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27/10/2021

Nuevos materiales luminiscentes en plásticos

Los materiales luminiscentes son compuestos capaces de emitir luz visible o infrarroja bajo los estímulos oportunos.

Gracias a esta particularidad, estos materiales son usados en muchas aplicaciones como dispositivos electrónicos, sondas biológicas y láser: desde iPhones hasta motores de automóviles eléctricos, así como motores a reacción militares y satélites.

Las principales aplicaciones de los materiales luminiscentes en el sector de los plásticos se encuentran en recubrimientos o en materiales para inyección (como PP, PE, PVC, PU, ​​PS, ABS, TPR, EVA, PMMA, nylon, etc.) para aplicaciones como marcadores o para productos de alto valor contra la falsificación.

 

Los aditivos luminiscentes en el mercado

En el mercado actual existen muchos aditivos para obtener materiales luminiscentes que deber ser incluidos en el plástico en diferentes cantidades y con una buena dispersión.

Un ejemplo es el de los derivados luminiscentes del fósforo, productos orgánicos ampliamente utilizados pero que pueden presentar problemas de degradación debido a fenómenos de oxidación o a la temperatura durante el proceso de producción.

Los aditivos de este tipo más conocidos son las tierras raras, o lantánidos, y son populares por su fotoluminiscencia característica. Varios iones de lantánidos muestran luminiscencia en las regiones espectrales del infrarrojo cercano o visible tras la irradiación con luz ultravioleta.

La longitud de onda de estas emisiones depende del ion lantánido usado y es conocido por su pureza cromática, es decir, su capacidad de emitir a una longitud de onda muy estrecha, dando un color característico en el caso de emisión visible por ejemplo. Así, el Europio emite luz roja y el Terbio luz verde, mientras otros, como el Holmio y el Erbio, emiten ondas en el infrarrojo. Las tierras raras son divididas entre ligeras (LREEs, Light Rare Earth Elements en inglés) y pesadas (HREEs, Heavy Rare Earth Elements en inglés).

Europa no tiene una producción propria de tierras raras y depende de la importación, principalmente de China, que tiene el 37% de las reservas globales. Por este motivo, y por sus muchas aplicaciones en sectores específicos y high tech, la Comisión Europea ha señalado las tierras raras como los materiales con mayor riesgo de suministro y las ha incluido en la lista de materias primas criticas (RCM, Raw Critical Materials en inglés).[1]

Figura 1. Materias primas utilizadas en tecnologías clave para las transiciones digital y verde, y su riesgo relativo de suministro.1

 

Nuevos materiales luminiscentes

En respuesta al riesgo presentado por el suministro de las tierras raras, también conocidos como elementos del bloque f por su posición en la tabla periódica, en los últimos años las investigaciones académicas han estudiado nuevos complejos luminiscentes a partir de elementos del bloque d, compuestos de metales más comunes y menos costosos como Cromo, Hierro, Manganeso y Cobre con emisiones que van del infrarrojo cercano a la luz visible como el verde o el rojo.

Recientemente, AIMPLAS, en colaboración con la Universidad de Venecia (Italia), ha desarrollado un complejo luminiscente con alta resistencia a la temperatura que permite obtener buenas dispersiones en materiales plásticos y una coloración rojo intenso al ser expuesto a la luz ultravioleta.

Figura 2. Luminiscencia roja obtenida bajo luz ultravioleta con el compuesto luminiscente desarrollado en AIMPLAS añadido al 1% en una resina epoxi.

 

Los metales del bloque d utilizados para obtener compuestos luminiscentes son más abundantes en la corteza terrestre y los que tienen un riesgo de suministro presentan un nivel muy bajo, permitiendo la obtención de compuestos luminiscentes a precios más accesibles en comparación con las tierras raras.

AIMPLAS ha conseguido incorporar con éxito y con buenas dispersiones dichos compuestos tanto en materiales termoplásticos (como polietileno o polipropileno) como en resinas para recubrimientos (como resina epoxi).

Figura 3. Poliolefinas luminiscentes obtenidas a través de la adición de diferentes porcentajes de compuesto.

[1] RMIS – Raw Materials Information System

Autor: Dr. Lodovico Agostinis, Grupo de tecnología química