Las películas de látex sintético se usan ampliamente en muchos campos, pero generalmente contienen aditivos dañinos para mejorar su resistencia. En un estudio reciente, investigadores de Japón desarrollaron una nueva clase de películas de látex compuestas de nanopartículas acrílicas reticuladas con rotaxano. Estas películas exhiben notables propiedades mecánicas, incluida una excelente resistencia a la propagación de grietas sin aditivos, y son fácilmente reciclables, allanando el camino para materiales más amigables con el medio ambiente.

Los materiales de polímeros sintéticos, como los plásticos y las gomas, se han vuelto omnipresentes en nuestra vida diaria. Por lo tanto, es esencial garantizar que sean seguros, duraderos y sostenibles. Esto es especialmente cierto en el caso de las películas de látex sintético, que se utilizan ampliamente en el envasado, la biomedicina y la electrónica.

Pero, ¿qué son exactamente las películas de látex sintético? En pocas palabras, son un tipo de películas basadas en nanopartículas que se producen secando una mezcla de nanopartículas de polímero y agua. A medida que el solvente se evapora, las nanopartículas se empaquetan más hasta que finalmente las interacciones entre las cadenas de polímeros en los límites de las nanopartículas crean una película coherente. Desafortunadamente, las películas de látex producidas de esta manera son débiles. En la mayoría de los casos, se deben agregar solventes orgánicos y rellenos a la mezcla inicial para mejorar las propiedades mecánicas del producto final. Estos aditivos no solo son caros sino también dañinos para el medio ambiente.

Afortunadamente, un equipo de investigadores de Japón, dirigido por el profesor asociado Daisuke Suzuki de la Universidad de Shinshu, desarrolló recientemente una forma innovadora de producir películas de látex basadas en nanopartículas elásticas duras y resistentes a las grietas sin usar tales aditivos. Su trabajo, disponible en línea el 16 de junio de 2023 y publicado en el volumen 39, número 26 de la revista Langmuir el 4 de julio de 2023, incluyó contribuciones de Yuma Sasaki de la Universidad de Shinshu y el profesor Toshikazu Takata de la Universidad de Hiroshima.

La clave de su enfoque fue una nueva estructura molecular conocida como rotaxano, que consta de dos componentes principales: una molécula con forma de anillo y una molécula de « eje » lineal. La molécula en forma de anillo se enrosca a través de la molécula del eje, que queda atrapada mecánicamente debido a la forma de las terminaciones del eje.

Los investigadores aprovecharon este mecanismo de interconexión en el rotaxano al hacer que la molécula en forma de anillo se una químicamente a una cadena de polímero y la molécula del eje a otra cadena. A continuación, prepararon mezclas de agua y nanopartículas poliméricas mediante ultrasonicación estándar y posterior polimerización que, a su vez, sirvieron para producir películas de látex. Los experimentos de estiramiento realizados en estas películas revelaron que la estrategia basada en rotaxano resultó en algunas propiedades notables. « A diferencia de los polímeros elásticos basados ​​en nanopartículas convencionales, las películas de látex compuestas por nanopartículas reticuladas con rotaxano exhibieron un comportamiento inusual de propagación de grietas », explica el Dr. Suzuki. « La dirección de propagación de la grieta cambió de ser paralela a la grieta a una perpendicular a la grieta, lo que resultó en una mayor resistencia al desgarro ».

El nuevo enfoque para hacer películas de látex ofrece muchas ventajas sobre los métodos convencionales. Lo que es más importante, no se necesitan aditivos tóxicos para lograr una dureza de película razonable. Además, dado que solo se necesita una pequeña cantidad de rotaxano, el peso total de las películas se puede mantener bajo mientras se conserva la flexibilidad. Las películas de látex propuestas también son sostenibles. « Son degradables y se pueden desarmar fácilmente en nanopartículas individuales simplemente sumergiéndolas en un solvente orgánico amigable con el medio ambiente, como una solución acuosa de etanol », destaca el Dr. Suzuki. « Estas nanopartículas pueden volver a formar una película tras la evaporación de la solución. Los hallazgos de esta investigación pueden ayudar a crear materiales altamente duraderos y reciclables ».

En general, el equipo espera que su trabajo amplíe el alcance del diseño de nuevas películas de polímeros sin aditivos. Por lo tanto, dichos materiales podrían volverse biocompatibles, con aplicaciones potenciales en biotecnología y medicina, además de empaques, recubrimientos industriales y adhesivos.