Materiales Inteligentes

Materiales

POLÍMEROS INTELIGENTES
Respuesta a estímulo de temperatura

Polímeros con memoria de forma
En las últimas décadas, los materiales con memoria de forma han sido foco de atención en numerosos grupos de investigación y en algunos sectores de la industria debido a su excelente funcionalidad y las enormes posibilidades que ofrecen como materiales inteligentes. Desde un punto devista más formal, el efecto de memoria de forma es la respuesta mecánica de un material debida a la aplicación de un estímulo externo. Los materiales con memoria de forma poseen una forma permanente que puede ser deformada hasta alcanzar una forma temporal estable. Esta forma temporal es retenida hasta que el material es expuesto a un estímulo apropiado, recuperándose la forma original. Aunque latemperatura es el estímulo más comúnmente utilizado, también puede obtenerse el efecto de memoria de forma mediante campos magnéticos, eléctricos, variaciones de pH o luz.
El efecto de memoria de forma no es exclusivo de un tipo de material. Es la combinación de la estructura, morfología y procesado para llevar a cabo dicho efecto. De hecho, existen materiales metálicos, cerámicos, poliméricos ycompuestos con memoria de forma. Entre los más utilizados actualmente se encuentran las aleaciones cuya memoria de forma está basada en la existencia de dos fases cristalinas estables: la fase austenita a alta temperatura y la fase martensítica a baja temperatura. Sin embargo, las aleaciones con memoria de forma poseen algunas características que limitan sus posibles aplicaciones, como su alto coste,difícil procesabilidad y bajo límite de deformación reversible (mantienen las propiedades de memoria de forma hasta deformaciones del 10%). En este sentido, los polímeros con memoria de forma son una alternativa con numerosas ventajas, como su alta deformación elástica (deformaciones reversibles mayores de 200%), bajo coste, baja densidad, posible biocompatibilidad y biodegradabilidad.
Paraconseguir el efecto de memoria de forma en un polímero debe existir una forma (macroscópica) permanente y al menos una forma temporal que sea reversible, de manera que a través de la aplicación del estímulo adecuado se recupere la forma original. Para comprender la evolución del efecto de memoria de forma en un polímero, es fundamental conocer la microestructura del material. Como es bien sabido, entodos los polímeros existe un cierto deslizamiento entre cadenas. Para evitarlo es necesario crear entrecruzamientos (físicos o químicos), que serán los que fijen la forma original permanente. Estas uniones permiten a las cadenas poseer una cierta elasticidad de origen entrópico, que es la fuerza impulsora para restaurar la forma permanente desde la forma transitoria. Por otra parte, es necesariotener una transición térmica reversible (Ttrans) que permita fijar la forma temporal, de manera que sea capaz de contrarrestar la fuerza elástica que tiende a devolver al material a su forma original.
En la Figura se representa un diagrama del efecto de memoria de forma de un polímero semicristalino estimulado térmicamente. El proceso de deformación hasta fijar la forma temporal se denominaproceso de programación. La forma permanente del polímero se deforma y calienta por encima de la temperatura de transición Ttrans. A continuación la muestra se enfría por debajo de Ttrans manteniendo la deformación, por lo que se fija la forma temporal. Estructuralmente, al bajar la temperatura por debajo de Ttrans, se forman dominios de segmentos de cadena (dominios semicristalinos o vitrificados) queactúan como puntos de unión en el estado deformado, de manera que la forma transitoria se mantiene estable. Si el material se calienta de nuevo por encima de Ttrans, los dominios desaparecen y se induce el efecto de memoria de forma recuperándose la forma original. Por tanto, las formas estables se obtienen siempre a temperaturas inferiores a la de transición, mientras que la evolución de una...