Os pesquisadores desenvolveram um método rápido e fácil para converter o bioproduto lignina à base de madeira em nanopartículas para criar revestimentos transparentes ou superfícies antirreflexas coloridas com propriedades antiembaçantes. A descoberta transforma esse abundante resíduo em um material útil com aplicações que vão desde óculos até janelas de carros.
Com o foco atual na economia circular e nas mudanças climáticas, a lignina – a substância orgânica que mantém unidas as células, fibras e recipientes da madeira – é considerada um recurso renovável promissor que poderia substituir os materiais fósseis. Mas atualmente, este subproduto da indústria de celulose e papel não é totalmente aproveitado, sendo cerca de 98% utilizado para combustão para aquecimento ou geração de energia.
Um dos obstáculos ao uso da lignina é que sua estrutura molecular complexa dificulta sua decomposição. Agora, investigadores da Universidade Aalto, na Finlândia, desenvolveram um método para converter lignina num revestimento transparente de base biológica com propriedades antiembaciamento e antirreflexo.
As nanopartículas de lignina (LNPs) são hidrofílicas e adequadas para a criação de texturas, tornando-as ideais para aplicações ópticas, especialmente aquelas que requerem propriedades antiembaçantes. Contudo, um problema para conseguir esta utilização é superar a opacidade das partículas, o que requer um controle preciso da espessura do filme.
No estudo atual, os pesquisadores analisaram a redução do tamanho dos LNPs para superar o problema da opacidade, já que partículas menores são menos propensas à turvação e espalham a luz de maneira mais uniforme.
“Os revestimentos ópticos precisam ser transparentes, mas até agora até filmes bastante finos de partículas de lignina têm sido visíveis”, disse Alexander Henn, primeiro autor do estudo. "Sabemos que as partículas pequenas parecem menos turvas, por isso queria ver se poderíamos fazer filmes de partículas invisíveis reduzindo o tamanho das partículas ao mínimo."
Para reduzir o tamanho das partículas, os pesquisadores modificaram quimicamente a lignina por meio da acetilação, uma reação de esterificação que introduz grupos funcionais acetil em compostos orgânicos. Usando ácido acético para conduzir a reação - que leva apenas 10 minutos à temperatura relativamente baixa de 140°F (60°C) - o processo produziu altas concentrações de LNPs ultrapequenos com propriedades inesperadas.
“As partículas de lignina que fiz a partir da lignina acetilada tinham propriedades bastante surpreendentes, o que tornou outras partes desta pesquisa muito interessantes”, disse Henn. “A possibilidade de fazer filmes fotônicos, por exemplo, foi completamente inesperada”.
O pequeno tamanho das partículas permitiu aos pesquisadores controlar a espessura e a aparência das camadas, desde submonocamadas transparentes até filmes multicamadas, o que permitiu controlar a cor e a absorção de diferentes comprimentos de onda de luz.
Eles descobriram que revestimentos transparentes ultrafinos reduzem a dispersão da luz causada por gotículas de água e concluíram que a lignina acetilada é adequada para uso como revestimento antiembaçante em superfícies transparentes. Além disso, ao engrossar o revestimento e usar múltiplas camadas de filmes finos, os pesquisadores podem controlar a cor do revestimento, resultando em amarelos, azuis e roxos brilhantes. Esses revestimentos mais espessos também possuem propriedades fotônicas, o que significa que refletem a luz.
Os pesquisadores dizem que a velocidade e a simplicidade da reação de acetilação e seu alto rendimento significam que ela pode ser ampliada para níveis industriais, com o benefício adicional de a lignina ser um sumidouro de carbono.
Monika Österberg, uma das autoras correspondentes do estudo, disse: "Os produtos à base de lignina podem ter valor comercial, ao mesmo tempo que atuam como sumidouros de carbono, ajudando a aliviar a atual dependência de combustíveis fósseis e a reduzir as emissões de CO2. Aplicações de alto valor como estas são importantes para impulsionar a valorização da lignina, para que não utilizemos mais a lignina apenas como combustível."
A pesquisa foi publicada no Journal of Chemical Engineering.