Los plásticos, aunque útiles por sí mismos, pueden volverse significativamente más resistentes cuando se refuerzan con fibras. Los polímeros termoplásticos, como el ácido poliláctico (PLA) y la poliamida (PA o nylon), utilizados en la impresión 3D FDM, son ejemplos claros de este fenómeno. Tradicionalmente, las fibras de vidrio (GF) y de carbono (CF) se utilizan para este propósito, aunque presentan desventajas como su alta abrasividad y riesgos para la salud, especialmente en el caso de la fibra de carbono, que puede tener propiedades cancerígenas.
Recientemente, otras opciones de refuerzo, como la celulosa, han ganado atención. Al añadir celulosa a polímeros como el PLA, se crean biocompuestos que son menos frágiles y completamente de origen vegetal, lo que mejora las propiedades del plástico. Así, surge la pregunta: ¿es la celulosa el mejor material de refuerzo para los plásticos?
Nanofibras de celulosa
Los objetos plásticos creados mediante impresión 3D FDM son diferentes a los moldeados por inyección, debido a su menor adhesión entre capas y la presencia de huecos. Esto afecta tanto la resistencia como la forma en que se integran las fibras en el plástico. Un estudio de Tushar Ambone et al. (2020) mostró que el PLA impreso con FDM tiene un 49% menos de resistencia a la tracción y un 41% menos de módulo comparado con muestras moldeadas. Sin embargo, al añadir solo un 1% de nanofibras de celulosa de sisal (CNF) al PLA, estos parámetros mejoraron un 84% y 63%, respectivamente, reduciendo los huecos y mejorando la cristalización del PLA.
Diversas fibras
Un estudio relacionado de Chuanchom Aumnate et al. (2021) utilizó fibras de celulosa de kenaf para reforzar el PLA, obteniendo resultados similares. Otros estudios han mezclado fibras de lino y yute con PLA, aunque con fibras más largas y mediante moldeo por compresión, lo que hace difícil una comparación directa con los resultados del FDM.
Por otro lado, las fibras de basalto (BF), comúnmente usadas en la industria de aislamiento, también han demostrado ventajas sobre las fibras de vidrio (GF) en materiales compuestos. Según Li Yan et al. (2020), el basalto ofrece mejor estabilidad química y menor absorción de humedad. Sin embargo, su composición a base de silicato plantea preocupaciones de salud relacionadas con la silicosis, similar a los riesgos asociados al asbesto.
Consideraciones de salud
Un estudio de 2018 de Seung-Hyun Park en Saf Health Work revisó los riesgos de varios sustitutos del asbesto, incluyendo el basalto y la celulosa. Mientras que las fibras de lana mineral, como el basalto, se clasificaron en el Grupo 3 (evidencia insuficiente de carcinogenicidad), la celulosa fue considerada completamente segura. Esto posiciona a la celulosa como una alternativa saludable para reforzar plásticos.
Uso de Lignina y PLA
Otra línea de investigación se centra en el uso de lignina, presente junto a la celulosa en las plantas, para mejorar las propiedades del PLA. Un estudio de 2021 de Diana Gregor-Svetec et al. mostró que los compuestos de PLA con lignina y nanofibras de celulosa (NFC) mejoran la estabilidad UV del material, haciéndolo más resistente a la exposición exterior. Un estudio de 2023 de Sofia P. Makri et al. analizó métodos para mejorar la dispersión de nanopartículas de lignina, destacando su capacidad para estabilizar el PLA en entornos al aire libre.
Fin de vida
Un aspecto crucial es el destino de estos polímeros al final de su vida útil. Tanto la celulosa como la lignina son biodegradables, pero el PLA, aunque técnicamente biodegradable, necesita de procesos industriales de compostaje que incluyen tratamientos microbianos e hidrolíticos. Aunque incinerar PLA no es una mala opción debido a su composición química, resulta irónico que en un compuesto de PLA reforzado con celulosa, el PLA podría ser la parte más duradera.
Si se recicla o composta adecuadamente, el PLA no presenta grandes problemas, y las fibras de celulosa no interferirían en el proceso, a diferencia de los compuestos reforzados con fibra de carbono, que requieren incineración como opción más viable.
