Ecco la plastica che si ripara da sola [VIDEO]

[23 maggio 2014]

Guardando il foglio di plastica liscio nel laboratorio dell’università dell’Illinois, nessuno potrebbe immaginare che poco prima un colpo lo aveva bucato da parte a parte. I ricercatori  dell’Illinois hanno infatti sviluppato materiali che non solo “guariscono”, ma si rigenerano. Fino ad ora, i materiali auto-riparanti potevano legarsi solo a piccole crepe microscopiche, i nuovi materiali rigeneranti riempiono grandi crepe e buchi nel materiale rotto.

Materiali all’avanguardia come il grafene, un materiale plastico sottile dello spessore di un atomo, sono sempre più leggeri, più forte e  sempre più facili da produrre, il che offre nuove potenzialità per innovare tecnologie come la dissalazione dell’acqua o le celle solari, oppure in campo medico. Ma ai nostri materiali artificiali manca ancora una qualità che si trova naturalmente nelle radici delle piante e nella pelle umana: la capacità di autoguarigione. Negli Usa, come accennato sopra, potrebbero invece aver trovato la maniera di imitare la natura anche in questo campo.

Il team di ricerca guidato da Scott White, un professore di ingegneria aerospaziale, ha pubblicato i primi risultati su Science il 9 maggio, ma ora rivela nuovi particolari sul sito dell’università. Jeffrey S. Moore, un professore di chimica che partecipa alla ricerca, spiega: «Abbiamo dimostrato la riparazione di un non vivente, un sistema di materiali sintetici, in un modo che ricorda la riparazione-ricrescita come si vede in alcuni sistemi viventi».

Queste capacità di auto-riparazione sarebbero  un vantaggio non solo per i prodotti  commerciali, i ricercatori fanno l’esempio di un paraurti che si ripara in pochi minuti di un incidente, ma anche per parti e prodotti che sono difficili da sostituire o riparare, come quelli utilizzati nelle applicazioni aerospaziali.

La ricerca sulle capacità rigeneranti è partita dai risultati ottenuti da un precedente team che ha lavorato allo sviluppo di materiali vascolari. All’università dell’Illinois sottolineano che «Utilizzando  fibre appositamente formulate che si disintegrano, i ricercatori possono creare materiali con reti di capillari ispirati ai sistemi circolatori biologici». E Nancy Sottos, una professoressa di scienza dei materiali e ingegneria, che ha collaborato alla ricerca, spiega a sua volta che  «Il rifornimento vascolare ci permette di fornire un grande volume di agenti di guarigione che, a loro volta, permettono il ripristino di ampie zone del danno. L’approccio vascolare consente anche molteplici restauri se il materiale viene danneggiato più di una volta».

La rigenerazione dei materiali avviene così: due capillari contigui e paralleli sono pieni di sostanze chimiche rigenerative che fuoriescono quando si verifica il danno. I due liquidi si mescolano per formare un gel, che si estendono nell’area del danno, occupando crepe e buchi. Poi il gel si indurisce in un polimero forte, ripristinando resistenza meccanica della plastica.

Il processo di miscelazione chimica e solidificazione può suonare familiare a chiunque abbia mai usato una resina epossidica acquistato da un negozio di ferramenta. Ma Brett Krull, un co-autore della ricerca dice che il lavoro del team non ha praticamente nulla a che fare con le resine epossidiche, che hanno tempi di reazione lenti. Anche se produce un effetto simile alle resine epossidiche, la nuova plastica aiuta a riparare in maniera più veloce.

White, che con Sottos fa parte dell’Institute for Advanced Science and Technology, sottolinea. «Per  la rigenerazione dobbiamo combattere con molti fattori estrinseci, compreso il peso. I liquidi reattivi che usiamo formano il gel abbastanza rapidamente, in modo che, come esce, cominci ad indurirsi subito. Se non lo facesse, i liquidi potrebbero solo sversarsi al di fuori della zona danneggiata ed essenzialmente sarebbe come se  sanguinassero via. Perché la formazione di un gel supporta e mantiene i fluidi. Dal momento che non è ancora un materiale strutturale, possiamo continuare il processo di ricrescita pompando più fluido nel foro».

Fino ad ora il team statunitense ha dimostrato l’efficacia del suo sistema di rigenerazione sulle due grandi classi di materie plastiche commerciali: le termoplastiche e le termoindurenti. A seconda del tipo di danno, i ricercatori possono “sintonizzare” le reazioni chimiche per controllare la velocità della formazione del gel o quella di indurimento, «Ad esempio, un impatto di un proiettile potrebbe causare una serie radiante di fessure e un foro centrale, così la reazione gel potrebbe essere rallentato per permettere ai prodotti chimici di penetrare nelle fessure prima dell’indurimento».

All’Institute for Advanced Science and Technology sono convinti che  le plastiche e i polimeri con reti vascolari riempite con agenti rigenerativi pronti per essere distribuiti ogni qualvolta si verifica un danno, proprio come una guarigione biologica, avranno una grande diffusione. Il loro lavoro precedente ha puntato sulla facilità di produzione ed ora stanno lavorando ad ottimizzare i sistemi chimici rigenerativi per i diversi tipi di materiali. Per esempio, la tecnica potrebbe essere utilizzata per riparare una trivella subacquea o un buco su un veicolo spaziale, ma Krull raffredda gli entusiasmi ricordando che la tecnologia è ancora nelle prime fasi di sviluppo: «La versione attuale è più come una cicatrice, in quanto il materiale guarito non è abbastanza buono come l’originale. Sul lungo periodo, il nostro obiettivo è quello di sviluppare un polimero veramente rigenerativo in cui il materiale perso da un evento dannoso possa essere sostituito con un materiale della stessa composizione».

Ma White è soddisfatto dei continui progressi fatti dal suo team e conclude: «Per la prima volta, abbiamo dimostrato che è possibile rigenerare il materiale perso in un polimero strutturale. Questo è il calcio di inizio Prima di questo lavoro, se si tagliava via un pezzo di materiale, non c’era più. Ora abbiamo dimostrato che il materiale può effettivamente ricrescere».

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  • Regenerating Plastic Grows Back After Damage