NOVO TIPO DE MADEIRA É MAIS FORTE QUE O AÇO E TÃO FORTE QUANTO O TITÂNIO

NOVO TIPO DE MADEIRA É MAIS FORTE QUE O AÇO

A madeira é abundante e de baixo custo – ela literalmente “cresce em árvores”. E, embora tenha sido usada há milênios para construir de tudo – desde mobiliário, navios, casas e até estruturas maiores – a madeira não tratada raramente é tão forte quanto os metais utilizados na construção.

Algumas variedades de madeira, como o carvalho e o bordo, são conhecidas por sua força. Mas os cientistas dizem que um novo, simples e barato processo pode transformar qualquer tipo de madeira em um material mais forte do que o aço e até mesmo algumas ligas de titânio de alta tecnologia. Além de poder ser usada em edifícios e veículos, a substância pode também ser usada para fazer placas resistentes a munições, usadas em coletes.

“Os pesquisadores há muito tempo tentam aumentar a sua força, especialmente através da compressão e densificação”, diz Liangbing Hu, cientista de materiais da University of Maryland, College Park.

Mas a madeira densificada tende a enfraquecer e voltar a murchar em direção ao seu tamanho e forma originais, especialmente em condições de umidade.

Figura 1: Abordagem de processamento e desempenho mecânico da madeira densificada. Imagem fonte: Nature

Agora, Hu e seus colegas dizem ter encontrado uma maneira melhor de densificar a madeira, conforme relatam no artigo publicado este mês na revista científica Nature. O processo simples de dois passos começa com a ebulição de madeira em uma solução de hidróxido de sódio (NaOH) e sulfito de sódio (Na2SO3), um tratamento químico semelhante ao primeiro passo na criação da polpa de madeira usada para fazer papel. 

Isso remove parcialmente a lignina e a hemicelulose (polímeros naturais que ajudam a endurecer as paredes celulares de uma planta) – mas deixa grande parte da celulose na madeira (outro polímero natural), diz Hu.

Figura 2 Caracterização estrutural de madeira natural e madeira densificada. Imagem fonte: Nature

O segundo passo é quase tão simples quanto o primeiro: Comprimir a madeira tratada até as paredes celulares se desfazerem, mantendo essa compressão à medida que é aquecida suavemente. A pressão e o calor encorajam a formação de ligações químicas entre um grande número de átomos de hidrogênio e átomos vizinhos em nanopartículas adjacentes de celulose, fortalecendo bastante o material.

Os resultados são impressionantes

“A madeira comprimida que a equipe conseguiu é três vezes mais densa do que a substância não tratada”, diz Hu, acrescentando que sua resistência é aumentada mais do que 10 vezes.

Também pode tornar-se cerca de 50 vezes mais resistente à compressão e quase 20 vezes mais rígida. A madeira densificada também é substancialmente mais dura, mais resistente a riscos e mais resistente a impactos. Pode ser moldada em quase qualquer forma. 

Talvez, o mais importante, a madeira densificada também é resistente à umidade: em testes de laboratório, as amostras comprimidas expostas à umidade extrema durante mais de cinco dias aumentaram menos de 10% e, em testes subsequentes, Hu diz que uma simples camada de tinta eliminou esse inchaço inteiramente.

Figura 3: Superfície de fratura (plano RL) de madeira natural (de cima) e madeira densificada (de baixo). Imagem fonte: Nature

Um ‘sanduíche de madeira’ densificada de cinco camadas e de madeira compensada parou balas (munições) simuladas no material – um resultado que Hu e seus colegas sugerem poder levar a uma armadura de baixo custo. O material não protege tão bem como uma folha de Kevlar da mesma espessura, mas custa apenas cerca de 5%.

“Os resultados da equipe parecem abrir a porta para uma nova classe de materiais leves. Os fabricantes de veículos muitas vezes tentaram poupar peso ao mudar de aço regular para aço de alta resistência, ligas de alumínio ou compostos de fibra de carbono, mas esses materiais são caros e os consumidores raramente fazem esse dinheiro de volta na economia de combustível”, diz Ping Liu, químico de materiais da Universidade da Califórnia, nos EUA, que não participou do estudo.

E a madeira densificada tem outra vantagem sobre compostos de fibra de carbono: não requer adesivos caros que também possam tornar os componentes difíceis, se não impossíveis, de reciclar.

“A madeira densificada proporciona novas possibilidades de design e usos para os quais a madeira natural é muito fraca”, diz Peter Fratzl, cientista de materiais do Instituto Max Colsides e Interfaces na Alemanha, que não participou do estudo. 

“Em vez de criar um projeto para o material em mãos, os pesquisadores podem criar um material para se adequar ao design que eles querem”, continua ele, aludindo a um processo familiar entre engenheiros aeroespaciais que tem uma longa história de desenvolvimento de ligas cada vez mais fortes para atender suas necessidades.

“Um possível obstáculo para o uso generalizado de madeira densificada será a habilidade dos engenheiros de ampliar e acelerar o processo”, observa Liu. 

Madeira transparente

Embora Hu e sua equipe tenham procurado aumentar a força da madeira, outros pesquisadores buscaram objetivos mais incomuns, como torna-la transparente. Uma equipe, liderada pela cientista de materiais Lars Berglund, no KTH Royal Institute of Technology, em Estocolmo, na Suécia apresentou uma maneira de fazer janelas de madeira. 

Madeira transparente (à direita). Imagem fonte: Co.Design

O primeiro passo nesse processo (como no de Hu) foi remover a lignina, uma substância que não só endurece a madeira, mas também cria sua cor acastanhada. Os pesquisadores infundem a madeira isenta de lignina com um polímero chamado metacrilato de metilo (MMA), um material mais conhecido por nomes comerciais como Plexiglas e Lucite.

Como o índice de refração do MMA (uma medida de quanto ele encurta luz) corresponde ao da madeira livre de lignina, os raios de luz passam diretamente através do composto infundido por MMA em vez de serem realocados dentro das células vazias. Isso torna o material notavelmente claro. 

Berglund e sua equipe descreveram sua façanha há dois anos no periódico Biomacromolecules. Por coincidência, ao mesmo tempo Hu e seus colegas também estavam desenvolvendo um método para tornar a madeira transparente.

Pesquisas como Hu e Berglund só fazem aumentar as perspectivas para o futuro da ciência dos materiais. Algum dia, em breve, pode ser possível viver em uma casa feita quase completamente de um dos materiais de construção mais abundantes e versáteis da Terra – de pisos a telhados, paredes e janelas. Na garagem pode haver um carro cujos chassi e pára-choques possam ser compostos por madeira densificada, em vez de aço e plástico.

O artigo publicado na Nature pode ser acessado neste link. madeira




Meio Info/Scientific American


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