12/Jun/08

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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.

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.

Fuente: Neofrontera. Aportado por Gustavo Courault