Materiales elastoméricos con memoria de forma

Resum

Los polímeros con memoria de forma (SMP) pueden recuperar su forma original desde una forma temporal (deformada) después de haber sido expuestos a un estímulo externo, por ejemplo, calor, luz, campo eléctrico y magnético o humedad. En general, los SMPs termosensibles requieren redes con enlaces permanentes y entrecruzamientos reversibles. Los enlaces permanentes determinan la forma permanente y son responsables de la recuperación original de la forma y pueden ser de naturaleza química (entrecruzamientos covalentes) o física (interacciones intermoleculares que forman morfologías de, al menos, dos dominios segregados, por ejemplo, fase cristalina y amorfa). Por otro lado, las interacciones reversibles son las responsables de la fijación temporal de la forma. Esta tesis doctoral se centra en el diseño de elastómeros con memoria de forma basados en la combinación de entrecruzamientos covalentes e iónicos, donde la naturaleza elástica del material se conserva tanto en su forma permanente como en sus posibles formas temporales. Para ello, se desarrollaron elastómeros con memoria de forma basados en un caucho comercial entrecruzado por enlaces iónicos y covalentes. Un caucho nitrílico carboxilado (XNBR) fue el elastómero seleccionado como matriz polimérica. Se añadieron óxido de magnesio (MgO) y peróxido de dicumilo (DCP) para formar entrecruzamientos iónicos y covalentes respectivamente. La denominada transición iónica (producida por la formación de agregados iónicos entre MgO y los ácidos carboxílicos en la matriz elastomérica) se utilizó como única transición térmica responsable de la actuación ante el estímulo térmico. El efecto memoria de forma se moduló modificando tanto el grado de entrecruzamiento covalente como el iónico. Además, se evaluaron diferentes parámetros de programación del material, tales como la velocidad de calentamiento, la velocidad y el porcentaje de deformación, y la temperatura de deformación, para determinar su efecto sobre el comportamiento de memoria de forma de estos materiales. La anchura de la transición iónica, en combinación con los buenos resultados de memoria de forma para diferentes temperaturas de deformación, permite el desarrollo del efecto de memoria de temperatura (TME) en este tipo de elastómeros. Se demostró la posibilidad de estimular el efecto de memoria de forma a diferentes temperaturas de deformación sin realizar ninguna modificación química en dicho elastómero. Este enfoque se aplicó en diferentes sistemas para desarrollar elastómeros inteligentes con propiedades a medida. Varios contraiones se utilizaron para crear diferentes agregados iónicos responsables de la activación del efecto memoria de forma, con el fin de formar diferentes asociaciones iónicas. Se analizó la influencia de estos contraiones sobre la estructura de la red y las propiedades de memoria de forma de los materiales finales. Con el fin de desarrollar elastómeros inteligentes multifuncionales, se diseñaron nanoestructuras periódicas sobre la superficie del material, obteniendo elastómeros con memoria de forma ópticamente activos, donde la modificación de las dimensiones de la periodicidad de la nanoestructura fue posible estirando o programando una forma temporal dentro de un ciclo de memoria de forma, consiguiendo la modulación del color estructural originado por la nanoestructuración superficial. Por último, se investigó la adición de cargas conductoras en elastómeros con memoria de forma buscando la mejora de sus propiedades físicas y el desarrollo de nuevas vías para estimular la activación del efecto de memoria de forma, desarrollando materiales electroactivos.