A nanocelulose, material leve e resistente obtido da madeira
Enviado por luisnassif, qua, 29/08/2012 - 13:58
Por Gão
Do Inovação Tecnológica
Imagine um material leve, transparente, oito vezes mais forte que o aço inoxidável e com um mercado estimado em US$600 bilhões em 2020.
Não, não estamos falando do grafeno, nem de ligas metálicas especiais e muito menos de compósitos da indústria aeroespacial.
A nova estrela do mundo dos materiais e da nanotecnologia tem, por assim dizer, uma origem simples: ela vem inteiramente da madeira.
É a celulose nanocristalina - ou, como preferem alguns, nanocristais de celulose, ou ainda nanocelulose.
O material é extraído por um processamento da polpa de madeira, resultando em cristais minúsculos - em grande quantidade, esses cristais de nanocelulose parecem-se com neve.
Fábricas de nanocelulose
A nanocelulose está provocando furor na indústria, não apenas por suas propriedades tentadoras, mas também porque é muito barata.
A empresa japonesa Pioneer anunciou que irá utilizar os nanocristais de celulose em sua próxima geração de telas flexíveis. A IBM também está usando a nanocelulose para fabricar componentes de computadores.
O governo do Canadá possui um programa consistente de pesquisas na área, com uma planta-piloto capaz de produzir uma tonelada de nanocelulose por dia, responsável por disseminar as técnicas para as indústrias do país.
No último mês de Julho, foi inaugurada a primeira fábrica de celulose nanocristalina dos EUA. Embora menor que a canadense, a iniciativa também é de um órgão governamental, o U.S. Forest Products Laboratory.
Exemplos de aplicações dos cristais de nanocelulose. [Imagem: Moon et al./CSR/Wiley VCH]
Propriedades da celulose nanocristalina
Mas por que tanto entusiasmo com um material que pouco mais é do que uma madeira super-triturada?
Porque a nanocelulose é transparente e tem oito vezes a resistência à tração do aço inoxidável, graças ao entrelaçamento dos cristais, que têm o formato de agulhas.
Os cristais de nanocelulose conduzem eletricidade, embora, devidamente processados em larga escala, possam resultar em bons isolantes térmicos.
E, claro, sendo fruto unicamente do processamento da madeira, o material é muito barato.
"É uma versão natural e renovável dos nanotubos de carbono, a uma fração do preço," afirma Jeff Youngblood, da Universidade de Purdue, que chefia um dos grupos de pesquisa mais ativos na área.
Ele é um dos coordenadores científicos da fábrica norte-americana, que deverá produzir cristais e fibrilas de nanocelulose.
Fabricação de nanocelulose
A fabricação da celulose nanocristalina começa com uma "purificação" da madeira, removendo compostos como lignina e hemicelulose.
O resultado é moído para formar uma polpa, que é hidrolisada em ácido para remover impurezas, antes de ser separada e concentrada na forma de cristais.
Os cristais de nanocelulose formam uma pasta espessa, que pode ser aplicada a superfícies, na forma de um laminado, ou transformado em filamentos, formando as chamadas nanofibrilas.
As nanofibrilas são duras, densas e rígidas, e podem ser prensadas em diferentes formas e tamanhos. Quando liofilizado, o material é leve, absorvente e bom isolante térmico e acústico.
A nanocelulose vem inteiramente da madeira, mas não depende necessariamente do corte de árvores. [Imagem: Jeff Youngblood/Purdue]
Como transformar lixo em ouro
"A beleza deste material é que ele é tão abundante que não temos nem que fabricá-lo," diz Youngblood. "Nós não precisamos sequer utilizar árvores inteiras; a nanocelulose tem apenas 2 nanômetros de comprimento. Se quiséssemos, poderíamos usar ramos e galhos, ou até mesmo serragem. Estamos transformando lixo em ouro."
As estimativas indicam que a nanocelulose, produzida industrialmente, poderá custar alguns dólares o quilograma.
Os nanotubos de carbono, por sua vez, com os quais os nanocristais de celulose são comparados, são cotados em miligramas - no atacado, pode-se comprá-los por US$250 o grama.
A expectativa é que a nanocelulose torne obsoletos grande parte dos plásticos, já que suas propriedades físicas permitem que ela substitua até mesmo os metais na construção de peças de automóveis.
Não, não estamos falando do grafeno, nem de ligas metálicas especiais e muito menos de compósitos da indústria aeroespacial.
A nova estrela do mundo dos materiais e da nanotecnologia tem, por assim dizer, uma origem simples: ela vem inteiramente da madeira.
É a celulose nanocristalina - ou, como preferem alguns, nanocristais de celulose, ou ainda nanocelulose.
O material é extraído por um processamento da polpa de madeira, resultando em cristais minúsculos - em grande quantidade, esses cristais de nanocelulose parecem-se com neve.
Fábricas de nanocelulose
A nanocelulose está provocando furor na indústria, não apenas por suas propriedades tentadoras, mas também porque é muito barata.
A empresa japonesa Pioneer anunciou que irá utilizar os nanocristais de celulose em sua próxima geração de telas flexíveis. A IBM também está usando a nanocelulose para fabricar componentes de computadores.
O governo do Canadá possui um programa consistente de pesquisas na área, com uma planta-piloto capaz de produzir uma tonelada de nanocelulose por dia, responsável por disseminar as técnicas para as indústrias do país.
No último mês de Julho, foi inaugurada a primeira fábrica de celulose nanocristalina dos EUA. Embora menor que a canadense, a iniciativa também é de um órgão governamental, o U.S. Forest Products Laboratory.
Exemplos de aplicações dos cristais de nanocelulose. [Imagem: Moon et al./CSR/Wiley VCH]
Propriedades da celulose nanocristalina
Mas por que tanto entusiasmo com um material que pouco mais é do que uma madeira super-triturada?
Porque a nanocelulose é transparente e tem oito vezes a resistência à tração do aço inoxidável, graças ao entrelaçamento dos cristais, que têm o formato de agulhas.
Os cristais de nanocelulose conduzem eletricidade, embora, devidamente processados em larga escala, possam resultar em bons isolantes térmicos.
E, claro, sendo fruto unicamente do processamento da madeira, o material é muito barato.
"É uma versão natural e renovável dos nanotubos de carbono, a uma fração do preço," afirma Jeff Youngblood, da Universidade de Purdue, que chefia um dos grupos de pesquisa mais ativos na área.
Ele é um dos coordenadores científicos da fábrica norte-americana, que deverá produzir cristais e fibrilas de nanocelulose.
Fabricação de nanocelulose
A fabricação da celulose nanocristalina começa com uma "purificação" da madeira, removendo compostos como lignina e hemicelulose.
O resultado é moído para formar uma polpa, que é hidrolisada em ácido para remover impurezas, antes de ser separada e concentrada na forma de cristais.
Os cristais de nanocelulose formam uma pasta espessa, que pode ser aplicada a superfícies, na forma de um laminado, ou transformado em filamentos, formando as chamadas nanofibrilas.
As nanofibrilas são duras, densas e rígidas, e podem ser prensadas em diferentes formas e tamanhos. Quando liofilizado, o material é leve, absorvente e bom isolante térmico e acústico.
A nanocelulose vem inteiramente da madeira, mas não depende necessariamente do corte de árvores. [Imagem: Jeff Youngblood/Purdue]
Como transformar lixo em ouro
"A beleza deste material é que ele é tão abundante que não temos nem que fabricá-lo," diz Youngblood. "Nós não precisamos sequer utilizar árvores inteiras; a nanocelulose tem apenas 2 nanômetros de comprimento. Se quiséssemos, poderíamos usar ramos e galhos, ou até mesmo serragem. Estamos transformando lixo em ouro."
As estimativas indicam que a nanocelulose, produzida industrialmente, poderá custar alguns dólares o quilograma.
Os nanotubos de carbono, por sua vez, com os quais os nanocristais de celulose são comparados, são cotados em miligramas - no atacado, pode-se comprá-los por US$250 o grama.
A expectativa é que a nanocelulose torne obsoletos grande parte dos plásticos, já que suas propriedades físicas permitem que ela substitua até mesmo os metais na construção de peças de automóveis.
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