Pesquisadores da Universidade de Osaka desenvolveram um material altamente transparente feito inteiramente de madeira natural, sem adição de plástico, e descobriram por que algumas madeiras se tornam mais transparentes do que outras.

O estudo revela que a transparência depende não apenas do tratamento químico, mas também da direção da estrutura microscópica interna da madeira. As descobertas abrem novas possibilidades para materiais transparentes sustentáveis e livres de plástico, para edifícios energeticamente eficientes e dispositivos de última geração.

A madeira é normalmente opaca porque contém lignina e inúmeras cavidades microscópicas de ar chamadas lúmens, que dispersam a luz. A remoção da lignina torna a madeira branca e translúcida, mas alcançar a verdadeira transparência tem sido um desafio.

O tratamento alcalino torna a madeira delignificada transparente, removendo a hemicelulose e trocando os contraíons do grupo carboxila, o que amolece as paredes celulares. Isso permite o colapso dos lúmens internos, tornando o material altamente transparente. A seção tangencial permite um colapso mais completo dos lúmens celulares, resultando em uma estrutura mais densa e transmissão de luz superior à da seção radial. A barra de escala representa 50 µm. 

A equipe de pesquisa concentrou-se em madeira delignificada tratada com hidróxido de potássio (KOH). Eles descobriram que o tratamento alcalino remove a maior parte da hemicelulose restante e altera o estado químico dos grupos carboxílicos nas paredes celulares. Essas alterações amolecem o esqueleto interno de microfibrilas de celulose da madeira. Quando a madeira tratada é seca, as paredes celulares amolecidas colapsam mais completamente, reduzindo os espaços de ar internos e diminuindo drasticamente a dispersão da luz. Como resultado, o material torna-se altamente transparente — sem impregnação de polímeros ou aditivos plásticos.

A equipe demonstrou que a transparência do material depende da estrutura anisotrópica (dependente da direção) da madeira. A madeira possui três direções principais: longitudinal, radial e tangencial. Após o tratamento alcalino e a secagem, as seções tangenciais da madeira tornaram-se significativamente mais transparentes do que as seções radiais. Em um comprimento de onda de 550 nm, as amostras radiais transmitiram cerca de 59% da luz, enquanto as amostras tangenciais atingiram cerca de 69%. Quando reforçados com um polímero transparente para comparação, os compósitos tangenciais alcançaram mais de 90% de transmitância. Essa anisotropia óptica surge da forma como as microfibrilas de celulose estão dispostas dentro das paredes celulares. As seções tangenciais sofrem um colapso mais completo dos lúmens internos durante a secagem, resultando em uma estrutura mais densa e maior transparência.

A madeira transparente tem atraído atenção global como uma alternativa sustentável ao vidro e aos plásticos. No entanto, o motivo pelo qual a madeira delignificada às vezes permanece opaca não era totalmente compreendido. Ao esclarecer o mecanismo por trás do aumento da transparência e identificar a importância da direção estrutural, este estudo fornece princípios de design para futuros materiais transparentes de base biológica. Tais materiais poderiam contribuir para painéis arquitetônicos energeticamente eficientes, componentes ópticos leves, eletrônicos flexíveis à base de madeira e outras tecnologias ecologicamente corretas.

“Nossos resultados mostram que a transparência não se resume apenas à remoção da lignina”, disse o autor sênior, Professor Masaya Nogi, do SANKEN. “A estrutura anisotrópica intrínseca da madeira, especificamente o esqueleto de microfibrilas de celulose, desempenha um papel decisivo. Compreender esse efeito direcional nos dá uma nova liberdade para projetar materiais transparentes sustentáveis a partir de recursos naturais.”

Por Larry Adams

https://www.woodworkingnetwork.com/news/woodworking-industry-news/researchers-unveil-transparent-plastic-free-wood

Fonte: https://www.woodworkingnetwork.com