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La paradoja de la madera: la desestabilización hace que la madera sea más estable

paradoja de la madera 1

21 de Abril, 2020

Puede deformarse como sea necesario: el material desarrollado por Marion Frey, Tobias Keplinger e Ingo Burgert tiene el potencial de convertirse en un material de alta tecnología. En el proceso, los investigadores eliminan precisamente la parte de la madera que le da estabilidad en la naturaleza: la lignina.

La madera es uno de los materiales más antiguos del mundo. Es ligera, tiene propiedades mecánicas excelentes, vuelve a crecer y retiene CO2. En el contexto del actual debate climático, las dos últimas propiedades en particular plantean la cuestión de cómo se puede utilizar la madera incluso más y mejor. El grupo de investigación de Ingo Burgert en Empa y ETH Zurich ha estado investigando esta pregunta durante años. Su objetivo es mejorar las propiedades naturales de la madera y equiparla con nuevas funciones que ampliarán el rango de aplicación.

Junto con Tanja Zimmermann, el actual director del departamento de “Materiales Funcionales” de Empa, Ingo Burgert ha creado asombrosos objetos de madera en la unidad “Vision Wood” del edificio experimental NEST: manillas de puertas hechas de madera antimicrobiana, madera mineralizada para mejorar la resistencia a las llamas y un tablero de madera magnetizada, son solo algunos ejemplos. Después de unos tres años de pruebas prácticas, se puede llegar a una conclusión positiva para los dos primeros ejemplos en el departamento para estudiantes “Vision Wood”. Sin embargo, en el último ejemplo todavía hay un área que desarrollar.

El último trabajo de investigación del grupo “Ciencia de los Materiales de Madera” en ETH Zurich y Empa se está expandiendo a nuevas posibilidades. “Hemos encontrado una manera de mejorar significativamente las propiedades mecánicas de la madera y al mismo tiempo hacer que sea aún más fácil equiparla con nuevas propiedades”, dice Burget.

Con la extracción de la lignina, la madera pierde su color, y tras su compactación es tres veces más fuerte que el material original  / Empa, ETH Zurich

Flexible mojada, estable seca

La clave reside en la deslignificación y compactación de la madera, un proceso que también ha sido utilizado por los investigadores Huizhang Guo y Mirko Lukovic (Empa y ETH Zurich), quienes han creado a través de esta madera un catalizador que mantiene las frutas y verduras frescas por más tiempo.

Químicamente, la madera consiste esencialmente en tres componentes: celulosa, hemicelulosa y lignina. La lignina asegura que largas fibrillas de celulosa se estabilicen y no se doblen. “Utilizamos ácido para eliminar esta lignina de la madera y entonces eliminar el adhesivo natural”, explica Marion Frey, quien está haciendo actualmente su doctorado en el equipo de Burgert.

El resultado: la madera, o más bien la celulosa blanca restante, puede ponerse de cualquier forma cuando está mojada: el agua se distribuye entre las células donde la lignina dio estabilidad, disuelve las conexiones celulares y garantiza la deformabilidad. Cuando la madera deslignificada se seca, las células se entrelazan, lo que a su vez conduce a compuestos estables.

Después se compacta adicionalmente mediante prensado, de modo que los investigadores finalmente terminan con un material aproximadamente tres veces más rígido y más tenso que el abeto natural. Además, añadir un revestimiento repelente al agua asegura que el interior de la madera ya no se humedezca y, por lo tanto, conserve la forma deseada.

La eliminación de la lignina conlleva en que el material resultante tiene una mayor porosidad / Papnews

Funcionalización más simple para aplicaciones en automóviles y aviones

Además de la deformabilidad, la eliminación de lignina de la madera tiene otro efecto: conduce a una mayor porosidad. “Esta es una gran ventaja para la funcionalización de la madera. Debido a que hay más espacio entre las células y en las paredes celulares, es más fácil introducir otras sustancias en la estructura de la madera que le dan a la madera modificada nuevas propiedades”, dice Tobias Keplinger.

Por ejemplo, el óxido de hierro se puede insertar en la madera para magnetizarla. En sus experimentos, los investigadores pudieron demostrar que la madera sin lignina se puede magnetizar mucho mejor que la madera natural, que fue anteriormente usada en la unidad NEST “Vision Wood”.

Los investigadores ven posibles aplicaciones de su nuevo material en la industria automotriz, de aviación y de muebles. La diseñadora Meri Zirkelbach de Lucerne School of Art and Design, ya ha implementado sus primeras ideas de producto como parte de su tesis de máster. Los resultados incluyen un casco de bicicleta, la moldura interior de la puerta de un automóvil y el espejo lateral de un vehículo.


Escrito originalmente por research/ media organizations para Revolution Green
Fotografía principal cortesía de Revolution Green

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