Novo plástico derivado de plantas é resistente como osso e duro como alumínio

Um novo composto impresso em 3D e derivado de plantas pode abrir caminho para as práticas de produção sustentáveis  do futuro. Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) criaram este novo plástico, a partir de uma mistura de plástico sintético e nanocristais de celulose (CNCs)

Ao aumentar o conteúdo de CNC, que são as cadeias de polímeros orgânicos encontrados naturalmente na vida vegetal, deste compósito em até 90%, a equipe conseguiu fortalecê-lo a ponto de dizer que é “mais resistente que alguns tipos de osso e mais duro que o alumínio típico”.

Os engenheiros também reduziram significativamente o conteúdo de gasolina do material, permitindo agora a impressão 3D mais sustentável ou a fundição de peças com propriedades ainda não vistas.

“Ao criar compósitos com CNCs de alta carga, podemos dar aos materiais à base de polímeros propriedades mecânicas que eles nunca tiveram antes”, diz A. John Hart, professor de engenharia mecânica do MIT ao site 3d Printing Industry. “Se pudermos substituir algum plástico à base de petróleo por celulose derivada naturalmente, isso também é sem dúvida melhor para o planeta.”

Desbloqueando o potencial dos CNCs

Dentro de cada célula de madeira há uma matriz feita de celulose, o polímero mais abundante do mundo natural, e cada uma dessas fibras contém CNCs de reforço. Embora esses CNCs apresentem cadeias de polímeros organizadas em padrões cristalinos, a própria celulose é mais comumente transformada em papel ou usada nas indústrias alimentícia, cosmética ou têxtil.

Devido às suas propriedades mecânicas satisfatórias, uma quantidade significativa de pesquisas está sendo direcionada para a extração de CNCs por hidrólise ácida, que devem ser usados para fortalecer plásticos sintéticos. De acordo com a equipe do MIT, pesquisadores anteriores só conseguiram incorporar baixas concentrações de celulose em outros materiais, pois eles tendem a se aglomerar e se ligar fracamente à moléculas poliméricas.

Para superar essas desvantagens, os engenheiros formularam um novo material, misturando CNCs em um oligômero epóxi e fotoiniciador, em uma proporção que os transforma em um gel. A ideia é desenvolver um nanocompósito, com uma consistência que permita que ele seja alimentado através de um bico de impressão 3D ou despejado em um molde.

“Basicamente desconstruímos a madeira e a reconstruímos”, explica Abhinav Rao, PhD, um dos pesquisadores do projeto. “Pegamos os melhores componentes da madeira, que são os nanocristais de celulose, e os reconstruímos para obter um novo material compósito.”

Um plástico mais resistente

Quando os pesquisadores do MIT examinaram seu novo material no microscópio, descobriram que ele tinha um padrão semelhante ao do nácar, o biomineral resistente que reveste o lado interno de algumas conchas de moluscos. Graças à sua microestrutura em formato “zig-zag”, a equipe imaginou que seu composto à base de celulose poderia ser impresso ou moldado em formas altamente duráveis.

Para testar essa hipótese, os engenheiros passaram a alimentar o gel em uma impressora 3D equipada com uma extrusora pneumática, depositando o material em peças com camadas de 0,5 mm, além de curar, secar e polir antes do teste.

Curiosamente, os resultados mostraram que o gel encolheu em 80%, uma reação que a equipe atribuiu à evaporação do solvente durante a secagem inicial. Porém, entre as etapas de secagem e cura térmica, eles descobriram que o material poderia ser moldado com muito menos encolhimento.

Da mesma forma, durante as avaliações de resistência, nas quais os pesquisadores tentaram de fato quebrar seus protótipos do tamanho de um centavo, eles descobriram que o material era realmente firme.

Embora a madeira não seja atualmente amplamente utilizada na impressão 3D, muitas pesquisas estão sendo feitas entender seu potencial como alternativa aos polímeros à base de petróleo. No ano passado, por exemplo, uma equipe diferente do MIT surgiu com células de madeira cultivadas em laboratório que poderiam ser impressas em 3D para a fabricação de móveis domésticos.

Fonte: Hypeness / Fotos: Getty Images e Reproducão/MIT