Christina Schenk, IMDEA MATERIALES

Es posible que en su casa haya unas cortinas de poliéster, un tejido sintético que puede derretirse y arder rápidamente cuando alcanza altas temperaturas. El fuego se propaga por su superficie y produce humo tóxico.

Cuando una pequeña llama entra en contacto con el poliéster, el calor descompone rápidamente las moléculas del tejido y se liberan gases inflamables. Dicha llama se extiende velozmente por la superficie vertical del tejido y alcanza alturas importantes en pocos segundos, generando un denso humo negro, muy tóxico y peligroso.

Esta propagación rápida puede envolver rápidamente la habitación y dificultar la evacuación, haciendo que unas simples cortinas se conviertan en un foco peligroso de incendio en el hogar.

Como ocurre en las cortinas, los plásticos están presentes en casi todos los aspectos de nuestra vida diaria: textiles, dispositivos electrónicos, automóviles y materiales de construcción. Aunque son resistentes y versátiles, presentan un problema importante: su inflamabilidad.

No obstante, en sectores como la electrónica, los plásticos ignífugos protegen aparatos como televisores y ordenadores; en la automoción, mejoran la seguridad en salpicaderos y revestimientos interiores; y en la construcción, son clave para aislamientos y conductos eléctricos que previenen la rápida propagación del fuego. ¿Cómo se consigue que adquieran esta propiedad?

Reducir el riesgo

Para reducir el riesgo de inflamabilidad se utilizan aditivos retardantes de llama, productos químicos que se añaden a los plásticos para hacerlos menos inflamables.

Estos compuestos ayudan a que el fuego se propague más lentamente, dando más tiempo para reaccionar y evacuar en caso de incendio. De hecho, la efectividad de estos retardantes se puede medir con pruebas que evalúan cuánto se reduce la velocidad a la que avanza la llama. Se nota claramente que las casas y edificios con materiales ignífugos tienen mayor seguridad contra incendios que aquellos que no los tienen.

Sin embargo, muchos retardantes convencionales derivan de fuentes fósiles y contienen sustancias que pueden ser nocivas para la salud y el medio ambiente. ¿Podemos hacerlo mejor?

Toxicidad y alteraciones hormonales

Por ejemplo, los retardantes bromados PBDE (éteres difenílicos polibromados), derivados del petróleo, están presentes en muebles con espuma, colchones y aparatos electrónicos comunes en el hogar. Estos compuestos pueden liberar sustancias químicas que irritan los ojos y la piel. Con exposiciones prolongadas están asociados a efectos más graves en la salud, como alteraciones hormonales, daño neurológico y aumento del riesgo de algunos tipos de cáncer. El polvo que se desprende de estos productos es una vía común de exposición, especialmente para niños.

Estudios científicos han encontrado que la exposición a PBDE está relacionada con cáncer, trastornos endocrinos y neurotoxicidad en humanos, por lo que muchos países están regulando o prohibiendo su uso para proteger la salud pública.

Así, aunque los retardantes de llama mejoran la seguridad frente a incendios, es importante avanzar hacia alternativas más sostenibles y menos dañinas para la salud y el medio ambiente. ¿Cómo lo hacemos? Buscamos alternativas más seguras y sostenibles, que no sólo reduzcan el riesgo de incendio, sino que además aporten beneficios medioambientales.

Un nuevo material con aplicaciones multifuncionales

En este trabajo presentamos un nuevo sistema retardante de llama de base biológica y diseñado para compuestos de poliamida, un tipo de plástico de ingeniería muy utilizado por su resistencia y versatilidad. Un ejemplo de aplicación son los textiles técnicos, especialmente la ropa de protección industrial o deportiva, para que sean resistentes y seguras frente al fuego al mismo tiempo que se cuida el impacto ambiental.

No obstante, este material también tiene un enorme potencial en muchos otros sectores, como la automoción, la electrónica y el embalaje, ampliando el alcance de materiales de alto rendimiento con retardancia a la llama y bajo impacto ambiental, útiles para diversas aplicaciones industriales.

La resistencia mecánica en las citadas prendas es fundamental porque deben soportar esfuerzos continuos, como rozaduras, abrasiones y hasta impactos, durante largos periodos de uso en condiciones exigentes. De esta forma, la ropa mantiene su integridad, no se daña fácilmente y sigue protegiendo eficazmente al usuario frente a riesgos térmicos o químicos mientras dura más tiempo.

Materiales inteligentes

Lo realmente innovador no es solo la elección de materiales renovables, sino también el método de diseño y optimización que hemos utilizado: una estrategia que combina experimentación en el laboratorio con herramientas de aprendizaje automático (machine learning) y algoritmos de optimización.

El proceso habitual era el de “prueba y error”, donde se preparaban distintas combinaciones químicas, se probaban en laboratorio y se medían sus propiedades para determinar cuáles ofrecían mejor desempeño. Pero este método consume mucho tiempo y recursos al tener que repetir muchas pruebas hasta encontrar una fórmula óptima.

En nuestro trabajo aplicamos un enfoque guiado por datos que nos permite diseñar experimentos de manera sistemática para explorar distintas combinaciones. Empleamos modelos de inteligencia artificial que aprenden de los datos experimentales y predicen el rendimiento de nuevas formulaciones y generamos métodos de optimización que identifican las soluciones más prometedoras. El uso de la IA nos permite acelerar el proceso de descubrimiento.

Gracias a este enfoque, logramos mejorar de forma simultánea la resistencia mecánica y la seguridad (dos propiedades que suelen estar en conflicto) del nuevo biomaterial que buscábamos.

El mejor biomaterial posible

El mejor biomaterial creado mostró un aumento del 18,4 % en la resistencia a la tracción (capacidad de soportar esfuerzos antes de romperse) y una reducción del 53,1 % en la tasa máxima de liberación de calor, un parámetro clave en el comportamiento frente a incendios. Este avance es relevante, por ejemplo, en textiles de alto rendimiento más sostenibles y saludables.

Al unir ciencia experimental con inteligencia artificial, reducimos la dependencia de aditivos dañinos, minimizamos el desperdicio y abrimos el camino hacia nuevos materiales seguros, sostenibles y de alto rendimiento que aportan beneficios directos a la sociedad.

Christina Schenk, Investigadora en ML para aplicaciones de materiales, IMDEA MATERIALES

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.