Nuevo hidrogel podría reemplazar al plástico

Una nueva clase de hidrogel podría reemplazar definitivamente a los plásticos. El nuevo material, que incorpora arcilla como parte de su estructura para conseguir una mayor rigidez, es muy poco agresivo para con el medio ambiente y puede substituir al plástico -derivado del petróleo- en casi todas las aplicaciones imaginables. Sin embargo, puede que su costo, por ahora mayor al de los polímeros tradicionales, sea una barrera que dificulte su adopción inmediata. ¿Estamos cerca de eliminar los “ecologicamente incorrectos” plásticos de nuestra civilización?

La invención de los plásticos a mediados del siglo XIX cambió la civilización humana tan profundamente como lo hicieron antes el dominio del fuego, la metalúrgica del bronce o la fabricación del acero. El invento del primer material plástico se debe a Leo Hendrik Baekeland, quién descubrió una substancia a la que llamó baquelita. Esta sería la primera de una serie de resinas sintéticas que revolucionarían la tecnología moderna, iniciando la llamada “era del plástico”. A lo largo del siglo XX el uso del plástico se hizo extremadamente popular y llegó a sustituir a otros materiales, tanto en el ámbito doméstico, como el industrial y comercial. Estos versátiles polímeros carecen de un punto fijo de ebullición y poseen -dentro de un determinado intervalo de temperaturas- propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones. Sin embargo, su impacto en el medio ambiente -en la fabricación de plásticos  se utilizan grandes cantidades de petróleo– y en la salud constituyen una desventaja significativa que le quita brillo a un material tan útil y económico.

Buscando la forma de reemplazar a los plásticos por algún material de características similares pero sin sus desventajas, los científicos de la Universidad de Tokio, en Japón, han desarrollado una mezcla de arcilla e hidrogel que -esperan- pueda substituir al plástico en un amplio número de aplicaciones, sin poner en peligro las personas o el planeta. Takuzo Aida, el responsable del equipo que llevó a cabo este trabajo, mezcló unos pocos gramos de arcilla con 100 gramos de agua en presencia de pequeñas cantidades de un agente espesante conocido como poliacrilato de sodio y un “pegamento molecular orgánico”. El agente espesante ayuda a distribuir la arcilla en láminas delgadas, aumentando su superficie y permitiendo que el pegamento mencionado logre un mejor control sobre ella. El resultado es una mezcla compuesta aproximadamente por un 98% de agua, que forma un hidrogel transparente y elástico, con una resistencia mecánica lo suficientemente importante como para ser capaz de crear un puente autosostenido de 3,5 centímetros de ancho.

Los hidrogeles son sustancias en estado coloidal con apariencia sólida como la albúmina coagulada por el calor o la gelatina gelificada por enfriamiento. Los científicos han estado utilizando diferentes clases de hidrogeles en la medicina desde la década de 1980, pero su falta de rigidez y durabilidad limitaba su utilización en otros ámbitos. Sin embargo, al añadir una pequeña cantidad de arcilla a la mezcla, Aida y sus investigadores han logrado proporcionar al hidrogel la rigidez necesaria para hacerlo un material mucho más versátil. La arcilla fortalece el hidrogel porque el polímero utilizado para enlazar el agua con el gel también se adhiere a la arcilla, al agua, y otras cadenas de polímeros. Aferrándose a todos estos elementos, el polímero forma un andamiaje rígido sobre el que se apoyan las otras moléculas, creando un material sólido.

La resistencia del nuevo material proviene de la suma de las fuerzas que actúan entre las moléculas en las nanocapas de arcilla y pegamento, explica Aida. Estas fuerzas, llamadas “fuerzas supramoleculares”, son semejantes a la de los enlaces del hidrógeno y también ayudan a atrapar las moléculas de agua entre las láminas de arcilla. Algunos hidrogeles ensayados con anterioridad dependían de los enlaces químicos covalentes para obtener su resistencia. Pero cuando se rompían los enlaces covalentes, el material perdía irreversiblemente su rigidez. En cambio, las fuerzas supramoleculares se pueden “regenerar” fácilmente, y si el material resulta dañado por el estrés mecánico puede recuperar rápidamente su resistencia original. Una vez dispuestos los materiales en el tubo de ensayo, el gel se forma en sólo 3 minutos. Cualquiera puede hacerlo en su casa sin necesidad de comprender los procesos químicos involucrados. “Uno de los principales avances de este material es la simplicidad general del procedimiento de fabricación, además de las excepcionales propiedades físicas que posee la estructura resultante”, dice Craig Hawker, un científico de la Universidad de California que no participó en el estudio.

Al estar constituido básicamente por agua, barro y sólo un poco de polímero, el nuevo material no tiene ninguna de las propiedades tóxicas de plástico. En un artículo publicado en la revista Nature,  Takuzo Aida explica que “para fortalecer el material simplemente basta con aumentar las cantidades de arcilla, poliacrilato de sodio y cola, siempre que la transparencia no sea importante.” Unas de las grandes incógnitas que surgen al analizar el nuevo material es su costo. En efecto, si queremos eliminar los “ecologicamente incorrectos” plásticos de nuestra civilización necesitamos un material que no solo tenga sus ventajas estructurales y adolezca de sus limitaciones, sino que además sea -como mínimo- tan barato como lo que se quiere reemplazar. Es muy pronto para estimar cuanto costará una pieza del hidrogel de Takuzo Aida, ya que nadie ha construido una planta capaz de fabricarlo en cantidades industriales. Fabricar las pequeñas muestras que se han usado a lo largo de la investigación no ha sido barato, pero puede ser que una vez industrializado su valor descienda notablemente. Si el costo no es un problema, el nuevo  material podrá ser considerado como un reemplazo viable para el plástico, al menos cuando se haya determinado que realmente cumple con lo que promete.