Más fuerte que el acero, la madera es capaz de detener una bala.

Con procesos simples pueden hacer que la madera sea resistente, resistente a los impactos o incluso transparente.

Algunas variedades de madera, como el roble y el arce, son famosas por su resistencia. Pero los científicos dicen que un nuevo proceso simple y económico puede transformar cualquier tipo de madera en un material más resistente que el acero, e incluso algunas aleaciones de titanio de alta tecnología. Además de dar una vuelta de estrella en edificios y vehículos, la sustancia podría incluso usarse para fabricar placas de blindaje resistentes a las balas.

La madera es abundante y relativamente barata, literalmente crece en los árboles. Y aunque se ha utilizado durante milenios para construir todo, desde muebles hasta casas y estructuras más grandes, la madera no tratada rara vez es tan resistente como los metales utilizados en la construcción. Los investigadores han intentado durante mucho tiempo mejorar su fuerza, especialmente al comprimirla y «densificarla», dice Liangbing Hu, científico de materiales de la Universidad de Maryland, College Park. Pero la madera densificada tiende a debilitarse y vuelve a su tamaño y forma originales, especialmente en condiciones húmedas.

Ahora, Hu y sus colegas dicen que han encontrado una forma mejor de densificar la madera, que informan en la revista Nature del 7 de febrero. Su proceso simple de dos pasos comienza con la madera hirviendo en una solución de hidróxido de sodio (NaOH) y sulfito de sodio (Na2SO3), un tratamiento químico similar al primer paso en la creación de la pulpa de madera utilizada para hacer papel. Esto elimina parcialmente la lignina y la hemicelulosa (polímeros naturales que ayudan a endurecer las paredes celulares de una planta), pero deja en gran medida intacta la celulosa de la madera (otro polímero natural), dice Hu.

El segundo paso es casi tan simple como el primero: comprimir la madera tratada hasta que sus paredes celulares colapsen, y luego mantener esa compresión mientras se calienta suavemente. La presión y el calor fomentan la formación de enlaces químicos entre grandes cantidades de átomos de hidrógeno y átomos vecinos en nanofibras adyacentes de celulosa, lo que fortalece en gran medida el material.

«Es tan fuerte como el acero, pero seis veces más ligero. Se necesita 10 veces más energía para fracturarla que la madera natural. Incluso se puede doblar y moldear al comienzo del proceso».  Hu es profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales y miembro del Maryland Energy Innovation Institute.

Los resultados son impresionantes. La madera comprimida del equipo es tres veces más densa que la sustancia no tratada, dice Hu, y agrega que su resistencia a ser arrancada se incrementa más de 10 veces. También puede volverse 50 veces más resistente a la compresión y casi 20 veces más rígida. La madera densificada también es sustancialmente más dura, más resistente a los arañazos y más resistente a los impactos. Se puede moldear en casi cualquier forma. Quizás lo más importante es que la madera densificada también es resistente a la humedad: en pruebas de laboratorio, las muestras comprimidas expuestas a humedad extrema durante más de cinco días aumentaron menos del 10 por ciento, y en pruebas posteriores, dice Hu, una simple capa de pintura eliminó esa hinchazón. enteramente.

«Las maderas blandas como el pino, que crecen rápido y son más respetuosas con el medio ambiente, podrían reemplazar maderas de crecimiento más lento pero más densas como la teca en muebles o edificios», dice Hu.

Un sándwich de madera densificada de cinco capas, similar a un contrachapado, detuvo las balas simuladas disparadas contra el material, un resultado que Hu y sus colegas sugieren que podría llevar a una armadura de bajo costo. El material no protege tan bien como una lámina de Kevlar del mismo grosor, pero solo cuesta un 5 por ciento, señala.

Los resultados del equipo «parecen abrir la puerta a una nueva clase de materiales livianos», dice Ping Liu, químico de materiales de la Universidad de California en San Diego, no asociado con el estudio de Nature. Los fabricantes de vehículos a menudo han intentado ahorrar peso cambiando de acero regular a acero de alta resistencia, aleaciones de aluminio o compuestos de fibra de carbono, pero esos materiales son costosos y los consumidores «rara vez recuperan ese dinero en ahorros de combustible», dice Liu. Y la madera densificada tiene otra ventaja sobre los compuestos de fibra de carbono: no requiere costosos adhesivos que también pueden dificultar, si no imposibilitar, el reciclaje de los componentes.

«Esto podría competir con el acero o incluso las aleaciones de titanio, por ser tan fuerte y duradera. También es comparable a la fibra de carbono, pero mucho menos costosa», dice Hu.

La madera densificada ofrece nuevas posibilidades de diseño y usos para los cuales la madera natural es demasiado débil, dice Peter Fratzl, un científico de materiales en el Instituto Max Planck de Coloides e Interfaces en Alemania que no participó en el estudio. «En lugar de crear un diseño para el material en cuestión, los investigadores pueden crear un material que se adapte al diseño que desean», dice, aludiendo a un proceso familiar entre ingenieros aeroespaciales que tienen una larga historia de desarrollo de aleaciones más resistentes para satisfacer sus necesidades.

Un posible obstáculo para el uso generalizado de la madera densificada será la capacidad de los ingenieros para ampliar y acelerar el proceso, señala Liu. Hu y su equipo pasaron varias horas haciendo que cada tabla de tamaño de una mesa de café de madera densificada se usara para las pruebas. Pero no hay razones prácticas por las que el proceso no pueda acelerarse o utilizarse para fabricar componentes más grandes, sostiene Hu.

Aunque Hu y su equipo han tratado de mejorar la fuerza de la madera, otros investigadores han perseguido objetivos más inusuales, como hacerlo transparente. Un equipo, dirigido por el científico de materiales Lars Berglund en el Instituto Real de Tecnología KTH en Estocolmo, ha ideado una forma de hacer vidrios de madera. El primer paso en ese proceso (como el de Hu) es eliminar la lignina, una sustancia que no solo endurece la madera sino que también crea su color marrón. Los investigadores infunden la madera libre de lignina con un polímero llamado metacrilato de metilo (MMA), un material mejor conocido por nombres comerciales como Plexiglas y Lucite.

Debido a que el índice de refracción de MMA (una medida de cuánto dobla la luz) coincide con el de la madera sin lignina, los rayos de luz pasan directamente a través del compuesto infundido con MMA en lugar de rebotar dentro de las celdas vacías. Esto hace que el material sea notablemente claro. Berglund y su equipo describieron su hazaña hace dos años en Biomacromoléculas. Casualmente, al mismo tiempo, Hu y sus colegas también estaban desarrollando un método para hacer que la madera sea transparente.

«Este tipo de madera podría competir con el acero o incluso con las aleaciones de titanio, por ser tan fuerte y duradera. También es comparable a la fibra de carbono, pero mucho menos costosa».

Investigaciones como las de Hu y Berglund solo pueden sumarse a las perspectivas salvajes para el futuro de la ciencia de los materiales. Algún día pronto podría ser posible vivir en una casa hecha casi completamente de uno de los materiales de construcción más abundantes y versátiles de la tierra, desde pisos hasta vigas, paredes y ventanas. En el garaje puede haber un automóvil cuyo chasis y paragolpes podrían estar compuestos de madera densificada en lugar de madera y acero.

Los fabricantes de muebles podrían aprovechar las maderas blandas y porosas para la construcción o la creación de muebles (que a día de hoy no son viables), y evitar la sobrexplotación de la madera dura.

Fuentes:  Scientific American, UK Construction Week, Europapress, CadenaSer.