Il materiale perfetto

Un materiale che può essere rimodellato o addirittura frantumato e riparato innumerevoli volte usando il calore. Ma allo stesso tempo resistente, duraturo e altamente stabile, se sottoposto a temperature elevate. Il materiale perfetto, insomma, per la costruzione di aerei e automobili. Lo hanno ideato i ricercatori della Ecole Supérieure de Physique et Chimie Industrielles (Espci) di Parigi, che spiegano come siano riusciti a realizzarlo in uno studio su Science. 

L’idea dei ricercatori è nata dalla necessità di avere un materiale che racchiudesse sia le proprietà dei polimeri termoplastici – come nylon, polietilene o Pvc – sia di quelli termoindurenti – come le resine. I primi, infatti, una volta plasmati possono essere fusi con il calore e lavorati nuovamente; proprio per questa proprietà, però, non mantengono intatta la loro struttura alle alte temperature. I materiali termoindurenti, invece, sono resistenti al calore e, una volta modellati, le catene molecolari che li compongono formano un reticolato permanente che non può più essere modificato. Tuttavia, se si riuscisse a rendere reversibili i legami chimici di tale reticolato, si avrebbe un materiale lavorabile e riparabile, oltre che ad elevate prestazioni. 

Questo è esattamente ciò che hanno ottenuto i ricercatori francesi: un polimero in cui i legami tra le catene si rompono e si riformano di continuo, mantenendo però sempre costante il numero totale di legami formati, può essere lavorato senza perdere la sua integrità. 

Per realizzare il loro progetto, gli scienziati hanno utilizzato una resina epossidica (un tipo di polimero termoindurente) e si sono basati sulla reazione di scambio (transesterificazione) che si verifica, a determinate temperature, tra i gruppi laterali delle molecole organiche. Per facilitare la reazione e controllarne l’avanzamento hanno utilizzato invece un catalizzatore, l’acetato di zinco. 

Aumentando la temperatura, i legami deboli all’interno del polimero iniziano a rompersi e si instaurano le reazioni di scambio che ne favoriscono la malleabilità e permettono di modellare il materiale. Riabbassando la temperatura, gli scambi tra le molecole rallentano, tanto che la forma viene fissata, ma non scompaiono del tutto, così che il processo può essere invertito e il polimero appare come un solido soffice. Tutto ciò, senza che la resina denaturi se esposta per molto tempo a elevate temperature, o perda le sue proprietà meccaniche originali.

“La produzione di una resina epossidica malleabile, riparabile, riciclabile e insolubile come quella descritta potrebbe influenzare molte industrie che si basano su elastomeri, polimeri termoindurenti e materiali compositi”, spiegano i ricercatori. Si tratta infatti di un materiale che potrebbe essere impiegato nell’edilizia, nell’elettronica e nella produzione di articoli sportivi, oltre che in quella di aeromobili e autoveicoli.

Riferimento : Science DOI:10.1126/science.1212648 

Credit immagine: Cnrs/Espci