Los científicos han fabricado madera artificial a partir de resinas sintéticas que, si bien imita la madera natural, presenta propiedades mejoradas para un uso multifuncional.
La madera es un tejido fibroso orgánico que se encuentra en árboles, arbustos y matorrales. Se la puede considerar el material más útil y quizás el más versátil del planeta . Se ha utilizado durante miles de años para múltiples propósitos y es muy apreciada por su baja densidad y alta resistencia. La estructura celular anisotrópica única de la madera (es decir, propiedades diferentes en distintas direcciones) le confiere propiedades mecánicas asombrosas, haciéndola fuerte, rígida, pero a la vez ligera y flexible. La madera tiene una alta resistencia a la compresión y una baja resistencia a la tracción. Es ecológica y económica, extremadamente resistente, duradera y de larga duración, y se puede utilizar para construir prácticamente cualquier cosa, desde papel hasta casas.
La naturaleza ya nos ha proporcionado materiales asombrosos como la madera. Sin embargo, siempre existe una fuente de inspiración en la naturaleza para diseñar y desarrollar materiales de ingeniería biomiméticos de alto rendimiento, capaces de imitar las increíbles propiedades de los biomateriales que ya se encuentran en la naturaleza. La singularidad de la madera reside en su estructura celular anisotrópica, junto con su baja densidad y alta resistencia. Recientemente, los científicos han intentado diseñar materiales considerando este concepto, con el fin de duplicar propiedades de la madera como la alta resistencia y la ligereza. No obstante, la mayoría de las investigaciones han arrojado resultados insatisfactorios, ya que los materiales diseñados presentaban diversos defectos. La creación de materiales artificiales similares a la madera sigue siendo un reto considerable para los ingenieros. Esto es de gran importancia, dado que el crecimiento de la madera natural requiere décadas, y el tiempo y la eficiencia son criterios fundamentales a la hora de crear un material similar a la madera natural.
Madera bioinspirada
Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China han desarrollado una novedosa estrategia para la fabricación a gran escala de madera polimérica artificial bioinspirada . Este material artificial posee una microestructura celular similar a la de la madera, una buena capacidad de control de su microestructura y propiedades como ligereza y alta resistencia, análogas a las propiedades mecánicas de la madera natural. Los investigadores afirman que este nuevo material es tan resistente como la madera natural, a diferencia de cualquier otra madera sintética investigada hasta la fecha.
La madera que se encuentra en la naturaleza contiene un polímero natural llamado lignina, responsable de su resistencia. La lignina une pequeños cristalitos de celulosa en una estructura reticular para crear una gran resistencia. Los investigadores pensaron en replicar la lignina utilizando un polímero sintético llamado resol, que posee propiedades similares. Lograron convertir con éxito resoles tradicionales (resina fenólica y resina de melamina) en un material artificial similar a la madera. La conversión se consiguió aprovechando primero las propiedades de autoensamblaje del polímero resol y luego mediante termocurado. Para lograr el autoensamblaje, las resinas termostáticas líquidas se congelaron unidireccionalmente y luego se curaron (reticularon o polimerizaron) a temperaturas no superiores a 200 grados Celsius. La madera artificial resultante adopta una estructura celular muy parecida a la de la madera natural. Posteriormente, se realizó el termocurado —un proceso que consiste en un cambio químico inducido por la temperatura (en este caso, polimerización) en el resol— para producir maderas poliméricas artificiales. El tamaño de los poros y el grosor de las paredes de este material se pueden controlar manualmente. Además, los cristalitos que componen el resol pueden modificarse según el tipo de madera. El color también puede alterarse añadiendo o intercambiando los cristalitos que lo mantienen unido. Al comprimirse, esta madera artificial presenta una resistencia similar a la de la madera natural. El método descrito en el estudio puede considerarse una técnica ecológica para la elaboración de maderas artificiales, en la que se utilizan compuestos 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 novedosa estrategia descrita en este estudio, publicado en Science Advances, abre nuevas vías para la fabricación y el diseño de diversos materiales compuestos biomiméticos de alto rendimiento, que presentarán ventajas significativas sobre sus homólogos tradicionales. Estos nuevos materiales pueden tener amplias aplicaciones en numerosos campos.
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Fuentes)
Zhi-Long Y y col. 2018 Maderas poliméricas bioinspiradas. Science Advances. 4 (8).
https://doi.org/10.1126/sciadv.aat7223
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