Superficies nanoestructuradas por inyección de plástico

La ingeniería de superficies constituye una de las áreas industriales más dinámicas y con constantes avances tecnológicos, muy especialmente en la fabricación de piezas de materiales plásticos. La presencia de micro y nanotexturas en superficies es muy común en la naturaleza, presentando funcionalidades muy diversas que aportan propiedades como la hidrofobicidad (flor de loto), la difracción de la luz (que da color a las alas de mariposa), la absorción o dispersión de luz, o mejoras hidrodinámicas (piel de tiburón), entre muchas más, y que son factibles de ser reproducidas artificialmente con gran fidelidad.

La generación de micro y nanoestructuras en las superficies permite cambiar la relación de un material con su entorno. Uno de los grandes retos es mejorar los procesos de micro y nanofabricación de este tipo de estructuras y permitir que estas tecnologías se puedan escalar industrialmente. La texturización de moldes de inyección de plástico, para después replicar estas estructuras en piezas plásticas, es una buena solución, al ser una fabricación masiva y económica.

En este contexto, el Dr. Tomás Baldi Boleda ha defendido en IQS su tesis doctoral bajo el título Manufacturing of nanostructured surfaces by plastic injection moulding, donde el objetivo principal ha sido obtener superficies texturizadas funcionales asequibles. La tesis ha sido realizada bajo la dirección del Dr. Andrés García Granada, profesor del Departamento de Ingeniería Industrial, y del Dr. Carles Colominas Guardia, del Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de Materiales, de IQS School of Engineering.

Piezas texturizadas fabricadas por inyección de plástico

En su investigación, el Dr. Baldi ha explorado diferentes metodologías para la obtención de texturas, a escala micrométrica y submicrométrica, empleando distintas estrategias de recubrimiento y texturización, incluido el texturizado mediante láser pulsado de femtosegundos, el cual le ha permitido obtener estructuras superficiales periódicas conocidas como LIPSS – de sus siglas en inglés Laser Induced Periodic Surface Structure ­–. Estas estructuras LIPSS han sido caracterizadas mediante espectroscopia RAMAN, microscopía electrónica de barrido, microscopía de fuerzas atómicas y difracción de RX.

Para conseguir el objetivo de obtener superficies micro y nanotextiruzadas de coste asequible, que se puedan fabricar de forma industrial, se ha explorado la fabricación en piezas plásticas mediante el proceso de inyección de plástico, utilizando moldes de inyección que incorporen el negativo de las microtexturas. En este caso, se han fabricado superficies superhidrofóbicas, para lo que el Dr. Baldi ha diseñado y construido un molde de inyección que permite el cambio de diferentes superficies y nanoestructuras.

Se trata del primer prototipo construido para conseguir esta estrategia, mediante el cual se han podido obtener con éxito piezas de polipropileno y policarbonato con superficies texturizadas superhidrofóbicas, caracterizadas mediante microscopía electrónica de barrido y confocal. También, es la primera vez que se describen los parámetros de inyección – presión, temperatura y tiempo de ciclo – empleados para poder replicar estas superficies del molde en las piezas finales.

Finalmente, en la última parte de la tesis, el Dr. Baldi ha estudiado la fabricación de canales de microfluídica para inyección de plástico. En concreto, ha desarrollado una estrategia para la fabricación de los moldes para microfluídica, consiguiendo un proceso completo que empieza en la producción del negativo de unos canales de microfluídica – mediante impresión 3D –, seguido de la realización de una copia de los canales en silicona, y realizando finalmente un recubrimiento selectivo en níquel, obteniendo así el negativo de los canales en el molde donde finalmente, mediante inyección de plástico, se obtienen los canales de microfluídica en piezas de policarbonato.

Esta tesis ha sido realizada en colaboración con las empresas Fluebetech y Microrelleus, la Asociación de la Industria de Navarra (AIN), la Universidad Pública de Navarra (UPNA), el Insituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA) y con el Centro Nacional de Microelectrónica (CNM-CSIC) de Bellaterra.

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Esta investigación ha recibido financiación dentro del programa de ayudas IQS para la contratación de personal investigador predoctoral, y ha formado parte del proyecto PLASTFUN, incluido en la Comunidad Industrias del Futuro dentro de la estrategia RIS3CAT impulsada por la Generalitat de Catalunya.