martín de León.
En esta línea, comenta que el hecho de poder fabricar una ventana transparente o parte de ella a partir de una espuma o, en otras palabras, de un material aislante, implicaría grandes ahorros energéticos. Es verdad, reconoce la profesora asociada de la UVa, que ya existen materiales que han intentado sustituir a los actuales vidrios en edificación, los conocidos como aerogeles de sílice, si bien sus prestaciones mecánicas son «muy pobres».
Las ventanas a partir de polímeros nanocelulares transparentes serían, además de excelentes aislantes, resistentes, apunta para, a renglón seguido, indicar que estas ventanas serían útiles no solo en el sector de la construcción; si no, en el de la automoción o el transporte. «Los fabricantes de coches, así como de aviones o trenes abogan por la comodidad del pasajero tratando, por otro lado, de minimizar el consumo energético. Por tanto, estos materiales serían también sus perfectos aliados». Sin olvidar, por supuesto, que el proceso de producción es una tecnología verde, ya que el uso de dióxido de carbono que se utiliza para su fabricación no deja ningún residuo ni produce ningún contaminante.
A escala de laboratorio, Judith Martín de León avanza que seguirán trabajando en este producto, buscando mejoras y definiendo ventanas de proceso posibles, así como utilizando distintos materiales de partida. «El proyecto es muy prometedor y esperamos que nos ayude a conseguir financiación». A esto se suma un objetivo más ambicioso, que es lograr que estos materiales sean una realidad industrial, y poder llegar a sectores que pudiesen beneficiarse de este desarrollo, que creen que también puede contribuir a que la sociedad sea más sostenible.