Material feito de celulose é mais resistente que osso e duro como alumínio

Pesquisadores do MIT, nos EUA, desenvolveram um novo material polimérico feito à base de plantas tão resistente quanto ossos e mais duro que ligas de alumínio convencionais. A descoberta pode ser o primeiro passo para a fabricação em grande escala de plásticos mais sustentáveis.

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O composto é produzido principalmente com nanocristais de celulose misturados com pequenas quantidades de polímero sintético. Esses cristais orgânicos ocupam cerca de 60% a 90% da estrutura de todo o material — a maior fração já alcançada em um compósito polimérico até hoje.

“Esse material tem uma microestrutura de tijolo e argamassa que lembra o nácar, o revestimento interno da casca dura de alguns moluscos. Em nanoescala, os nanocristais de celulose são mais fortes e rígidos que o Kevlar”, explica o professor de engenharia mecânica John Hart, autor principal do estudo.

Substituto do plástico

A celulose é tão resistente porque é composta por polímeros orgânicos dispostos em padrões cristalinos bem apertados. Esses nanocristais reforçam as paredes celulares, tornando a estrutura extremamente forte. Porém, se forem adicionados a qualquer material, eles tendem a se aglomerar, reduzindo as ligações com outras moléculas do plástico.

Para evitar que os nanocristais se juntem desordenadamente, os pesquisadores utilizam uma sonda ultrassônica que mantém os cristais separados, permitindo que as ligações com outras moléculas do polímero aconteçam com mais facilidade. Essa estrutura dá ao material feito à base de celulose uma resistência muito maior contra rachaduras.

“Ao criar compósitos com nanocristais de alta carga, podemos dar aos materiais propriedades mecânicas que nunca tiveram antes. Se pudermos substituir algum plástico à base de petróleo por celulose obtida naturalmente, isso também será muito melhor para o planeta”, acrescenta Hart.

O que falta?

O gel de celulose pode ser usado em uma impressora 3D convencional ou passar por um processo de fundição para ser moldado conforme a necessidade. Com essa maleabilidade e resistência à deformação, o material pode ser colocado na mesma prateleira de dureza e rigidez de plásticos produzidos à base de combustíveis fósseis e de metais.

O problema é que, quando secam, os géis de celulose tendem a encolher consideravelmente. Embora o encolhimento não afete diretamente a impressão de objetos menores, qualquer estrutura de tamanho maior poderia rachar ou empenar durante o processo de secagem.

“Se conseguirmos evitar esse encolhimento no futuro, poderemos aumentar o tamanho dos objetos impressos, chegando até a escala do metro. Então, se sonharmos grande, será possível substituir uma fração significativa dos plásticos poluentes por compósitos de celulose”, prevê o PhD em engenharia mecânica Abhinav Rao, coautor do estudo.

Fonte: MIT