El vidrio moldeado como plástico podría marcar el comienzo de una nueva era de formas de vidrio complejas

La producción de vidrio, uno de los materiales más antiguos de la humanidad, está siendo renovada en el siglo XXI.

Un nuevo enfoque para la fabricación de vidrio trata el material como plástico, lo que permite a los científicos moldear por inyección viales de vacunas, canales sinuosos para realizar la química de laboratorio y otras formas complejas.

“Es un artículo realmente emocionante“, dice André Studart, científico de materiales en ETH Zürich.

“Esta es una excelente manera de convertir el vidrio en geometrías complicadas e interesantes“.

El vidrio se produjo por primera vez en Egipto y el este de Mesopotamia alrededor del 3500 a. C.

Entonces, como ahora, el material se fabricaba fundiendo dióxido de silicio, o sílice, a unos 2000 ° C, y luego utilizando una variedad de técnicas para darle forma.

Las técnicas modernas de fabricación de vidrio pueden producir fácilmente en masa ciertas formas, como cristales planos y botellas redondeadas, pero no pueden producir en masa los intrincados diseños necesarios para los instrumentos biomédicos modernos.

En 2017, los investigadores dirigidos por Frederik Kotz, un ingeniero de microsistemas de la Universidad Albert Ludwig de Friburgo, se propusieron cambiar eso.

Reelaboraron una impresora 3D para forjar vidrio en lugar de imprimir plásticos o metales.

Los científicos crearon un polvo imprimible mezclando nanopartículas de sílice con un polímero que podría curarse con luz ultravioleta (UV).

Después de imprimir las formas que querían, curaron el polímero con luz ultravioleta para que mantuviera su forma.

Luego dispararon la mezcla en un horno para quemar el polímero y fusionar las partículas de sílice en una estructura de vidrio continua.

El enfoque funcionó, lo que hizo posible crear formas como pequeños pretzels y réplicas de puertas de castillo.

El trabajo despertó el interés de empresas que deseaban fabricar lentes diminutos y otros componentes ópticos transparentes complejos para equipos de telecomunicaciones.

Pero el procedimiento fue lento, produciendo componentes uno por uno, en lugar de un enfoque totalmente industrial que pudiera producir piezas en masa, como se hace con el plástico.

Para acelerar las cosas, Kotz y sus colegas ahora han ampliado su enfoque de nanocompuestos para trabajar con moldeo por inyección, un proceso utilizado para producir en masa piezas de plástico como juguetes y parachoques de automóviles por toneladas.

Los investigadores volvieron a empezar con pequeñas partículas de sílice.

Luego, el equipo mezcló la sílice con dos polímeros, polietilenglicol (PEG) y polivinil butiral (PVB).

La mezcla creó un polvo seco con la consistencia de una pasta de dientes.

El equipo introdujo la pasta en una extrusora que la presionó en un molde preformado con formas como un disco o un engranaje diminuto.

Fuera del molde, las piezas mantienen su forma porque se forman una miríada de enlaces débiles y atractivos, llamados interacciones de van der Waals, entre las partículas de sílice vecinas.

Pero las partes aún son frágiles.

Para endurecerlos, los investigadores utilizaron agua para eliminar el PEG.

Luego dispararon el material restante en dos etapas: primero a 600 ° C para quemar el PVB, y segundo a 1300 ° C para fusionar las partículas de sílice en la pieza final.

“Lo que se obtiene al final es vidrio de sílice de alta pureza” en cualquier forma que desee, dice Kotz.

Las partes de vidrio también terminan con las características ópticas y químicas necesarias para los dispositivos de telecomunicaciones comerciales y los reactores químicos, informaron él y sus colegas en Science.

Eso es útil, dice Studart porque la transparencia del vidrio, la inercia química y la estabilidad a altas temperaturas lo hacen ideal para diagnósticos, envasado de productos farmacéuticos e incluso superficies con baches que mejoran la eficiencia de las células solares.

“Creo que [el método] generará muchas ideas nuevas“.

Sin embargo, Studart dice que este nuevo enfoque para la producción masiva de piezas de vidrio todavía se enfrenta a un cuello de botella: el lavado del PEG debe hacerse lentamente, durante días, para garantizar que las piezas de vidrio no se agrieten.

Acelere eso, dice, y el moldeo por inyección de vidrio podría volverse tan popular como lo es con el plástico.

Fuente: Science Mag