Nuovo composito legnoso duro come l’osso e resistente come l’alluminio

composito legnoso
Credit: Courtesy dei ricercatori

Un team di ricerca del MIT ha progettato un composito legnoso, duro come l’osso e resistente come l’alluminio, che potrebbe stimolare lo sviluppo di plastica di derivazione naturale.

I nanocristalli di cellulosa rinforzati, o CNC, sono catene di polimeri organici disposti in modelli cristallini quasi perfetti. Su scala nanometrica, i CNC sono più forti e rigidi del Kevlar. Se i cristalli si potessero trasformare in materiali in frazioni significative, i CNC potrebbero aprire la strada a plastiche più resistenti, sostenibili e di derivazione naturale.

«Riusciamo a sostituire un po’ di plastica a base di petrolio con cellulosa di derivazione naturale»

Un team del MIT ha progettato un materiale composito costituito principalmente da nanocristalli di cellulosa mescolati con un po’ di polimero sintetico. I cristalli organici occupano circa il 60-90 percento del materiale, la frazione più alta di CNC ottenuta fino a oggi in un composito. Il composito a base di cellulosa è più forte e resistente di alcuni tipi di osso e più duro delle classiche leghe di alluminio. Il materiale ha una microstruttura di mattoni e malta che ricorda la madreperla.

Composito legnoso da modellare in forme forti e durature

I ricercatori sono partiti con l’obiettivo di sviluppare un composito con un’elevata percentuale di CNC da modellare in forme forti e durature. Hanno iniziato mescolando una soluzione di polimero sintetico con polvere CNC disponibile in commercio. Poi hanno determinato il rapporto tra CNC e polimero che può trasformare la soluzione in un gel, con una consistenza che potrebbe essere alimentata attraverso l’ugello di una stampante 3D o versata in uno stampo per essere colata.

Successivamente hanno usato una sonda a ultrasuoni per rompere gli eventuali grumi di cellulosa nel gel, agevolando la formazione di legami tra la cellulosa dispersa e le molecole polimeriche. Hanno alimentato una parte del gel attraverso una stampante 3D e versato il resto in uno stampo da colare. Hanno quindi lasciato asciugare i campioni stampati. Nel processo, il materiale si è ridotto, lasciando dietro di sé un solido composito formato principalmente da nanocristalli di cellulosa.

«Sostanzialmente abbiamo decostruito il legno e lo abbiamo ricostruito. Abbiamo preso i migliori componenti del legno, che sono nanocristalli di cellulosa, e li abbiamo ricostruiti per ottenere un nuovo materiale composito» ” afferma il ricercatore Abhinav Rao.

«Creando compositi con CNC ad alto carico, possiamo conferire ai materiali a base di polimeri proprietà meccaniche che non avevano mai avuto prima. E in più riusciamo a sostituire un po’ di plastica a base di petrolio con cellulosa di derivazione naturale» conclude A. John Hart, professore di ingegneria meccanica.