Materiales autorreparables basados en polímeros entrecruzados

Abstract

Los polímeros entrecruzados (epoxis, fenólicos, poliésteres insaturados, etc.) se usan en forma masiva en pinturas, recubrimientos, partes eléctricas y electrónicas, y en materiales compuestos con fibras de vidrio o carbono. Estos materiales pueden sufrir daño causado por la exposición a condiciones externas y cargas variables. El daño comienza usualmente con pequeñas fisuras o huecos que coalescen y propagan lentamente hasta alcanzar un tamaño crítico que provoca una ruptura catastrófica del material. En años recientes se han reportado varias estrategias para obtener materiales autorreparables basados en polímeros entrecruzados, aunque las aplicaciones prácticas están todavía en sus inicios. El concepto básico es dispersar en la formulación inicial microcápsulas conteniendo un líquido reactivo. Además se incorpora un catalizador para producir la reacción del líquido encapsulado. El material final (p/e un recubrimiento) es un polímero entrecruzado conteniendo la dispersión de microcápsulas y un catalizador fuera de las mismas. Cuando se genera una pequeña fisura, se produce la ruptura de las microcápsulas que encuentra a su paso y su llenado con el líquido reactivo. El catalizador se disuelve en el líquido, inicia la reacción de polimerización y forma un material sólido que sella la fisura. Una extensión de este concepto es el desarrollo de redes poliméricas que pueden ser reparadas aplicando un ciclo térmico adecuado o radiación ultravioleta. Estos materiales basan su reparación en la reestructuración de sus uniones químicas o en la transformación sólido-líquido-sólido de una segunda fase.

Crosslinked polymers (epoxies, phenolics, unsaturated polyesters, etc.) are extensively used in paints, coatings, adhesives, electric and electronic parts and in composite materials with glass or carbon fibers. These materials are susceptible to damage caused by exposure to variable external conditions and repeated loadings. The damage usually begins with small cracks or voids that coalesce and propagate slowly until a critical size is reached, leading to a catastrophic failure of the material. In recent years, several strategies to obtain self-healing materials based on crosslinked polymers were reported, although practical applications are still in the preliminary steps. The basic concept is to disperse in the initial formulation microcapsules that contain a reactive liquid. A catalyst that produces the reaction of the encapsulated liquid is also incorporated. The final material (e.g., a coating) is a crosslinked polymer including the dispersion of microcapsules and a catalyst outside them. When a small crack is generated, it breaks the microcapsules that finds in its way and the crack becomes filled with the reactive liquid. The catalyst dissolves in the liquid, initiates the polymerization reaction and generates a solid material that seals the crack. An extension of this concept is the development of polymer networks that can be repaired by applying a convenient thermal cycle or ultraviolet irradiation. These materials are based on the restructuration of covalent crosslinks or on a solid-liquid-solid transformation of a second phase.