Uno de los temas que se estudian actualmente en el Departamento de Tecnología de Productos Forestales de la Escuela de Tecnología Química es el uso de nanocelulosa como refuerzo de polímeros como los termoplásticos. Nanocelulosa, o fibra de madera degradada a nanoescala, mezclado con un polímero da como resultado un material resistente. Este producto puramente natural puede reemplazar las fibras sintéticas a base de petróleo que se utilizan comúnmente para reforzar materiales compuestos en la actualidad.
En su tesis doctoral, Mindaugas Bulota, M. Sc. (Tecnología), estudiaron compuestos hechos de poli (ácido láctico) (PLA) y celulosa. Bulota observó que incluso una pequeña cantidad de celulosa mejora la tenacidad del PLA. Cuando la cantidad de celulosa en el compuesto era inferior al 5 por ciento en peso, la tenacidad del material compuesto fue aproximadamente diez veces mayor que la del polímero puro.
Este material compuesto es renovable y, según el investigador, se descompone en aproximadamente varios meses.
"Se descompondría en agua y dióxido de carbono en un entorno de abono natural y no dañaría la naturaleza, Bulota explica.
Dos polímeros quebradizos se combinan para formar un material resistente
Tanto el PLA como la celulosa son polímeros frágiles.
"Si este bolígrafo en mi mano estuviera hecho de nanocelulosa, se rompería en pedazos tan pronto como cayera al suelo. Todavía, nanocelulosa mezclada con PLA da como resultado un material resistente que podría soportar cargas de servicio, "Bulota describe.
"Es como si el vidrio quebradizo se transformara mágicamente en plástico resistente, Bulota ilustra.
Por supuesto, no es tan simple como eso. La celulosa es hidrofílica, lo que significa que se mezcla fácilmente con agua y por lo tanto no se une fácilmente con el polímero PLA hidrófobo o repelente al agua. En una reacción llamada esterificación, algunos de los grupos OH hidrófilos en la celulosa se reemplazan por grupos éster hidrófobo, que mejoran la compatibilidad. El nivel de sustitución se puede utilizar para controlar el comportamiento mecánico de los materiales compuestos.
Producto renovable con muchas aplicaciones potenciales
Se fabricaron películas compuestas de PLA-nanocelulosa de 70 micrómetros de espesor y se probaron sus propiedades mecánicas. Se prestó especial atención a sus mecanismos de deformación y fractura bajo carga mecánica en tensión.
Además, La estructura química del material compuesto se examinó mediante espectroscopía Raman. Las bandas de intensidad en un espectro Raman indican una mayor concentración de material en el material compuesto. La nanocelulosa debe distribuirse uniformemente dentro de un polímero para lograr las mejores propiedades.
Los mecanismos de deformación y fractura de los compuestos a nanoescala son fenómenos complejos que aún no se comprenden completamente. Se requieren estudios adicionales sobre el comportamiento de la nanocelulosa dentro del polímero.
"Si logramos comprender mejor lo que sucede en el compuesto de nanocelulosa y PLA bajo carga mecánica, nos acercamos a una receta para fabricar un nuevo tipo de materiales respetuosos con el medio ambiente, difícil, fuerte y renovable. Además, podríamos adaptar las propiedades de estos materiales a las necesidades de cada uno, Bulota lo explica ".
La gama de posibles aplicaciones es amplia.
"Los compuestos de nanocelulosa podrían ser adecuados para diversas aplicaciones, como implantes médicos, pantallas flexibles, andamio para la ingeniería de tejidos, Sólo para nombrar unos pocos. También podría proporcionar una alternativa respetuosa con el medio ambiente para los plásticos a base de petróleo que se utilizan mucho en los envases. El uso extensivo de plásticos no degradables ha provocado desastres ecológicos como 'The Great Pacific Garbage Patch', que se compone de basura plástica que flota en el Océano Pacífico y tiene el doble del tamaño de Estados Unidos ".
