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Madera artificial

Los científicos han fabricado madera artificial a partir de resinas sintéticas que, aunque imitan la madera natural, exhiben propiedades mejoradas para un uso multifuncional.

La madera es un tejido fibroso orgánico que se encuentra en árboles, arbustos y arbustos. La madera puede considerarse el material más útil y quizás el más versátil del planeta Tierra. Se ha utilizado durante miles de años para múltiples propósitos y es muy conocido por su baja densidad y alta resistencia. La estructura celular anisotrópica única (es decir, diferentes propiedades en diferentes direcciones) de la madera le otorga propiedades mecánicas asombrosas y la hace fuerte, rígida pero aún liviana y flexible. La madera tiene alta resistencia a la compresión y baja resistencia a la tracción. La madera es ecológica y económica, superresistente, duradera y duradera, y se puede utilizar para construir cualquier cosa, desde la fabricación de papel hasta la construcción de casas.

La naturaleza ya nos ha proporcionado materiales asombrosos como la madera. Sin embargo, siempre hay una inspiración que gira en torno a la naturaleza para que podamos diseñar y desarrollar materiales de ingeniería biomimética de alto rendimiento, que podrían "imitar" las asombrosas propiedades de los biomateriales que ya se encuentran en la naturaleza. La singularidad de la madera proviene de su estructura celular anisotrópica junto con baja densidad y alta resistencia. En el pasado reciente, los científicos han intentado diseñar materiales considerando este concepto en un intento por duplicar propiedades de la madera como alta resistencia y ligereza. Sin embargo, la mayor parte de la investigación ha arrojado resultados insatisfactorios ya que los materiales diseñados adolecían de un defecto u otro. Sigue siendo un desafío sustancial para los ingenieros construir artificial materiales similares a la madera. Esto es de gran relevancia porque lleva décadas cultivar madera natural y el tiempo y la eficiencia son un criterio fuerte cuando se busca hacer un material similar a la madera natural.

Madera bioinspirada

Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China han ideado una nueva estrategia para la fabricación de polímeros artificiales bioinspirados madera a gran escala. Este material artificial tiene una microestructura celular similar a la madera, buena controlabilidad en las microestructuras y demostraría propiedades como ligereza y alta resistencia análogas a las propiedades mecánicas de la madera natural. Los investigadores afirman que este nuevo material es tan fuerte como la madera natural a diferencia de cualquier otra madera de ingeniería investigada hasta la fecha.

La madera que se encuentra en la naturaleza contiene un polímero natural llamado lignina que es responsable de fortalecer la madera. La lignina une pequeños cristalitos de celulosa en una estructura en forma de malla para crear una alta resistencia. Los investigadores pensaron en replicar la lignina mediante el uso de un polímero sintético llamado resol, que tiene propiedades similares. Convirtieron con éxito resoles tradicionalmente disponibles (resina fenólica y resina de melamina) en madera artificial como material. La conversión se logró utilizando primero las propiedades de autoensamblaje del polímero resol y luego sometiéndolo a la curación. Para lograr el autoensamblaje, las resinas de termostato líquidas se congelaron unidireccionalmente y luego se curaron (reticularon o polimerizaron) a temperaturas no superiores a 200 grados Celsius. La madera de ingeniería producida adopta una estructura similar a una celda que se asemeja mucho a la de la madera natural. Posteriormente, se llevó a cabo el termocurado, un proceso que consiste en un cambio químico inducido por la temperatura (en este caso, polimerización) en resol, para producir maderas poliméricas artificiales. El tamaño de los poros y el grosor de la pared de dicho material se pueden controlar manualmente. No solo eso, los cristalitos que produce el resol también se pueden cambiar según los requisitos del tipo de madera. El color también se puede alterar añadiendo o cambiando los cristalitos que mantienen unido el resol. Cuando esta madera de ingeniería se comprime, exhibe una resistencia similar a su contraparte natural. El enfoque descrito en el estudio también se puede denominar como un enfoque ecológico para preparar maderas artificiales en las que se puede utilizar abono de nanomateriales como nanofibras de celulosa y óxido de grafeno.

Curiosamente, la madera artificial diseñada muestra una mejor resistencia a la corrosión por el agua y el ácido en comparación con la madera natural, sin asumir que sus propiedades mecánicas disminuyen. Esto significa que la madera artificial puede resistir eventos climáticos extremos y mejoraría su protección. También muestra un mejor aislamiento térmico y una mejor resistencia al fuego y no se incendiaría fácilmente como lo hace la madera natural, principalmente porque el resol es retardante del fuego. Esto puede ser de gran ayuda para sectores como la fabricación y la construcción, especialmente los edificios residenciales que se incendian cuando se construyen con madera natural. El material es ideal para entornos duros y hostiles, ya que está bastante mejorado en comparación con la madera natural. Es único en comparación con los materiales de ingeniería estándar como la cerámica celular y los aerogeles con respecto a la resistencia y las propiedades de aislamiento térmico. También es más eficaz que la mayoría de los compuestos de plástico y madera debido a su mayor resistencia. La madera de ingeniería tiene muchas propiedades que la hacen más eficiente.

La nueva estrategia descrita en este estudio publicado en Los avances de la ciencia proporciona nuevas vías para fabricar y diseñar una variedad de materiales compuestos de ingeniería biomimética de alto rendimiento que tendrán una ventaja significativa sobre sus contrapartes tradicionales. Estos materiales novedosos pueden tener amplias aplicaciones en muchos campos.

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{Puede leer el trabajo de investigación original haciendo clic en el enlace DOI que figura a continuación en la lista de fuentes citadas}

Fuentes)

Zhi-Long Y y col. 2018 Maderas poliméricas bioinspiradas. Los avances de la ciencia. 4 (8).
https://doi.org/10.1126/sciadv.aat7223

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Equipo SCIEU
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