Un nuevo compuesto de origen vegetal resistente y tan duro como el aluminio abre la puerta hacia nuevos plásticos sostenibles

La parte más fuerte de un árbol no está en su tronco ni en sus raíces, sino en las paredes de sus células microscópicas. El material podría allanar el camino hacia los plásticos sostenibles.

La pared de una célula de madera está formada por fibras de celulosa, el polímero más abundante de la naturaleza y el principal componente estructural de todas las plantas y algas. Dentro de cada fibra hay nanocristales de celulosa de refuerzo, o CNC, que son cadenas de polímeros orgánicos dispuestas en patrones cristalinos casi perfectos. En la nanoescala, los CNC son más fuertes y rígidos que el Kevlar. Si los cristales pudieran transformarse en materiales en fracciones significativas, los CNC podrían ser una vía para conseguir plásticos más fuertes y sostenibles de origen natural.

Ahora, un equipo del MIT ha diseñado un compuesto hecho principalmente de nanocristales de celulosa mezclados con un poco de polímero sintético. Los cristales orgánicos ocupan entre el 60 y el 90 % del material, la mayor fracción de CNC conseguida en un compuesto hasta la fecha.

Los investigadores descubrieron que el compuesto a base de celulosa es más fuerte y resistente que algunos tipos de hueso, y más duro que las típicas aleaciones de aluminio. El material tiene una microestructura de ladrillo y mortero que se asemeja al nácar, el duro revestimiento interior de la concha de algunos moluscos.

El equipo dio con una receta para el compuesto basado en CNC que podían fabricar utilizando tanto la impresión 3D como la fundición convencional. Imprimieron y fundieron el compuesto en trozos de película del tamaño de un céntimo que utilizaron para probar la resistencia y la dureza del material. También mecanizaron el composite con la forma de un diente para demostrar que el material podría utilizarse algún día para fabricar implantes dentales a base de celulosa -y, de hecho, cualquier producto de plástico- que sean más fuertes, resistentes y sostenibles.

Al crear compuestos con CNC a alta carga, podemos dar a los materiales basados en polímeros propiedades mecánicas que nunca antes habían tenido. Si podemos sustituir algún plástico basado en el petróleo por celulosa de origen natural, podría decirse que eso también es mejor para el planeta.

Básicamente deconstruimos la madera y la reconstruimos. Tomamos los mejores componentes de la madera, que son los nanocristales de celulosa, y los reconstruimos para conseguir un nuevo material compuesto.

A. John Hart, profesor de ingeniería mecánica.

Probaron la resistencia del material a las grietas, utilizando herramientas para iniciar primero grietas a nano y luego a microescala. Comprobaron que, a través de múltiples escalas, la disposición de los granos de celulosa del compuesto impedía que las grietas dividieran el material. Esta resistencia a la deformación plástica confiere al compuesto una dureza y rigidez en el límite entre los plásticos convencionales y los metales.

Vía mit.edu