Ciertos plásticos tienen el inconveniente de que son inservibles a temperaturas demasiado altas o demasiado bajas. No le sucede esto a las poliimidas, que tienen una estabilidad térmica fuera de lo común. Por ejemplo, un miembro de esta familia, de nombre comercial kaptón, se fabrica en forma de películas (figura 6.7-dcha.) que resisten temperaturas desde pocos grados por encima del cero absoluto hasta unos 400 ℃, por lo que se han podido emplear en naves espaciales. Otras poliimidas pueden soportar por breves periodos de tiempo hasta 700 ℃. Estos plásticos, además, presentan gran tenacidad mecánica, resistencia química, excelentes propiedades dieléctricas y bajo coeficiente de expansión térmica. Por ello, encuentran aplicaciones en muchos campos. El nombre poliimida responde a la presencia en los monómeros de grupos imida (–CO–NR–CO–), que en el caso del kaptón están incluidos dentro de anillos (figura 6.7-izqda.).
Las poliimidas se pueden preparar en forma de aerogeles, que son un tipo de coloide. Un coloide es un sistema formado por dos o más fases (regiones del espacio con propiedades físicas uniformes). Una de las fases se denomina continua y la otra está dispersa en ella. Por ejemplo, la niebla es un sistema coloidal en la que la fase continua es un gas (aire) y la dispersa es un líquido (microgotas de agua). Los coloides en los que la fase continua es sólida y la dispersa es líquida se llaman geles. Y aquellos en los que la fase continua es sólida y la dispersa es un gas se denominan aerogeles. Por ejemplo, la piedra pómez y el merengue son aerogeles. Diremos también (porque más abajo se mencionará) que un sol es un sistema coloidal en el que la fase dispersa es un sólido (como el humo o muchas pinturas).
Los aerogeles de poliimida son sólidos químicamente resistentes, extraordinariamente porosos y ultraligeros, con una densidad muy baja debido a que dentro de sus poros solo hay aire, cuya proporción puede estar entre el 90 y cerca del 100% del volumen del material. Se les puede dar el aspecto de bayeta o de esponja de baño, pero no tienen nada que ver con este tipo de objetos porque resisten enormes pesos sin deformarse, como puede comprobarse en la figura 6.8, y además soportan temperaturas de más de 600 oC sin descomponerse.
Aunque estos aerogeles tienen múltiples aplicaciones, han despertado especialmente el interés de la industria aeroespacial, ya que por su baja conductividad térmica pueden utilizarse como escudos térmicos o para aislar los tanques criogénicos en los que se almacenan los combustibles hidrógeno y oxígeno a muy bajas temperaturas. Los aerogeles de poliimida reticulados (es decir, formados de cadenas unidas entre sí que constituyen redes) unen a su bajo peso y a su robustez térmica y química la posibilidad de ser modelados en forma de películas flexibles muy resistentes a los impactos. Compiten con los aerogeles inorgánicos (llamados monolíticos) basados en SiO2, que tienen la desventaja de producir polvo, ser rígidos y muy frágiles. La figura 6.9 resume los posibles usos de los aerogeles de poliimida en el campo aeroespacial.
Además de los aerogeles de SiO2 se han estudiado otros aerogeles inorgánicos, especialmente los basados en carbono y óxidos metálicos (titanio, vanadio, aluminio…). También los hay de sulfuros y seleniuros. Pero los orgánicos, como los de poliimida, parecen tener más futuro. Se pueden crear aerogeles basados en polisacáridos, resinas de epóxido, poliamidas, alcohol polivinílico, isocianatos, poliestireno, etc. Incluso los hay de polímeros naturales como la celulosa o la lignina de las plantas o el agar de las algas.
El proceso más común de obtencón de todos ellos se inicia con lo que se llama una polimerización sol-gel, consistente en la unión de monómeros que se encuentran en una disolución coloidal (sol) para formar un polímero con estructura de gel. En el interior del polímero queda encerrada la fase líquida de partida (gel húmedo) (figura 6.10). Si esta fase líquida se elimina por evaporación se obtiene un xerogel; si se retira por congelado y sublimado (es decir, por liofilización) se consigue un criogel. El aerogel, que difiere del xerogel y del criogel en propiedades superficiales, tamaños de poros y propiedades mecánicas, se produce mediante secado supercrítico del gel húmedo. Esta técnica consiste en la extracción del disolvente mediante un fluido supercrítico, que es un fluido que se comporta como híbrido entre gas y líquido cuando su temperatura y presión son mayores que ciertos valores críticos. Suele emplearse el CO2 en estado supercrítico. El aerogel que se obtiene es muy poroso, ya que se mantienen los huecos ocupados por el disolvente, y además es rígido.
Se ha demostrado que se pueden fabricar aerogeles usando como materia prima botellas de plásticos de tereftalato de polietileno arrojadas a la basura y dióxido de silicio, componente principal de la arena[3]. Esta es, pues, una buena forma de reciclar dichos objetos de plástico.
Por sus propiedades, los aerogeles tienen múltiples aplicaciones además de las mencionadas. Se han fabricado con ellos guantes, botas y plantillas para los pies que aíslan tanto del frío como del calor (las usan los montañeros), así como otros tipos de indumentaria. Dan buen resultado en aislamiento de tuberías y equipos de refrigeración. Se usan en construcción y en la industria automotriz, en insonorización, en optoelectrónica (por ejemplo, protectores de pantalla), sensores ópticos, etc.
[1] Imagen: M. A. B. Meador et al. ACS Appl. Mater. Interfaces 4 (2012) 536-544. https://doi.org/10.1021/am2014635.
[2] M. A. B. Meador et al. Improvements to the synthesis of polyimide aerogels. Conferencia ACS Spring, Anaheim, CA (Estados Unidos) (2011). https://ntrs.nasa.gov/citations/20110011361.
[3] S. Salomo et al. Colloids Surf. A 556 (2018) 37-42. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2018.08.015.
Este texto pertenece al libro:
Carlos Romero Muñiz, José M.ª Gavira Vallejo: Noventa materiales de ingeniería para la enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/90mi/ .
