Diseño de adhesivos reversibles y reciclables obtenidos mediante curado dual para aplicaciones industriales

Resumen

Los adhesivos estructurales basados en polímeros termoestables son cada vez más utilizados en las uniones mecánicas debido a sus ventajas frente a otro tipo de fijaciones: distribución uniforme de tensiones, posibilidad de unir materiales disimilares y creación de uniones resistentes sin aumentar significativamente el peso. Sin embargo, la estructura reticulada de los tradicionales adhesivos termoestables limita su reprocesabilidad y capacidad de reparación, dificultando la recuperación del sustrato, a menudo formado por materiales de alto coste. Por ello, la industria de adhesivos está dirigiendo su atención a redes covalentes adaptables (CANs) para el desarrollo de adhesivos estructurales reversibles. Las CANs son unos nuevos materiales poliméricos muy prometedores gracias a que mantienen las excelentes características térmicas y mecánicas de los termoestables, pero con la capacidad de ser moldeados, reprocesados y reciclados como los termoplásticos debido a la dinamicidad de su estructura topológica bajo ciertos estímulos. Esta dinamicidad genera una notable y controlada disminución de la viscosidad, y, en consecuencia, una relajación de tensiones que permiten el reconformado, el reciclaje, el auto-soldado e, incluso, la auto-reparación. Estas propiedades distintivas, tan poco comunes en los termoestables convencionales debido a que los enlaces covalentes de dicha estructura topológica están entrecruzados, hacen que las CANs sean unos materiales mucho más respetuosos con el medio ambiente. Entre los sistemas CANs, los vitrímeros destacan por su gran potencial para aplicaciones como adhesivos industriales.

En este trabajo presentamos un nuevo grupo de vitrímeros basados en la combinación de dos reacciones dinámicas de intercambio de enlaces obtenidos mediante un proceso de curado dual. Con ellos combinamos la flexibilidad de procesamiento y la capacidad de diseño estructural de los sistemas de curado dual, con las ventajas de reprocesabilidad y reciclabilidad derivadas de la combinación de dos reacciones dinámicas de intercambio de enlaces. Los vitrímeros desarrollados se pueden fabricar a partir de monómeros comerciales de bajo coste y reacciones simples y eficientes. Se han estudiado dos proporciones diferentes de combinación de monómeros para evaluar cómo la viscosidad del sistema afecta las propiedades mecánicas, térmicas, termomecánicas y adhesivas del material final. Los resultados preliminares muestran que podemos obtener adhesivos con temperaturas de transición vítrea (Tg) entre 55-75ºC (muy adecuada para adhesivos estructurales de moderada rigidez a la temperatura normal de uso), con una resistencia mecánica excelente (tensión de rotura en torno a 70 MPa) y una resistencia a la cizalladura de aproximadamente 20 MPa, valores muy competitivos frente a adhesivos comerciales con similares Tg. Los vitrímeros presentan tiempos de relajación característicos inferiores a 1 minuto a 190 °C, lo que permite el reciclado y/o la reutilización de la unión adhesiva mediante desmontaje y/o readhesión y la recuperación completa del sustrato demostrando el gran potencial como adhesivos estructurales.