Nuevo hidrogel podría reemplazar al plástico

Una nueva clase de hidrogel podría reemplazar definitivamente a los plásticos. El nuevo material, que incorpora arcilla como parte de su estructura para conseguir una mayor rigidez, es muy poco agresivo para con el medio ambiente y puede substituir al plástico -derivado del petróleo- en casi todas las aplicaciones imaginables. Sin embargo, puede que su costo, por ahora mayor al de los polímeros tradicionales, sea una barrera que dificulte su adopción inmediata. ¿Estamos cerca de eliminar los “ecologicamente incorrectos” plásticos de nuestra civilización?

La invención de los plásticos a mediados del siglo XIX cambió la civilización humana tan profundamente como lo hicieron antes el dominio del fuego, la metalúrgica del bronce o la fabricación del acero. El invento del primer material plástico se debe a Leo Hendrik Baekeland, quién descubrió una substancia a la que llamó baquelita. Esta sería la primera de una serie de resinas sintéticas que revolucionarían la tecnología moderna, iniciando la llamada “era del plástico”. A lo largo del siglo XX el uso del plástico se hizo extremadamente popular y llegó a sustituir a otros materiales, tanto en el ámbito doméstico, como el industrial y comercial. Estos versátiles polímeros carecen de un punto fijo de ebullición y poseen -dentro de un determinado intervalo de temperaturas- propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones. Sin embargo, su impacto en el medio ambiente -en la fabricación de plásticos  se utilizan grandes cantidades de petróleo– y en la salud constituyen una desventaja significativa que le quita brillo a un material tan útil y económico.

Los plásticos cambiaron la civilización, en el ámbito doméstico, industrial y comercial.

Buscando la forma de reemplazar a los plásticos por algún material de características similares pero sin sus desventajas, los científicos de la Universidad de Tokio, en Japón, han desarrollado una mezcla de arcilla e hidrogel que -esperan- pueda substituir al plástico en un amplio número de aplicaciones, sin poner en peligro las personas o el planeta. Takuzo Aida, el responsable del equipo que llevó a cabo este trabajo, mezcló unos pocos gramos de arcilla con 100 gramos de agua en presencia de pequeñas cantidades de un agente espesante conocido como poliacrilato de sodio y un “pegamento molecular orgánico”. El agente espesante ayuda a distribuir la arcilla en láminas delgadas, aumentando su superficie y permitiendo que el pegamento mencionado logre un mejor control sobre ella. El resultado es una mezcla compuesta aproximadamente por un 98% de agua, que forma un hidrogel transparente y elástico, con una resistencia mecánica lo suficientemente importante como para ser capaz de crear un puente autosostenido de 3,5 centímetros de ancho.

Una vez dispuestos los materiales, el gel se forma en sólo 3 minutos.

Los hidrogeles son sustancias en estado coloidal con apariencia sólida como la albúmina coagulada por el calor o la gelatina gelificada por enfriamiento. Los científicos han estado utilizando diferentes clases de hidrogeles en la medicina desde la década de 1980, pero su falta de rigidez y durabilidad limitaba su utilización en otros ámbitos. Sin embargo, al añadir una pequeña cantidad de arcilla a la mezcla, Aida y sus investigadores han logrado proporcionar al hidrogel la rigidez necesaria para hacerlo un material mucho más versátil. La arcilla fortalece el hidrogel porque el polímero utilizado para enlazar el agua con el gel también se adhiere a la arcilla, al agua, y otras cadenas de polímeros. Aferrándose a todos estos elementos, el polímero forma un andamiaje rígido sobre el que se apoyan las otras moléculas, creando un material sólido.

La resistencia del nuevo material proviene de la suma de las fuerzas que actúan entre las moléculas en las nanocapas de arcilla y pegamento, explica Aida. Estas fuerzas, llamadas “fuerzas supramoleculares”, son semejantes a la de los enlaces del hidrógeno y también ayudan a atrapar las moléculas de agua entre las láminas de arcilla. Algunos hidrogeles ensayados con anterioridad dependían de los enlaces químicos covalentes para obtener su resistencia. Pero cuando se rompían los enlaces covalentes, el material perdía irreversiblemente su rigidez. En cambio, las fuerzas supramoleculares se pueden “regenerar” fácilmente, y si el material resulta dañado por el estrés mecánico puede recuperar rápidamente su resistencia original. Una vez dispuestos los materiales en el tubo de ensayo, el gel se forma en sólo 3 minutos. Cualquiera puede hacerlo en su casa sin necesidad de comprender los procesos químicos involucrados. “Uno de los principales avances de este material es la simplicidad general del procedimiento de fabricación, además de las excepcionales propiedades físicas que posee la estructura resultante”, dice Craig Hawker, un científico de la Universidad de California que no participó en el estudio.

El material está compuesto por un 98% de agua.

Al estar constituido básicamente por agua, barro y sólo un poco de polímero, el nuevo material no tiene ninguna de las propiedades tóxicas de plástico. En un artículo publicado en la revista Nature,  Takuzo Aida explica que “para fortalecer el material simplemente basta con aumentar las cantidades de arcilla, poliacrilato de sodio y cola, siempre que la transparencia no sea importante.” Unas de las grandes incógnitas que surgen al analizar el nuevo material es su costo. En efecto, si queremos eliminar los “ecologicamente incorrectos” plásticos de nuestra civilización necesitamos un material que no solo tenga sus ventajas estructurales y adolezca de sus limitaciones, sino que además sea -como mínimo- tan barato como lo que se quiere reemplazar. Es muy pronto para estimar cuanto costará una pieza del hidrogel de Takuzo Aida, ya que nadie ha construido una planta capaz de fabricarlo en cantidades industriales. Fabricar las pequeñas muestras que se han usado a lo largo de la investigación no ha sido barato, pero puede ser que una vez industrializado su valor descienda notablemente. Si el costo no es un problema, el nuevo  material podrá ser considerado como un reemplazo viable para el plástico, al menos cuando se haya determinado que realmente cumple con lo que promete.

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Ariel Palazzesi

10 Comments

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  1. Está claro que un nuevo compuesto, de buenas a primeras no puede competir con un proceso industrializado de más de 100 años, pero lo principal es darle impulso, y como dicen, industrializar el proceso de fabricación. Igualmente, probablemente se requerirán varios años (o décadas) para perfeccionar los procesos de fabricación, pero el sólo hecho de decidir poner en marcha este proceso ya seria una buena noticia.

  2. "con una resistencia mecánica lo suficientemente importante como para ser capaz de crear un puente autosostenido de 3,5 centímetros de ancho."
    En realidad es muy poca resistencia, esperemos que esto sea solo en el comienzo. Lo que yo me pregunto, es que al estar compuesto un 98% de agua, que tal es su resistencia química/termica. Por ejemplo hay plasticos que pueden soportar mucho mas de 100 °C y temperaturas inferiores a 0 °C sin cristalizarse. No creo que algo compuesto de 98% de agua pueda soportar esas condiciones.

    • El articulo menciona que si la "transparencia" no es demasiado importante, aumentado las cantidades de barro, poliacriato de sodio y cola, su fuerza se incrementa de manera importante

  3. Mm…. ok esta compuesto 98% de agua…

    y cuando se acabe el agua? :

    recuerdan q es otro elemento que esta comenzando a escasear?

    • estas conciente que no dicen agua potable… a la mejor con agua de mar o agua tratada se puede hacer este material.

      Despues de todo lo que se esta acabando es el agua potable…

  4. Una de las cosas que se critican a los platicos de la industria petroquimica es su durabilidad. Cuando se los desecha quedan acuulandose en el ambiente sin degradarse por mucho tiempo. Es obvio que parecen innecesarios para envoltorios y productos descartables.
    Por el otro lado están los plasticos ecologicos como los nada nuevos plasticos derivados del maiz ("el oro de América") que son muy utiles para los envoltorios y se usan para casi todo clase de envoltorio, no solamente para los paquetes de comida de los supermercados. El problema con estos plasticos del maiz es tambien su ventaja y es que se degradan rápido. En poco tiempo no quedan rastros de su existencia. Tambien tienen el problema de que se grandes cantidades se dejarían de usar como alimento para usarse como plasticos, probablemente mejor pagados dejando el maiz restante de consumo alimenticio muy costoso y lejos del alcance de los pobres y hambrientos, pero eso es otro tema.

    Esto nos dejan con un mercado que no es todavia sustituido por productos ecologicos. Los productos durables de plasticos. Como ejemplo pensemos en un CD, se supone que lo que grabmos en el debería durar y eso no sucedería si el soporte fisico se transforma en un moco al poco tiempo segun cambios de presion y temperatura. Y aquí entra este nuevo hidrogel. Me parece bueno que se utilice para sustituir envoltorios pero dudo mucho que ese 98% de agua se mantenga con forma de plastico cuando el laser de la lectora de CD haga lo suyo.

    Los plasticos de la industria petroquimica todavia tienen una larga vida (en dos sentidos)

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