Un papel casi tan resistente como el acero
Consiguen desarrollar un papel nanoestructurado, basado en celulosa procedente de la madera, que es más resistente que el hierro fundido y casi tan resistente como el acero.
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El desarrollo de este material ha sido llevado a cabo por Lars Berglund del Real Instituto Tecnológico de Estocolmo en Suecia. Este nuevo tipo de papel se podría utilizar para reforzar el papel convencional, producir cinta adherente ultrarresistente o utilizarse en cirugía para prótesis o dispositivos biocompatibles.
A pesar de su gran resistencia este nanopapel es producido a partir del mismo material biológico que el convencional: celulosa. La celulosa la forman largas cadenas de azúcar y son el principal componente estructural de las células vegetales, así como el compuesto orgánico más abundante en la Naturaleza. Aproximadamente el 50% de madera está compuesta por celulosa.
Las cadenas de celulosa se unen unas a otras para producir fibras de unos 20 nanometros de diámetro, unas 5000 veces más finas que un cabello humano. Estas fibras forman una red muy resistente que dota de soporte estructural a las células vegetales.
La celulosa extraída de la madera se emplea para fabricación de papel, es la base del celofán y recientemente se usa para el desarrollo de nuevos plásticos. Hasta ahora se había usado como un relleno de fibras barato, ignorando sus propiedades mecánicas.
Sin embargo, el proceso mecánico usado para extraer la celulosa de la madera daña las fibras individuales de celulosa reduciendo su resistencia. Berglund y sus colaboradores han desarrollado un proceso cuidadoso de extracción de la misma que conserva sus propiedades.
El nuevo método utiliza enzimas para descomponer la pulpa de madera y luego se fragmenta mecánicamente. Las fuerzas de cizalladura producidas hace que la celulosa se deshaga suavemente en sus fibras constituyentes.
El resultado final es una suspensión acuosa de fibras de celulosa sin dañar. Los investigadores descubrieron que, una vez eliminado el agua, las fibras se pueden unir unas a otras para formar una malla o red gracias a puentes de hidrógeno formando lo que llaman «nanopapel».
Las pruebas de resistencia mecánica a la tensión muestran que el nanopapel resiste 214 Megapascales (MPa), siendo más fuerte que el hierro fundido (130 MPa) y casi tan resistente como el acero estructural (250 MPa). El papel normal presenta una resistencia a la tensión de 1 MPa. Para las pruebas se utilizaron muestras de 40 mm de longitud por 5 mm de ancho y 50 micras de grosor.
El secreto de esta resistencia no solamente reside en las fibras de celulosa si dañar, sino también en su disposición en forma de red. Aunque cada una es resistente de por sí, sin una fuerte unión entre ellas resbalarían unas sobre otras desapareciendo o disminuyendo mucho la resistencia del conjunto.
Las fibras individuales de este material son además mucho más pequeñas que las del papel convencional que tienen 30 micras de diámetro y por tanto tres órdenes de magnitud mayores. Por lo tanto el nuevo material tiene muchos menos defectos que el papel convencional.
Fuentes y referencias:
Noticia en New Scientist.
Noticia en Science.
Biomacromolecules (DOI: 10.1021/bm800038n)
Foto: modelo de molécula de celulosa, Wikimedia Commons.
9 Comentarios
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miércoles 11 junio, 2008 @ 7:25 pm
Cada vez que se leen este tipo de noticias, se enciende una pequeña luz de esperanza en un mundo mejor. Hace unas semanas, un material adecuado para almacenar hidrógeno, hoy un material portentoso, seguramente más ligero que el aluminio, más barato que el hierro, con el que, si no se moja ni arde, poder fabricar aviones y vehículos casi inmateriales… Luego se apaga ese fulgor y la vida diaria nos retrotrae a la vulgaridad y a los problemas de cada día, al petróleo inasequible, a las sequías y las riadas y a los antiguos e intratables problemas, al óxido y la corrosión.
¿Qué ocurre con las nuevas ideas? ¿Se mueren solas o no hay nadie que las acoja y las promueva?
miércoles 11 junio, 2008 @ 9:09 pm
Coincido con que es muy esperanzador. Interesante que esto se fabrique en base a los materiales celulosicos, uno de los mas antiguos materiales y también muy accesible. Cabe recordar que hay actualmente proyectos para producir combustibles a partir de celulosa tal como etanol de biomasa.
Algunos anuncios de este material hacen una comparación con la resistencia mecánica de la fundición de hierro, esto no es una buena comparación, ya que ese material no se caracteriza por su alta resistencia a la tracción. Pero bueno, quizá es necesario hoy en día para captar la atención de los lectores.
Igualmente un saludo grande y felicitaciones por su labor en la difusión de noticias científicas…
jueves 12 junio, 2008 @ 12:16 am
Estimado Petrus:
Pues a veces ocurre que el producto es caro, tiene algún fallo o es difícil de manufacturar a escala industrial.
Suele ocurrir también que una vez inventado un material pasan varios años hasta que se solucionan todos esos problemas.
jueves 12 junio, 2008 @ 12:18 am
Estimado atómico:
Lo malo de los biocombustibles es precisamente que son materia de investigación y es arriesgada su producción comercial por las graves consecuencias ecológicas y humanas que pueden tener.
Hay que dar tiempo al tiempo y ver qué puede resultar del etanol celulósico.
jueves 12 junio, 2008 @ 7:41 pm
La quitina es también un polisacárido estructural y su estructura es similar a la celulosa, pero al tener nitrógeno es aún más resistente que la celulosa. Quizás podrían haber probado con la quitina, aunque es menos abundante que la celulosa, pero, entre otros organismos, se la puede encontrar en las paredes de las células de muchos hongos.
sábado 14 junio, 2008 @ 8:24 am
Nada que decir sobre el tema. Solo agradecer a todos los comentaristas, incluido Neo, aquí y en otras noticias, la profundidad, lo apropiado de sus comentarios, y la educación que demuestran. Ello me ha convertido en un adicto. Me hace feliz leerlos cada mañana.
Gracias.
sábado 14 junio, 2008 @ 5:09 pm
Sinceramente, gracias por sus palabras.
sábado 14 junio, 2008 @ 10:14 pm
Estimado Lluís:
Efectivamente la quitina es bastante resistente y el esqueleto de los insectos se construye con ella, puede ser interesante pensar en la idea. Aunque su producción masiva sería muy complicada, quizás para otras aplicaciones mereciera la pena.
sábado 14 junio, 2008 @ 10:20 pm
En cuanto al hilo de lo que dice Petrus, e interpretando por la vía de la conspiración su última frase, quizás sospecha que ciertas ideas no se aplican por intereses ocultos.
En general no es así, aunque sí hay casos documentados en ese sentido. Uno fue la tardía adopción de la luz eléctrica en el Reino Unido por los intereses de la industria del gas de alumbrado, la no adopción de teclados más eficientes que los qwerty y la tardía adopción del transistor por EEUU y el aprovechamiento del mismo por Japón.
Esos casos demuestran que a veces, efectivamente hay diversos factores que pueden retrasar la implantación de ideas innovadoras. Pero al final las cosas no se desinventan.