Los investigadores han desarrollado un método rápido y sencillo para convertir la lignina, un bioproducto derivado de la madera, en nanopartículas para crear recubrimientos transparentes o superficies antirreflectantes coloreadas con propiedades antivaho. El descubrimiento transforma este abundante producto de desecho en un material útil con aplicaciones que van desde gafas hasta ventanillas de automóviles.
Con el foco actual en la economía circular y el cambio climático, la lignina -la sustancia orgánica que mantiene juntas las células, fibras y contenedores de la madera- se considera un recurso renovable prometedor que podría reemplazar los materiales fósiles. Pero actualmente, este subproducto de la industria de la pulpa y el papel no se utiliza en su totalidad: alrededor del 98% se utiliza para combustión para calefacción o generación de energía.
Uno de los obstáculos para utilizar la lignina es que su compleja estructura molecular dificulta su descomposición. Ahora, investigadores de la Universidad Aalto en Finlandia han desarrollado un método para convertir la lignina en una capa transparente de base biológica con propiedades antivaho y antirreflectantes.
Las nanopartículas de lignina (LNP) son hidrófilas y adecuadas para crear texturas, lo que las hace ideales para aplicaciones ópticas, especialmente aquellas que requieren propiedades antivaho. Sin embargo, un problema para lograr este uso es superar la opacidad de las partículas, lo que requiere un control preciso del espesor de la película.
En el estudio actual, los investigadores buscaron reducir el tamaño de las LNP para superar el problema de la opacidad, ya que las partículas más pequeñas son menos propensas a nublarse y dispersar la luz de manera más uniforme.
"Los recubrimientos ópticos deben ser transparentes, pero hasta ahora se pueden ver incluso películas bastante finas de partículas de lignina", afirma Alexander Henn, primer autor del estudio. "Sabemos que las partículas pequeñas parecen menos turbias, así que quería ver si podíamos hacer películas de partículas invisibles reduciendo el tamaño de las partículas al mínimo".
Para reducir el tamaño de las partículas, los investigadores modificaron químicamente la lignina mediante acetilación, una reacción de esterificación que introduce grupos funcionales acetilo en compuestos orgánicos. Utilizando ácido acético para impulsar la reacción, que dura sólo 10 minutos a una temperatura relativamente baja de 60 °C (140 °F), el proceso produjo altas concentraciones de LNP ultrapequeños con propiedades inesperadas.
"Las partículas de lignina que hice a partir de lignina acetilada tenían propiedades bastante sorprendentes, lo que hizo que otras partes de esta investigación fueran muy interesantes", dijo Henn. "La posibilidad de fabricar películas fotónicas, por ejemplo, fue completamente inesperada".
El pequeño tamaño de las partículas permitió a los investigadores controlar el grosor y la apariencia de las capas, desde submonocapas transparentes hasta películas multicapa, lo que les permitió controlar el color y la absorbancia de diferentes longitudes de onda de luz.
Descubrieron que los recubrimientos transparentes ultrafinos reducen la dispersión de la luz causada por las gotas de agua y concluyeron que la lignina acetilada es adecuada para su uso como recubrimiento antivaho en superficies transparentes. Además, al espesar el recubrimiento y utilizar múltiples capas de películas delgadas, los investigadores pueden controlar el color del recubrimiento, lo que da como resultado amarillos, azules y morados brillantes. Estos recubrimientos más gruesos también tienen propiedades fotónicas, lo que significa que reflejan la luz.
Los investigadores dicen que la velocidad y simplicidad de la reacción de acetilación y su alto rendimiento significan que se puede ampliar a niveles industriales, con el beneficio adicional de que la lignina es un sumidero de carbono.
Monika Österberg, una de las autoras correspondientes del estudio, dijo: "Los productos basados en lignina pueden tener valor comercial y al mismo tiempo actuar como sumidero de carbono, ayudando a aliviar la dependencia actual de los combustibles fósiles y reducir las emisiones de CO2. Aplicaciones de alto valor como estas son importantes para impulsar la valorización de la lignina para que ya no la utilicemos únicamente como combustible".
La investigación fue publicada en el Journal of Chemical Engineering.