Ya sea que esté envolviendo un regalo o vendando una herida, confía en un adhesivo para hacer el trabajo.

Estas sustancias pegajosas a menudo están hechas de materiales derivados del petróleo, pero ¿y si hubiera una forma más sostenible de hacerlos? Ahora, Un equipo de ingenieros de la Universidad de Delaware ha desarrollado un proceso novedoso para fabricar cinta adhesiva con un componente importante de árboles y plantas llamado lignina, una sustancia que los fabricantes de papel suelen desechar. Y lo que es más, su invención funciona tan bien como al menos dos productos disponibles comercialmente.

Los investigadores describieron recientemente sus resultados en Ciencia Central ACS , y están trabajando en más formas de reciclar madera y plantas de desecho en "materiales de diseño" para uso del consumidor.

Ciencia pegajosa

La lignina es un recurso renovable, una sustancia en los árboles que ayuda a fortalecerlos. Pero no tienes que talar árboles para conseguirlo, porque hay mucho por ahí. Cuando los fabricantes de pulpa y papel procesan madera, la lignina se deja atrás y generalmente se desecha en vertederos o se quema para calentarla. Algunas empresas incluso están dispuestas a entregar un camión volquete gratuito lleno de cosas porque es más barato que desecharlas en un vertedero. Un económico material abundante y sostenible, La lignina presenta una excelente oportunidad para un reciclado superior científicamente avanzado.

La lignina también es un polímero natural, un material compuesto por moléculas muy grandes compuestas por subunidades más pequeñas llamadas monómeros. La lignina comparte algunas similitudes de propiedades estructurales y materiales con los polímeros derivados del petróleo, como poliestireno y polimetilmetacrilato, que se utilizan comúnmente en adhesivos y otros productos de consumo, desde materiales de embalaje hasta vasos.

"Uno de los pensamientos que siempre hemos tenido es:¿Podemos tomar lignina y fabricar productos útiles? y en este caso, polímeros útiles? ", dijo Thomas H. Epps, III, el Profesor Thomas y Kipp Gutshall de Ingeniería Química y Biomolecular, Catedrático de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la UD, y el autor correspondiente del nuevo artículo. En particular, Epps sospechaba que la lignina podría usarse para fabricar adhesivos con una fuerza similar, tenacidad, y resistencia al rayado en las versiones a base de petróleo.

Cinta adhesiva, Cinta amarilla multiusos y de papel para pintor.

Antes de que la lignina pudiera transformarse en un producto, fue desglosado por investigadores del Centro de Catálisis para la Innovación Energética (CCEI), un centro de investigación multiinstitucional en la UD establecido por una subvención del Departamento de Energía de EE. UU.

Dionisios Vlachos, director de CCEI y del Delaware Energy Institute, es un experto internacional en catálisis, procesos que aceleran reacciones químicas. Durante casi una década, Vlachos y su equipo han perfeccionado métodos para descomponer algunos componentes de madera, celulosa y hemicelulosa, en productos útiles. Su objetivo es fabricar productos renovables que sean mejores para el medio ambiente, con un rendimiento inigualable. Sin embargo, en comparación con otros componentes de madera, la lignina presenta un desafío más difícil.

"La lignina es muy dura, una parte sólida de la biomasa más difícil de descomponer, ", dijo Vlachos." Desarrollar un catalizador y un proceso para romper estas moléculas es difícil ".

Usando un material catalizador disponible comercialmente, Vlachos y sus colegas desarrollaron una leve proceso de baja temperatura que rompe la lignina en pequeños, fragmentos moleculares:un proceso llamado despolimerización.

Luego, Epps utilizó esos materiales para sintetizar nuevos materiales, ajustar sus propiedades para su uso en adhesivos sensibles a la presión, materiales que se adhieren al contacto.

"Empezamos con un biopolímero, y terminamos con otro polímero, "dijo Vlachos.

"Podemos utilizar la misma separación, purificación, polimerización, y métodos de caracterización para hacer estos materiales como uno puede usar para hacer el comercial actual, y a base de petróleo, análogos, ", dijo Epps." Pero podemos obtener mejores propiedades, y podemos utilizar una fuente mucho más ecológica ".

Usando pruebas mecánicas para determinar la adherencia y pegajosidad, los investigadores encontraron que su cinta funcionaba a la par con la cinta de etiquetado Fisherbrand y la cinta Scotch Magic Tape.

"Esperábamos que fuera competitivo porque sabíamos que si podíamos formar polímeros bien definidos, podríamos diseñarlos para que tengan un rendimiento similar, ", dijo Epps." Lo que encontramos un poco sorprendente e interesante es que nuestros materiales dieron un rendimiento similar al de la cinta Scotch y la cinta Fisherbrand sin ninguna formulación adicional u otros aditivos que se utilizan normalmente en materiales comerciales para mejorar su rendimiento ".

Muchas cintas tienen tackifiers agregados, sustancias que aumentan la adherencia pero también pueden reducir la vida útil de los materiales.

Del laboratorio a tu casa

El equipo de investigación utilizó lignina procedente de madera de álamo, pero planean explorar el potencial de otras maderas y otras plantas con alto contenido de lignina, como el pasto varilla.

"Digamos que cambiamos a un abedul, roble o pino, ¿Podemos hacer estos mismos materiales de diseño? ¿pero con propiedades ligeramente diferentes? ", dijo Epps. Quizás los materiales podrían someterse a ingeniería inversa para tener diferentes niveles de adherencia, produciendo productos de cinta adhesiva a cinta aislante a cinta de pintor a vendas a notas adhesivas y más.

"Si necesito algo un poco de mal gusto, Podría usar un árbol ligeramente diferente para eso, ", dijo Epps." Si quiero algo que sea menos pegajoso y deje menos residuos, Podría usar un árbol diferente. Hay muchas oportunidades de utilizar la biodiversidad para ajustar el producto final ".

Las aplicaciones también podrían extenderse más allá de las cintas para incluir cosas como bandas elásticas, juntas tóricas, juntas y sellos, o incluso neumáticos de coche.

El equipo también tiene como objetivo desarrollar aún más sus procesos para que puedan descomponer más lignina y optimizar sus procesos. Planean hacer pruebas adicionales para caracterizar las propiedades de sus nuevos materiales.

Vlachos ve aquí un tremendo potencial económico.

"Esto podría rejuvenecer la industria del papel porque las empresas algún día podrían vender la lignina a los fabricantes de adhesivos, ", dijo." O, podrían hacer la primera ronda de procesamiento en el sitio y luego vender las moléculas a otras empresas ".

El equipo de investigación ha solicitado una patente provisional sobre este trabajo.

Colaboración en su máxima expresión

Esta investigación ejemplifica el poder de la colaboración entre los ingenieros de la UD.

"Incluye todo, desde el diseño de catalizadores hasta separaciones optimizadas, síntesis y caracterización de materiales de alto rendimiento, ", dijo Epps." Cubre toda la gama de lo que hace un ingeniero químico ".