Los elastómeros

Los elastómeros (también llamados cauchos) se caracterizan por su elevada elasticidad, es decir, experimentan deformaciones considerables bajo esfuerzos y recuperan rápidamente su forma y dimensiones al cesar la fuerza deformante.

Esta propiedad básica de estos materiales hace de los elastómeros unos polímeros muy atractivos con infinidad de aplicaciones, y por tanto ser candidatos ideales como polímeros con memoria de forma.

Los polímeros con memoria de forma son materiales que pueden deformarse fijando una forma temporal que es retenida hasta que el material es expuesto a un estímulo apropiado, recuperándose la forma original.

Cuando el estímulo externo es debido a la temperatura, se da un efecto de memoria. Para ello, es imprescindible que exista una red polimérica capaz de “memorizar” la forma original y una transición térmica reversible (caracterizada por una temperatura de transición, Ttrans) que sea capaz de fijar la forma temporal.

Las dos transiciones involucradas en este proceso son las transiciones vítreas (Tg) o procesos de cristalización/fusión (Tc) combinadas de diferente manera donde una de estas es responsable de la existencia de una red permanente, y la otra transición es la responsable de la reversibilidad de la forma temporal.

Otros estímulos utilizados para obtener una respuesta mecánica usualmente es la temperatura pero también pueden utilizarse otros métodos como los efectos de campos eléctricos y magnéticos, variaciones de Ph o la luz, como se representa en la figura:

En todos los polímeros existe un cierto deslizamiento entre cadenas. Para evitarlo es necesario crear entrecruzamientos (físicos o químicos), los cuales contribuirán para fijar la forma original permanente de los mismos. Estas uniones permiten a las cadenas poseer una cierta elasticidad de origen entrópico el cual consiste en aquella fuerza impulsadora restauradora de la forma permanente desde aquel la forma transitoria.

Por otra parte, es necesario conocer el tipo de interacciones en la red polimérica que sean reversibles con la temperatura, de manera que puedan fijar la forma temporal y por tanto, igualen la fuerza elástica que tiende a devolver al material a su forma original. Estas interacciones deben regirse por una transición térmica reversible, caracterizada por la temperatura de transición, Ttrans. Entonces a temperaturas superiores de la Ttrans, sólo persistirán las uniones permanentes, mientras que a temperaturas inferiores de la Ttrans, las uniones son reversibles y efectivas.

Ciclo de memoria de forma

Los principales pasos en un ciclo de memoria de forma y las transformaciones que sufre un polímero estimulado térmicamente, se representan en el siguiente esquema:

Y se divide en dos procesos fundamentales:

• Proceso de programación: Permite establecer una forma temporal a través de las interacciones reversibles. Inicialmente, la forma permanente del polímero obtenida tras su procesado, tiene dos tipos de interacciones,: la primera es la que no se ve afectada por la temperatura en el que se realiza el ciclo (que fijan y dan consistencia mecánica a la forma original) y la segunda son reversibles con la temperatura (responsables de la forma temporal). Después de esto, la muestra original se deforma y se calienta por encima de la temperatura de transición Ttrans, para luego ser enfriada por debajo de la temperatura Ttrans, conservando así la deformación aplicada, y las interacciones reversibles vuelven a formarse. Finalmente se realiza la liberación de la carga de deformación, donde la forma temporal se mantiene estable.

• La recuperación: Es el proceso en el cual se obtiene la forma original a partir de la forma temporal, mediante la aplicación del estímulo térmico. Si el material se calienta de nuevo por encima de Ttrans, los dominios termorreversibles desaparecen (los puntos de unión de la forma temporal son inefectivos) y se induce el efecto de memoria de forma, debido a la existencia de los puntos de unión iniciales que permanecen efectivos a alta temperatura, recuperándose la forma original.

Por tanto, las formas estables (tanto la original como la temporal) deben mantenerse invariables a temperaturas inferiores a la de transición, mientras que la evolución de una forma a otra y la recuperación de la forma original se producen a temperaturas superiores a la de transición.

A través del grafico se puede relacionar los dos procesos anteriormente descritos:

Comparación entre diferentes clases de polímero con memoria de forma

• A pesar de que el comportamiento de memoria de forma de los polímeros entrecruzados físicamente se puede adaptar más fácilmente a los requerimientos necesarios para cada aplicación respecto a los entre-cruzados químicamente, precisan de una serie de ciclos iniciales (dos o tres) para optimizar las propiedades de memoria de forma.

• Los valores de fijeza y recuperación (mayores de 95%), la estabilidad térmica y resistencia química son superiores en polímeros entrecruzados químicamente debido a la presencia de los enlaces covalentes.

• Es importante mencionar que los polímeros con memoria de forma entrecruzados físicamente tienen la ventaja tecnológica de ser reprocesables como termoplásticos convencionales una vez superada su Tpermanente, mientras que los polímeros entrecruzados químicamente no pueden modificar su forma permanente una vez procesados.

• El diseño de polímeros con memoria de forma no se basa en un efecto acumulativo de propiedades, sino en la correcta combinación de una red permanente con otra termolábil (que se puede alterar con la acción del calor) que se influyen mutuamente.

• Con polímeros semicristalinos se obtienen recuperaciones más rápidas siempre y cuando estén bien diseñados.

• La temperatura de una transición vítrea es más complicada de variar que en una transición cristalina.

Elastómeros iónicos

Son considerados polímeros inteligentes ya que tienen memoria de forma sensible a la temperatura; para ello es necesario combinar una red elastomérica covalente, responsable de la estabilización de la forma original y una red iónica sensible a la temperatura, capaz de fijar la forma transitoria deseada a temperaturas por debajo de la transición iónica. A temperaturas por encima

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