La K2004 posarà en relleu el potencial futur d'aquesta tecnologia

A la K2001 la nanotecnologia ja era un tema d'actualitat. Fa tres anys ja havia deixat de ser pura ficció, si bé encara dibuixava una gran llacuna al mapa de la ciència de materials. Des de llavors fins avui, científics de tot el món s'han endinsat cada vegada més en el nanocosmos i han realitzat sorprenents descobriments que han donat peu a noves esperances i especulacions. També s'han aconseguit resultats concrets. Alguns exemples pràctics i els primers èxits comercials posen de manifest les múltiples possibilitats que ofereixen aquests "nans".

Departament de premsa K2004

La nanotecnologia es considera una de les tecnologies clau més importants del recent estrenat segle XXI. La miniaturització dels materials suposa sobretot per a la química i, per tant, per a la química polimèrica, una infinitat de possibilitats de disseny. Poden desenvolupar plàstics a mida per a aplicacions molt concretes o "NANOCLAYS" (nanopartícules d'argila), amb les quals es barregen materials polímers tradicionals, optimitzant les seves propietats característiques. Els experts estan convençuts que la nanotecnologia canviarà les nostres vides de manera gairebé tan radical com les telecomunicacions modernes.

Un nanòmetre equival a la milionèsima part d'un mil·límetre. La següent unitat més gran és el micròmetre, és a dir, la mil lèsima part d'un mil·límetre. Cada micròmetre, de per si molt petit, se subdivideix en 1000 nanòmetres. En altres paraules: un nanòmetre és a un metre el que una bala a la Terra.

Aquest minimundo ("nanos" prové del grec i significa "nan") es regeix per regles diferents. Aquí s'apliquen les lleis de la mecànica quàntica. Aquesta és una de les raons per les que en aquest imperi del diminut les coses es presenten de forma diferent a com ho fan en el món macroscòpic: els metalls es transformen en colorants, la ceràmica es torna transparent com el vidre i el vidre adquireix la viscositat de la cua forta.

Aquest univers del minúscul ens depara sorpreses majúscules. Des de la K2001, fa tres anys, en què la nova nanocultura començava a donar tímidament i amb comptagotes els seus primers passos, s'ha avançat molt. Fins al moment s'han aconseguit excel·lents resultats inicials, que s'han començat a aprofitar comercialment. Al mercat es pot veure un nombre creixent de nous productes i additius el nom comença per "nano", prefix utilitzat des de fa temps com a instrument de màrqueting. Científics i enginyers d'arreu del món s'espremen el cervell davant productes cada vegada més complexos de dimensions nanomètriques, o davant components de mida milers de vegades inferior a un cabell.

Però l'autèntica novetat d'aquesta tecnologia no consisteix a fabricar partícules nanodimensionales. No és aquest l'art, ja que el coneixement del procediment de fabricació es remunta a diverses generacions. L'avanç autèntic, real, és que ara es disposa dels coneixements i dels recursos tècnics necessaris per dissenyar i barrejar de forma controlada aquestes partícules diminutes. Això permet crear nous materials amb propietats impossibles d'aconseguir fins al moment amb el material original.

Jos Put, el director d'investigació de la divisió Performance Materials de l'empresa holandesa de matèries primeres DSM, també admet que la tan celebrada nanotecnologia d'avui, que es té com un gran salt qualitatiu després de la tecnologia del xip i la biotecnologia, no és tan summament nova. També sap que en el camp de la química sintètica es treballa des de fa temps a escala nanomètrica, només que actualment es fa de forma molt més estructurada que en el passat.

La naturalesa és el model a seguir. Perquè tant en les cèl·lules vives com en els processos de la natura tot passa a escala nanomètrica. D'aquesta manera, els investigadors observen com s'ordenen les molècules en la naturalesa i intenten emular aquestes estructures amb materials sintètics. Això sí que podria suposar l'autèntica revolució amb què somien els enginyers de desenvolupament de les empreses de matèries primeres.

Per crear nous materials mitjançant química sintètica no n'hi havia prou amb els coneixements adquirits del món de la nanotecnologia. També havien de donar-se les condicions analítiques necessàries per poder avaluar el que en els experiments dels laboratoris s'està gestant com el "material del segle XXI". Jos Put afirma amb vehemència: "no ha estat possible visualitzar les nanoestructures fins que s'ha comptat amb microscopis especials".

Aquest investigador de materials dels Països Baixos admet que no necessàriament s'està treballant en nous polímers (almenys en DSM). Actualment el principal objectiu que es persegueix consisteix a millorar les propietats dels materials existents per mitjà de la nanotecnologia. Per això el material ha d'autoorganitzar. Aquest fenomen es coneix amb l'expressió tècnica "Self-Assembly" (auto-acoblament) i es perfila com un interessant pas previ a futurs dissenys de materials. En l'acte-acoblament la naturalesa no exerceix de mer model, és la seva impulsora. Jos Put i els seus companys volen aprendre d'ella. Malgrat tots els enigmes pendents de desxifrar i de les incògnites sense resposta, aquest investigador holandès ja ha après alguna cosa: "tot indica que la nanotecnologia ha propiciat l'inici d'un nou període d'innovació".

Segons l'opinió de Rolf Mülhaupt, catedràtic de la Universitat de Freiburg i director del Centre d'Investigació de Materials de la mateixa localitat, la nanotecnologia és el negoci del futur. Generarà un volum de negoci estimat d'entre dos-cents i tres-cents mil milions d'euros anuals. La major part d'aquest volum correspondria al sector de l'electrònica, en el qual amb noves tècniques d'estructuració en un rang de pocs nanòmetres es preveuen grans avenços en la fabricació de xips i la possibilitat de llançar al mercat uns telèfons mòbils encara més petits, per exemple. Per la seva banda, també al sector dels polímers li quedaria una porció prou gran com per a albergar grans esperances.

Segons Mülhaupt, les vies d'investigació principals en el desenvolupament de la nanotecnologia amb polímers se centren en les superfícies nanoestructurades, els materials de nanofase i en especial en els "nanocomposites" polimèrics basats en nanopartícules modificades amb elements organófilos.

El sector de l'automòbil ja compta amb materials especials per l'habitacle

Es preveuen grans avenços en la fabricació de xips

Les nanocàrregues constitueixen, en opinió d'aquest catedràtic de la Universitat de Freiburg, una classe d'additius completament nova encaminada a mobilitzar les reserves potencials dels plàstics sense necessitat de canviar el procés de fabricació. Com que aquestes nanocàrregues tenen una gran superfície específica, poden impulsar profitoses interaccions amb el material. Això significa que en el teixit molecular dels polímers es generen determinades estructures (de tall esquelètic) que permeten millorar diferents paràmetres com l'efecte barrera o la termoestabilitat sense afectar massa a la transformabilitat del material.

Durant la "Jornada del Plàstic de Rudolstadt", celebrat a finals de maig de l'any passat per l'Institut d'Investigació Tèxtil i de Plàstics de Turíngia, el TITK, la majoria dels temes tractats van girar principalment al voltant dels "nanocomposites" ignífugs.

En aquesta jornada es van presentar, entre altres, additius ignífugs basats en noves nanoestructures, i "nanocomposites" amb poliamida PA6 per a aplicacions en l'envasat o per a l'acabat de superfícies. Així mateix, va quedar clar que la intenció de les indústries que han realitzat una intensa investigació durant anys és recollir els fruits d'aquest esforç. Una intenció totalment legítima.

L'empresa Polykemi, una firma sueca especialitzada en "compounds", ofereix un plàstic, el "Scancomp", basat en poliamida (PA) o en polipropilè (PP) amb "nanoclays" com a càrrega, que ja s'està comercialitzant al mercat alemany. Els additius permeten assolir mòduls d'elasticitat de fins a 3000 Mpa, en funció del material de base. Segons l'empresa escandinava, el perfil de propietats d'aquests "nanocomposites" (mescles de matèries primeres amb addició de "nanoclays") es veu ostensiblement ampliat mitjançant una certa proporció de l'additiu en qüestió. El sector de l'automòbil alemany ja compta amb materials especials per als habitacles als quals els falta molt poc per ser fabricats en sèrie.

L'empresa nord-americana Polyone Corp de Cleveland, Ohio, ofereix amb el concentrat "Nanoblend" additius especials d'altes prestacions basats en "nanocomposites". Aquests estan pensats per substituir els materials de reforç (minerals i fibra de vidre) i als materials ignífugs tradicionals en els "compounds" dels més diversos tipus. Els concentrats "Nanoblend", que contenen un 40 per cent de nanoaditivos sobre diferents polímers portadors, són un primer resultat de l'aliança estratègica de les empreses nord-americanes Polyone i Nanocor Inc Aquesta última és, segons afirma, el proveïdor més important de "nanoclays "per a plàstics. Els "Nanoblend" solen aplicar-se en petits aparells i en carcasses per a ús elèctric. Els seus principals avantatges resideixen en la seva alta resistència ignífuga, unes propietats físiques més constants i en una menor generació de calor en cas d'incendi, el que fa que amb prou feines degoti.

Laboratori de Repol, on la nanotecnologia és un dels temes actuals d'estudi

Però els "nanocomposites" no són els únics que es troben en el mercat des de fa temps. També s'han començat a comercialitzar les primeres màquines per afegir "NANOCLAYS" a la matriu d'un determinat plàstic. El fabricant de maquinària de Stuttgart Werner & Pfleiderer, del grup Coperion, permet amb la seva mescladora de doble cargol "ZSK Compound" barrejar ínfimes partícules de càrrega, incloent partícules a escala nanodimensional, amb el material de base.

Aquest tipus d'additius com són, per exemple, determinats silicats d'alumini presenten una estructura molecular estratificada que els converteix en additius idonis per a plàstics polimèrics. El fabricant de maquinària de Stuttgart ha aconseguit separar les diferents capes amb una tècnica de "compounding" especialment eficaç i afegir-les tant a plàstics estàndard com a plàstics tècnics.

L'experiència de Werner & Pfleiderer indica que els polímers barrejats amb NANOADDITIUS presenten un rendiment optimitzat i millors propietats mecàniques, tot i que la dosi de l'additiu és menor en comparació amb les càrregues convencionals. Un altre avantatge que s'ha demostrat és l'augment de la resistència ignífuga dels aïllaments de polietilè per a cables. En cas d'incendi, en la superfície del cable es forma una crosta que no goteja i que, si bé no impedeix per complet l'entrada d'oxigen i l'alliberament de gasos tòxics, la dificulta en gran mesura. Aquesta és una altra de les virtuts d'aquests plàstics millorats amb nanopartícules.

Precisament a principis de febrer d'enguany, el Centre del Plàstic del Sud d'Alemanya (Süddeutsche Kunststoffzentrum) va celebrar les jornades tècniques titulades "Nanotecnologia en materials plàstics", durant les quals es va abordar el tema de l'aplicació de nanopartícules en plàstics d'alt rendiment i les seves tècniques de transformació. També es va parlar de les noves possibilitats d'ampliar l'espectre de prestacions dels materials polímers amb ajuda d'altres matèries encara poc conegudes, com els "nanocomposites" de PP i de filosilicats de HDPE. Segons el balanç realitzat pel servei alemany d'informació sectorial "Kunststoff Information" de Bad Homburg, s'havia avançat molt des de les últimes jornades del Süddeutsche Kunststoffzentrum, celebrades dos anys abans.

És evident que en l'interval els usuaris no només han fet ús dels nous materials del sector, sinó que a més han après a manipular-los. Una proporció de nanopartícules que no supera el cinc per cent del pes del plàstic permet millorar de forma extraordinària el seu espectre de propietats, augmentar la resistència mecànica sense necessitat d'augmentar la densitat i millorar la termoestables reduint en canvi la permeabilitat als gasos.

Durant les jornades tècniques es va veure així mateix que aspectes com la gran quantitat de "nanocomposites" possibles, l'enginyeria de processos i la manca d'una definició satisfactòria del sistema de control de la qualitat fan que les mitjanes empreses de transformació no vegin gens clara la implantació d'aquests nous materials. Segons "Kunststoff Information", sovint no confien prou en ells per decidir-se per la seva aplicació. Un altre factor a tenir en compte és el preu: el quilo de nanopartícules especials costa al voltant de 100 euros i el preu dels additius per recobriments antiratllades, antiestàtics i transparents s'eleva a 1000 euros / kg. Per no parlar del preu dels "nanodiamantes" que vénen de la llunyana Sibèria, que pot arribar a ser de 5000 euros / kg. Tan cars com el caviar rus. Encara que no només de caviar viu l'home...