El milagro de la hidroplastificación: crean una madera sostenible seis veces más resistente que el plástico

Un tenedor, un plato o una pajita que parecen de plástico, que aguantan el agua caliente y que, sin embargo, son de madera. Es lo que promete la hidroplastificación, una técnica que usa el agua para moldear la madera como si fuera un polímero y que podría sustituir a buena parte del plástico de un solo uso.

Así lo recoge un estudio publicado en la revista Journal of Bioresources and Bioproducts por investigadores de la Universidad Forestal de Nankín (China). El trabajo describe cómo transformar madera porosa en un material ultrarresistente, moldeable y estable en el agua, sin recurrir al prensado en caliente que exigen otros métodos.

El resultado, bautizado por sus autores como madera hidroplástica, alcanza una resistencia a la tracción de 405,5 megapascales (MPa), casi seis veces más que la madera natural de la que procede, y supera con holgura a plásticos habituales como el nailon, el poliestireno o el polipropileno.

Un problema de 400 millones de toneladas

El punto de partida es conocido. En 2022, la producción mundial de plástico rozó los 400 millones de toneladas, pero sólo el 9% de los residuos se recicló, según los datos que recoge el estudio. Muchos productos de usar y tirar tardan hasta 450 años en degradarse.

Esos plásticos se acumulan en ríos, cadenas alimentarias, la atmósfera e incluso en placentas humanas, recuerdan los autores. De ahí la búsqueda de alternativas biodegradables. La celulosa, el biopolímero más abundante de la Tierra, es una de las candidatas más estudiadas.

Sin embargo, los materiales de celulosa arrastran tres problemas: se ablandan con la humedad, su resistencia es limitada y su fabricación exige eliminar la lignina con grandes cantidades de químicos, energía y agua, lo que genera aguas residuales contaminadas.

Moldear madera con agua

La propuesta de los investigadores chinos es aprovechar la madera tal como es, sin desmontarla. Usaron tilo (Tilia sp.), una madera ligera, y la sometieron primero a una deslignificación suave: un baño de 30 minutos en sosa y sulfito sódico que retira sólo una pequeña parte de la lignina.

Después, infiltraron en sus poros una solución de celulosa disuelta en sosa y urea mediante ciclos de vacío. Al sumergir la pieza en agua, esa celulosa se regenera y forma una red de enlaces que cose entre sí las fibras naturales de la madera.

En ese estado húmedo, la madera se comporta como un plástico: el agua actúa como plastificante y permite que las fibras se deslicen unas sobre otras. Se puede doblar casi 180 grados sin romperse y adaptarse a un molde, algo imposible con la madera natural, que se quiebra.

Se compacta sola al secarse

El último paso es el secado: 6 horas en un horno a 60 °C dentro del molde. Al evaporarse el agua, la presión capilar contrae las células de la madera, que pasan de ser tubos huecos a columnas densamente empaquetadas. Es la llamada autodensificación.

Sin prensas ni altas presiones, la densidad del material pasa de 0,48 a 1,16 gramos por centímetro cúbico. La clave está en los puentes de hidrógeno que se forman entre las moléculas de celulosa, que unen las fibras como un pegamento natural.

Con la hidroplastificación, la madera deja atrás su fragilidad. Sus poros desaparecen casi por completo y conserva intacta la orientación de sus fibras, la estructura que la naturaleza diseñó para sostener el peso de un árbol.

Más resistente que muchos plásticos

La madera natural suele romperse por sus poros y por la lámina media, la capa de lignina que une sus células. En el nuevo material, la celulosa regenerada refuerza precisamente esas zonas débiles y forma una doble red que reparte mejor las cargas.

Las mejoras se notan en todas las pruebas. Su resistencia a la flexión llega a 367 MPa, cinco veces la de la madera de partida; su tenacidad al impacto se multiplica casi por cinco y su dureza Shore D, de 77, supera a la del poliestireno rígido.

Al ser un material relativamente ligero, su resistencia específica, la que se mide en relación con su peso, es todavía más llamativa. Según el estudio, supera a la de la madera natural e incluso a la de las aleaciones de aluminio.

La lignina, la clave

El secreto de su resistencia al agua está en la lignina que no se retira. La madera de tilo contiene un 27,6% de este polímero y, tras el tratamiento, conserva alrededor de un 24%. La lignina repele el agua y mantiene unidas las fibras cuando el material se moja.

Mojada, la madera hidroplástica conserva una resistencia de 86,7 MPa, unas 17 veces más que un material equivalente fabricado sólo con celulosa, que apenas llega a 5 MPa. Los autores probaron varios tiempos de tratamiento y los 30 minutos resultaron el equilibrio óptimo.

En 48 horas, la madera hidroplástica absorbe un 54% de agua, frente al 189,5% de la celulosa. Y al agitarla a alta velocidad en agua, mantiene su forma intacta, mientras que una lámina de celulosa se deshace en pedazos en sólo 10 segundos.

Una pajita que no se ablanda

Para comprobarlo en un uso real, los científicos fabricaron pajitas y las compararon con una de papel en agua teñida. La de celulosa se empapó y se hinchó en 30 minutos; la de madera hidroplástica apenas absorbió líquido y seguía rígida después de 3 horas.

También aguanta el calor mejor que muchos plásticos. Tras 30 minutos en agua a 90 °C, una pajita de PLA, el bioplástico de ácido poliláctico, se deformó, mientras que la de madera mantuvo su forma. Sobre una placa a 200 °C, el polietileno, el PVC y el poliestireno se ablandaron; la madera no.

Su estabilidad térmica alcanza unos 300 °C y apenas se dilata con el calor: su coeficiente de dilatación es de 4,1 millonésimas por grado, frente a 207,2 del polietileno. Es decir, el plástico convencional se dilata unas 50 veces más.

Resiste sal, ácidos y disolventes

En agua de mar, agua hirviendo o soluciones de ácido clorhídrico y sosa, el material mantiene entre 34,3 y 86,7 MPa de resistencia. También tolera disolventes orgánicos como el etanol o el dimetilsulfóxido (DMSO), habituales en la industria.

Tras 24 horas sumergida en agua, la madera hidroplástica sigue resistiendo 72,3 MPa, aunque su grosor aumenta en torno a un 31,5% por el hinchamiento. Un dato que conviene tener en cuenta para usos prolongados en contacto con líquidos.

Con todo, no es indestructible. Tras tres ciclos de mojado y secado, su resistencia en seco baja a 286 MPa y en húmedo, a 47,2 MPa. Los autores reconocen que esa pérdida puede limitar su uso repetido y que habrá que mejorarla.

Se degrada en seis meses

Donde el material marca la diferencia es al final de su vida útil. En una prueba de enterramiento en suelo natural, la pajita de madera hidroplástica se fragmentó en 90 días y estaba casi totalmente degradada a los seis meses. La de polietileno seguía intacta.

El proceso también aprovecha mejor la materia prima. Como conserva casi toda la lignina y la hemicelulosa, el rendimiento de producción alcanza el 82,6%, frente al 45% aproximado de la fabricación convencional de pasta de papel, que elimina ambos componentes.

El análisis de ciclo de vida indica además una huella de carbono considerablemente inferior a la de seis plásticos comunes: polietileno, polipropileno, poliestireno, PVC, PET y ABS. Ese cálculo, eso sí, sólo cubre la fabricación, sin transporte, uso ni eliminación del producto.

Los retos de la industria

Los autores advierten de que el salto a la industria aún tiene obstáculos. La composición de la lignina varía entre especies de árboles, lo que puede alterar el tratamiento, y las piezas de más de un centímetro de grosor son difíciles de impregnar de forma uniforme.

Por ello, señalan como prioridades simplificar el proceso, desarrollar una impregnación continua, acelerar el secado y recuperar los productos químicos. Si lo logran, cubiertos, platos, pajitas y envases de madera hidroplástica podrían ocupar el lugar que hoy tiene el plástico.