Grazie a un polimero della buccia degli agrumi, realizzato legno trasparente rinnovabile al 100%
Sarà possibile produrre con il legno nuovi prodotti ad alta tecnologia
[5 Maggio 2021]
Nel 2016, i ricercatori del KTH Royal Institute of Technology di Stoccolma sono riusciti a produrre legno trasparente e nel 2019 hanno sviluppato una variante smart del materiale. Ora, lo studio “High Performance, Fully Bio‐Based, and Optically Transparent Wood Biocomposites”, pubblicato su Advanced Science da Céline Montanari, Peter Olsén e Lars Berglund del KTH Royal Institute of Technology di Stoccolma e Yu Ogawa dell’Université Grenoble Alpes, annuncia l’arrivo della terza generazione di legno trasparente: più trasparente rispetto alle versioni precedenti e 100% ecologico.
I ricercatori del KTH sottolineano che «Sono passati 5 anni da quando abbiamo dato la notizia del legno trasparente. Da allora, è stato fatto molto lavoro con il materiale presso il Wallenberg Wood Science Center, un centro di ricerca presso il KTH». E Montanari e Olsén sono riusciti a produrre legno trasparente completamente a base biologica di betulla.
Berglund, a capo del dipartimento biocompositi del KTH spiega: « Abbiamo sostituito i polimeri a base fossile che utilizzavamo in precedenza. E’ stata una delle difficoltà che abbiamo avuto per ottenere legno trasparente sostenibile. I ricercatori hanno lasciato che le considerazioni ambientali e la cosiddetta chimica verde permeassero l’intero lavoro. Ora non usano solventi. Tutti i prodotti chimici sono verdi, cioè da materie prime bio e senza rischi per la salute. Ciò semplifica la produzione del materiale. Un altro aspetto importante è che la ricerca che facciamo su questi materiali apre la strada a nuove nanotecnologie del legno. Il legno può assumere un nuovo ruolo e non solo fungere da materiale da costruzione economico. E’ possibile produrre nuovi prodotti in legno ad alta tecnologia in modo che il legno abbia funzioni completamente nuove, come finestre intelligenti, legno come batteria per il riscaldamento, legno che ha una funzione di illuminazione incorporata, persino un laser in legno. Un’opportunità unica con questa nanotecnologia è che può diventare ecologica e su larga scala. Ad esempio, molte applicazioni per la nanotecnologia nella microelettronica sono limitate a componenti piccoli e altamente specializzati delle dimensioni di francobolli».
Il processo di produzione somiglia a quello precedente: i ricercatori sono partiti dalla betulla e poi hanno rimosso la lignina per ottenere la trasparenza. Questa fase di trattamento chimico viene eseguita utilizzando un parente dell’acido acetico. La novità è che i ricercatori hanno aggiunto un polimero a base biologica invece di uno a base di combustibili fossili. E’ un polimero che deriva da una sostanza presente nella buccia degli agrumi, cioè da rifiuti alimentari. Così, il legno trasparente riacquista la forza scomparsa quando la lignina viene rimossa.
La Montanari spiega di cosa si tratta: «Il nuovo acrilato di limonene è ottenuto da agrumi rinnovabili, come i rifiuti della buccia che possono essere riciclati dall’industria del succo d’arancia. Un estratto dalla produzione di succo d’arancia viene utilizzato per creare il polimero che ripristina la forza del legno delignificato e lascia passare la luce. Il nuovo composito offre una trasmissione ottica del 90% con uno spessore di 1,2 mm e una foschia notevolmente ridotta del 30%».
A differenza di altri compositi di legno trasparenti sviluppati negli ultimi 5 anni, il materiale sviluppato dal KTH è destinato all’uso strutturale. Mostra prestazioni meccaniche eccezionali: con una resistenza di 174 MPa (25,2 ksi) ed elasticità di 17 GPa (o circa 2,5 Mpsi).
Secondo Berglund, «Le proprietà ottiche del materiale sono le migliori misurate finora per il legno trasparente. Uno dei motivi è che i ricercatori hanno lavorato insieme al gruppo di fotonica di Sergei Popov al KTH. La cooperazione oltre i confini delle materie è stata un chiaro punto di forza. Abbiamo esaminato dove va la luce e cosa succede quando colpisce la cellulosa. Parte della luce passa direttamente attraverso il legno, rendendo il materiale trasparente. Parte della luce viene rifratta e diffusa in diverse angolazioni e produce effetti piacevoli nelle applicazioni di illuminazione».
È questa ultima parte ad interessare particolarmente e che sarà studiata per sviluppare nuove nanotecnologie. Di una cosa però i ricercatori sono sicuri: «Le proprietà ottiche del nuovo polimero sono simili a quelle della normale cellulosa».