Un equipo de investigadores de China desarrolló un material biodegradable que puede moldearse con agua, soportar altas temperaturas y conservar su resistencia incluso después de sumergirse en distintos líquidos. El avance abre nuevas posibilidades para fabricar utensilios, envases y otros productos de uso cotidiano sin depender de los plásticos convencionales.
La investigación, publicada en la revista científica Journal of Bioresources and Bioproducts, fue realizada por especialistas de la Universidad Forestal de Nankín, en China. Los científicos consiguieron transformar madera natural en un material flexible durante su fabricación, pero extraordinariamente resistente una vez seco.
El desarrollo, denominado madera hidroplástica, alcanza una resistencia a la tracción de 405,5 megapascales (MPa), casi seis veces superior a la de la madera original. Además, presenta propiedades mecánicas que superan a las de varios plásticos convencionales, como el poliestireno y el polipropileno.
Su principal ventaja es que combina resistencia, capacidad de moldeado y biodegradabilidad. Según los ensayos realizados, un sorbete fabricada con este material logró mantener su forma después de permanecer tres horas en agua y terminó prácticamente degradada tras seis meses enterrada en suelo natural.
El proceso de hidroplastificación: el secreto de moldear madera utilizando agua
A diferencia de otros procedimientos industriales, que requieren elevadas temperaturas y presiones, la hidroplastificación permite modificar la estructura de la madera aprovechando las propiedades del agua.
Para desarrollar el material, los investigadores utilizaron madera de tilo, una especie caracterizada por su ligereza y estructura porosa. Primero, la sometieron durante 30 minutos a un tratamiento químico suave con hidróxido de sodio y sulfito sódico, destinado a retirar una pequeña proporción de lignina.
Posteriormente, introdujeron una solución de celulosa en los poros de la madera mediante ciclos de vacío. Al sumergirla en agua, la celulosa se regeneró y formó una red de enlaces que reforzó las fibras naturales.
En ese estado húmedo, la madera adquirió una flexibilidad comparable a la de un plástico moldeable, hasta el punto de poder doblarse casi 180 grados sin romperse.
Una vez obtenida la forma deseada, las piezas se secaron durante seis horas a 60 °C. Durante este proceso, el agua se evaporó y las células de la madera se compactaron naturalmente, sin necesidad de aplicar grandes presiones externas.
Como resultado, la densidad del material aumentó de 0,48 a 1,16 gramos por centímetro cúbico, dando lugar a una estructura mucho más compacta.
Celulosa y lignina: los componentes clave para lograr la resistencia del nuevo material
Una de las particularidades del descubrimiento es que aprovecha dos componentes presentes naturalmente en los árboles: la celulosa y la lignina.
La celulosa forma una red de enlaces que fortalece la estructura interna, mientras que la lignina contribuye a mantener la cohesión de las fibras y mejora su comportamiento frente a la humedad.
Los investigadores comprobaron que conservar gran parte de la lignina era fundamental para conseguir un material resistente al agua. La madera original contenía aproximadamente un 27,6% de este componente y, después del tratamiento, conservó alrededor del 24%.
Gracias a esta combinación, la madera hidroplástica mantuvo una resistencia de 86,7 MPa en condiciones húmedas, unas 17 veces superior a la de un material equivalente elaborado únicamente con celulosa.
Además, durante una prueba de inmersión de 48 horas, absorbió un 54% de agua, frente al 189,5% registrado por el material de celulosa utilizado como comparación.
Un nivel de resistencia casi seis veces superior al de la madera natural
Las pruebas mecánicas revelaron mejoras significativas respecto de la madera sin tratar. La resistencia a la tracción alcanzó los 405,5 MPa, mientras que la resistencia a la flexión llegó a 367 MPa, aproximadamente cinco veces la registrada en la madera original.
Los científicos también observaron un incremento cercano a cinco veces en la capacidad de absorber impactos antes de romperse.
Por otra parte, el material obtuvo una dureza Shore D de 77, superior a la del poliestireno rígido utilizado como referencia.
Estas propiedades permiten superar determinados indicadores mecánicos de plásticos como el nailon, el poliestireno y el polipropileno, aunque las diferencias dependen del tipo de ensayo y del material utilizado para la comparación.
La combinación de resistencia y bajo peso constituye otra de sus ventajas. Según los investigadores, su resistencia específica incluso supera la de algunas aleaciones de aluminio.
Pruebas superadas: alta tolerancia al calor, agua salada y disolventes orgánicos
Para evaluar su posible utilización en productos cotidianos, los científicos fabricaron sorbetes de madera hidroplástica y las sometieron a distintas condiciones.
En una de las pruebas, compararon su comportamiento con el de un sorbete de papel. Mientras este última se hinchó después de 30 minutos en agua, la de madera hidroplástica conservó su rigidez durante tres horas.
También demostraron que podía resistir temperaturas elevadas. Después de permanecer 30 minutos en agua a 90 °C, un sorbete de ácido poliláctico (PLA) se deformó, mientras que la desarrollada con madera mantuvo su estructura.
En otro ensayo, sobre una superficie a 200 °C, plásticos convencionales como el polietileno, el PVC y el poliestireno comenzaron a ablandarse, mientras que el nuevo material conservó su forma. Su estabilidad térmica alcanzó aproximadamente los 300 °C.
Además, los investigadores comprobaron su comportamiento frente al agua de mar, soluciones ácidas, sustancias alcalinas y disolventes orgánicos como el etanol.
Sin embargo, también identificaron limitaciones. Después de tres ciclos de humedecimiento y secado, su resistencia disminuyó, lo que indica que todavía deben realizarse mejoras antes de considerar aplicaciones industriales que impliquen un contacto repetido con líquidos.
Biodegradabilidad récord: se degrada casi por completo en tan solo seis meses
Una de las características más prometedoras de la madera hidroplástica aparece al finalizar su vida útil. Los investigadores enterraron sorbetes fabricados con el nuevo material en suelo natural para observar su degradación.
Después de 90 días, las piezas comenzaron a fragmentarse y, al cumplirse seis meses, estaban prácticamente degradadas. En contraste, un sorbete convencional de polietileno permaneció intacta durante el mismo período.
Este resultado representa una diferencia importante frente a determinados productos plásticos, que pueden permanecer durante décadas o incluso siglos en el ambiente.
No obstante, los resultados corresponden a las condiciones específicas del ensayo de enterramiento y no significan que el material desaparezca necesariamente en seis meses en cualquier entorno.
Otra ventaja es el aprovechamiento de la materia prima. El procedimiento conserva buena parte de la lignina y la hemicelulosa, por lo que alcanza un rendimiento de producción del 82,6%, frente al 45% aproximado de determinados procesos convencionales de fabricación de pasta de papel.
Impacto ambiental: una alternativa frente a las 400 millones de toneladas de plástico anuales
La investigación surge en un contexto de creciente preocupación por la contaminación plástica. Según los datos correspondientes a 2022 recogidos por el estudio, la producción mundial de plástico se acercó a los 400 millones de toneladas, mientras que apenas el 9% de los residuos plásticos se reciclaba.
Ante este escenario, los científicos buscan desarrollar materiales capaces de ofrecer prestaciones similares a las de los polímeros sintéticos, pero con un menor impacto ambiental.
El análisis de ciclo de vida realizado por los autores indica que la fabricación de madera hidroplástica presenta una huella de carbono inferior a la de seis plásticos convencionales: polietileno, polipropileno, poliestireno, PVC, PET y ABS.
Sin embargo, esta comparación contempla únicamente la etapa de fabricación y no incluye el transporte, la utilización ni la eliminación final de los productos.
A pesar de los resultados, todavía existen desafíos para producir este material a gran escala. Entre ellos se encuentran las diferencias en la composición de las distintas especies de madera, la dificultad para impregnar piezas de más de un centímetro de espesor y la necesidad de recuperar eficientemente los productos químicos utilizados.
Los investigadores consideran que perfeccionar estas etapas será fundamental para avanzar hacia su comercialización. Si se superan esas limitaciones, la madera hidroplástica podría convertirse en una alternativa para fabricar cubiertos, platos, sorbetes, envases y otros artículos de uso cotidiano, reduciendo la dependencia de los plásticos derivados de combustibles fósiles.
