El polietileno reciclable revela daños y aísla los cables
Los plásticos utilizados en los materiales compuestos resistentes, recubrimientos y aislantes eléctricos de alta tensión suelen ser difíciles de reciclar porque están diseñados para no fundirse ni fluir una vez curados. Esa durabilidad es útil durante su uso, pero supone un desafío al final de su vida útil. Con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie, el equipo del proyecto VIT(se abrirá en una nueva ventana) trabajó con vitrímeros, que son polímeros que pueden comportarse como termoestables durante su uso, pero que pueden ser remodelados, reparados o reprocesados al calentarse. El objetivo del proyecto es lograr que estos materiales sean a la vez funcionales y reciclables. Se exploraron moléculas ópticas que indican daños, humedad o permeación de condensación, se produjeron películas autorreparables y con capacidad de autodiagnóstico, y se probaron sistemas a base de polietileno para el aislamiento de los cables de alta tensión. Este trabajo se vincula con investigaciones europeas más amplias en polímeros termoestables reciclables y vitrímeros para aplicaciones exigentes de materiales compuestos.
Plásticos reciclables con alertas de daños incorporadas
Uno de los hallazgos fue un conjunto de materiales que pueden mostrar tensiones, arañazos, humedad o entrada de oxígeno mediante un cambio visible de color o fluorescencia. Roberta Pinalli, coordinadora del proyecto VIT, explica: «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». Eso ayudaría a detectar pequeños arañazos o microfisuras antes de que se hagan visibles como fallos mayores. En determinados sistemas, la respuesta óptica podría conservarse o restaurarse tras el reprocesamiento, lo que acerca los materiales al concepto de reutilización, reparación y reciclaje.
Aislamiento de cables y termoplásticos con una segunda vida
Los socios de VIT también analizaron unas aplicaciones iniciales más prácticas, como el aislamiento de cables de alta tensión, los materiales compuestos y las piezas termoestables. El polietileno reticular convencional se utiliza ampliamente en el aislamiento de cables de alta tensión, pero es difícil de reciclar. En VIT se probaron formulaciones de ionómeros y vitrímeros a base de polietileno como posibles alternativas, y en las pruebas del proyecto se demostró que su comportamiento eléctrico era comparable al de los materiales convencionales. La propiedad más difícil de preservar después del reciclaje era la resistencia mecánica. En los vitrímeros a base de polietileno, explica Pinalli, «después del reciclaje observamos un comportamiento más rígido». Esto sugiere que el material puede reprocesarse, pero su respuesta mecánica depende en gran medida del historial de procesamiento y de las condiciones de reciclaje. Para usos como el aislamiento de cables y los compuestos estructurales, esto es importante porque los materiales reciclados necesitan un rendimiento predecible a largo plazo.
Por qué la fabricación todavía limita un uso más amplio de los vitrímeros
En el trabajo del proyecto se demostró que determinados sistemas de vitrímeros con capacidad de autoinforme podían reprocesarse al menos cuatro veces conservando su respuesta funcional, aunque no se probaron ciclos adicionales. Tras el reprocesamiento, los materiales se volvieron menos elásticos y más débiles desde el punto de vista mecánico en algunos aspectos, mientras que su rigidez se mantuvo prácticamente similar. También se demostraron rutas de procesamiento relevantes para la industria, como la extrusión reactiva, el moldeo por compresión y el moldeo por inyección, en sistemas seleccionados a base de polietileno. El principal obstáculo sigue siendo la posibilidad de trasladar la química de laboratorio a una fabricación robusta. Pinalli es directa al respecto: «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». Esto significa que las empresas necesitarían adaptar los rangos de temperatura, los protocolos de secado, los tiempos de residencia y las condiciones de mezcla. Estos cambios en los procesos de fabricación son el puente entre los termoplásticos reciclables prometedores y los productos reales. En el proyecto VIT se demuestra que los vitrímeros inteligentes pueden informar sobre daños, facilitar la reparación y ser reprocesados. Sin embargo, la sustitución de los termoplásticos actuales, difíciles de reciclar, seguirá requiriendo una validación a largo plazo, pruebas estandarizadas y procesos que la industria pueda llevar a cabo de forma fiable.
