Diseño de materiales inteligentes basados en Pla con nanopartículas de MOS2

Abstract

El PLA es un polímero con memoria de forma irreversible, al calentarlo sobre su temperatura de transición puede ser deformado, mantener esta forma al enfriarse y retornar a su forma original al ser expuesto al calor. Si bien este material presenta interesantes propiedades como biodegradabilidad y biocompatibilidad, es posible mejorar y agregar nuevas funcionalidades mediante la inclusión de nanopartículas como el disulfuro de molibdeno, MoS2, material destacado por su fácil síntesis e interesantes propiedades como una buena absorción en el espectro infrarrojo. Motivado por la creación de estructuras con memoria de forma reversible se fija como objetivo de este trabajo el desarrollo de materiales inteligentes con actuación reversible basados en una bicapa PLA-MoS2 y papel, fabricada mediante dos mecanismos de procesamiento, solvent casting e impresión 3D. Los resultados obtenidos muestran diferencias en el grado de exfoliación del MoS2, el cual al ser mezclado con el PLA genera efectos en las propiedades térmicas y mecánicas del polímero. Respecto a los mecanismos de procesamiento existe un cambio en la cristalización y propiedades mecánicas de los compósitos, obteniendo mayores valores de cristalización, 35 % mediante solvent casting versus 5 % por impresión 3D, pero menores valores de módulo de Young, 100 MPa, comparado con las muestras impresas, 2000 MPa, asociado a las fases cristalinas α y α' presentes en el polímero. Al adherir el PLA al papel, para la formación de las bicapas, se obtiene una actuación reversible, caracterizada por la adquisición de una forma curva. La curvatura obtenida se ve incrementada con el uso de partículas de MoS2 y con un proceso de fabricación del compósito por solvent casting, alcanzando una curvatura de 1.4 mm−1, al irradiar las muestras por 60 segundos. El mecanismo de memoria de forma reversible propuesto se basa en la presencia de segmentos cristalinos y amorfos, la adición de nanopartículas, que generan efectos térmicos en los compósitos, cambios en la entropía y la diferencia entre los coeficientes de expansión térmica y módulo de Young de los materiales de la bicapa. Mediante un proceso de programación se construyeron estructuras móviles, las cuales en base a la actuación de la bicapa cambian de forma reversiblemente ante la aplicación de radiación infrarroja, creando con esto un cubo que cambia desde una forma plana a una 3D y un soft-robot capaz de desplazarse.