Es una de las pequeñas molestias de la vida: ese último poco de champú que no saldrá de la botella. O el último poco de jabón de manos, de lavavajillas o de detergente para la ropa.
Ahora los investigadores de la Universidad Estatal de Ohio han encontrado una manera de crear la textura perfecta dentro de las botellas de plástico para permitir que los productos de jabón fluyan libremente. Describen la tecnología pendiente de patente en un artículo que aparecerá en la revista Transacciones filosóficas de la Royal Society el 27 de junio.
La técnica consiste en revestir una botella de plástico con estructuras microscópicas en forma de Y que acunan las gotitas de jabón por encima de pequeñas bolsas de aire, de modo que el jabón nunca toque el interior de la botella. Las estructuras "y" se construyen usando muchonanopartículas más pequeñas hechas de sílice o cuarzo, un ingrediente en vidrio, que, cuando se trata más, no se adhiere al jabón.
Si parece que los ingenieros Bharat Bhushan y Philip Brown se tomaron muchas molestias para resolver este problema, tiene razón. Pero la solución que encontraron es en realidad más simple y menos costosa que las alternativas en desarrollo en otros lugares. Y funciona para unPlástico común utilizado para envasar alimentos y artículos para el hogar: polipropileno.
"Es lo que llamarías un problema del primer mundo, ¿verdad? 'No puedo sacar todo el champú de la botella'. Pero los fabricantes están realmente interesados en esto, porque hacen miles de millones de botellas queterminar en la basura con el producto todavía en ellos ", dijo Bhushan, eminente erudito de Ohio y Howard D. Winbigler, profesor de ingeniería mecánica en el estado de Ohio.
Los recubrimientos ya existen para ayudar a los alimentos, pero no al jabón, a salir de sus recipientes, dijo.
"En comparación con los jabones, sacar el ketchup de una botella es trivial. Nuestro recubrimiento repele los líquidos en general, pero hacer que repele el jabón fue la parte difícil".
La clave, explicó, es la tensión superficial: la tendencia de las moléculas de una sustancia a adherirse entre sí. La salsa de tomate y otras salsas están compuestas principalmente de agua, y las moléculas de agua tienden a adherirse entre sí más de lo que se adhieren.a plástico
Pero los tensioactivos, las moléculas orgánicas que hacen que el jabón sea "jabonoso", son todo lo contrario: tienen una tensión superficial muy baja y se adhieren fácilmente al plástico, explicó Brown, un becario postdoctoral.
"Fue un desafío adicional para nosotros hacer una superficie que pudiera repeler el surfactante", estuvo de acuerdo
Su objetivo, que fue sugerido por un fabricante de champú comercial, era crear un forro de botella de champú que fuera barato, efectivo y respetuoso con el medio ambiente.
El jabón y el champú limpian nuestra piel y cabello al unirse químicamente con aceite y agua, de modo que los aceites superficiales que estaban en nuestros cuerpos se lavan cuando enjuagamos. Lo mismo ocurre con los platos. Durante el lavado de ropa, el detergente realiza una doble función,liberando aceites y también ayudando a que el agua penetre en las telas. Es esa tenacidad la que hace que las últimas gotas de surfactante se adhieran al interior de las botellas.
Bhushan y Brown idearon un método para aplicar una pequeña cantidad de solvente y nanopartículas de sílice ultrafina en el interior de las botellas. Los fabricantes ya usan solventes para cambiar la textura de los plásticos moldeados, ya que causan la superficie deplástico para ablandarse un poco. Al mezclar la sílice y el solvente, los investigadores pudieron ablandar la superficie del polipropileno lo suficiente como para que cuando el plástico se endureciera nuevamente, la sílice se incrustara en la superficie.
Las estructuras tienen solo unos pocos micrómetros - millonésimas de metro - de alto, y están cubiertas de proyecciones en forma de rama aún más pequeñas. Parecen almohadas peludas en forma de corazón, pero son duras como el vidrio.
Tampoco cubren el interior de la botella por completo, sino que se plantan a unos pocos micrómetros de distancia. Las ramas principales de la "y" sobresalen de la superficie de plástico en un ángulo inferior a 90 grados, lo suficientemente empinado como para que el agua, los aceites e incluso el tensioactivo no pueden mantener físicamente una forma de gota que caiga entre las ramas y toque el plástico.
"Terminas con bolsas de aire debajo, y eso es lo que te da repelencia al líquido", dijo Brown.
En lugar de extenderse sobre la superficie, las gotas de jabón forman cuentas y se enrollan de inmediato.
Los investigadores han sabido por algún tiempo que una estructura de soporte con el ángulo correcto de voladizo resolvería este problema, y algunos han tratado de tallar las formas en plástico manualmente usando fotolitografía, la misma técnica que da forma a los chips de computadora.
"Eso es costoso y consume tiempo", dijo Brown. "Además, terminan con pequeños voladizos frágiles que se rompen. Incorporamos un material duro directamente en la superficie del polímero, por lo que sabemos que es duradero".
El polipropileno no es el material de botella de plástico más común, pero 177 millones de libras se convirtieron en botellas y tapas de botellas en los Estados Unidos solo en 2014, según el Consejo Americano de Química ACC. Además del champú, jabón ybotellas de detergente, también se usa para tinas de yogurt, botellas de ketchup y botellas médicas, cápsulas de café de una sola porción y tazas de bebidas heladas Starbucks.
El polipropileno está clasificado como un plástico "número 5" por el Sistema de codificación de identificación de resina. Un informe reciente de ACC descubrió que el reciclaje de plásticos número 5 está en aumento, aumentando de 44.2 millones de libras en 2013 a 45.6 millones de libras en 2014. Solocerca de dos tercios de los servicios de reciclaje de aceras estadounidenses lo aceptan, pero las compañías comerciales como Preserve of Waltham, Massachusetts y las tiendas de alimentos Whole Foods en todo el país están trabajando con fabricantes y minoristas para recolectar contenedores de plástico número 5 y convertirlos en productos útiles.
El invento del estado de Ohio en realidad podría ayudar al reciclaje. Antes de que las botellas de plástico puedan reciclarse, deben enjuagarse por completo y Bhushan sospecha que no es la única persona que no se molesta.
"Todos luchamos con las botellas de champú en casa", dijo Bhushan. "Tengo algunas en mi ducha en este momento. Tratando de sacar la última gota, la puse al revés, y mi esposa agrega agua a la botella ypelea con él por un tiempo, y luego nos damos por vencidos y simplemente lo tiramos ".
Con un mayor desarrollo, la universidad espera otorgar la licencia de la técnica de recubrimiento a los fabricantes, no solo para las botellas de champú, sino también para otros productos de plástico que deben mantenerse limpios, como dispositivos biomédicos o catéteres. Ya han aplicado la misma técnica parapolicarbonato, un plástico utilizado en faros de automóviles y fundas de teléfonos inteligentes, entre otras aplicaciones.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Ohio . Original escrito por Pam Frost Gorder. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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