Els plàstics, tot i ser útils per si mateixos, poden esdevenir molt més resistents quan es reforcen amb fibres. Els polímers termoplàstics, com l’àcid polilàctic (PLA) i la poliamida (PA o niló), utilitzats en la impressió 3D FDM, en són un clar exemple. Tradicionalment, s’han utilitzat fibres de vidre (GF) i de carboni (CF) amb aquest propòsit, però aquestes presenten desavantatges com la seva elevada abrasivitat i riscos per a la salut, especialment en el cas de la fibra de carboni, que pot tenir propietats cancerígenes.

En els darrers anys, alternatives com la cel·lulosa han guanyat protagonisme. Quan s’afegeix cel·lulosa a polímers com el PLA, es creen biocompostos menys fràgils i completament d’origen vegetal, millorant les propietats mecàniques del plàstic. Això planteja una qüestió important: és la cel·lulosa el millor material de reforç per als plàstics?

Nanofibres de cel·lulosa

Els objectes de plàstic creats mitjançant impressió 3D FDM es diferencien dels modelats per injecció per la seva menor adhesió entre capes i la presència de buits interns. Aquestes característiques redueixen la resistència del material i condicionen la manera com les fibres s’integren en la matriu plàstica. Un estudi de Tushar Ambone et al. (2020) va demostrar que el PLA imprès en 3D amb tecnologia FDM té un 49% menys de resistència a la tracció i un 41% menys de mòdul elàstic en comparació amb mostres modelades per injecció. Tanmateix, amb l’addició d’un 1% de nanofibres de cel·lulosa de sisal (CNF) al PLA, aquests paràmetres milloraren un 84% i un 63%, respectivament, gràcies a la reducció de buits i la millora en la cristal·lització del PLA.

Diverses fibres

Un estudi similar, realitzat per Chuanchom Aumnate et al. (2021), va utilitzar fibres de cel·lulosa de kenaf per reforçar el PLA, obtenint resultats comparables. Altres investigacions han explorat la combinació de fibres de lli i jute amb PLA, tot i que utilitzant fibres més llargues i mitjançant modelatge per compressió, fet que dificulta una comparació directa amb els resultats obtinguts amb la tecnologia FDM.

Per altra banda, les fibres de basalt (BF), àmpliament emprades en la indústria de l’aïllament, han mostrat avantatges respecte a les fibres de vidre (GF) en materials compostos. Segons Li Yan et al. (2020), el basalt ofereix una millor estabilitat química i menor absorció d’humitat. No obstant això, la seva composició basada en silicat planteja riscos per a la salut relacionats amb la silicosi, similars als associats a l’amiant.

Consideracions de salut

Un estudi de Seung-Hyun Park (2018) publicat a Saf Health Work va revisar els riscos associats a diversos substituts de l’amiant, incloent-hi el basalt i la cel·lulosa. Mentre que les fibres minerals, com el basalt, es classificaren en el Grup 3 (evidència insuficient de carcinogenicitat), la cel·lulosa va ser considerada completament segura, cosa que la posiciona com una alternativa més saludable per al reforç de plàstics.

Ús de lignina i PLA

Una altra línia d’investigació se centra en l’ús de lignina, un component present juntament amb la cel·lulosa a les plantes, per millorar les propietats del PLA. Un estudi de Diana Gregor-Svetec et al. (2021) va demostrar que els compostos de PLA amb lignina i nanofibres de cel·lulosa (NFC) incrementen l’estabilitat als raigs UV del material, fent-lo més resistent a les condicions d’exterior. D’altra banda, un estudi de Sofia P. Makri et al. (2023) va analitzar mètodes per millorar la dispersió de nanopartícules de lignina, destacant la seva capacitat per estabilitzar el PLA en entorns a l’aire lliure.

Fi de vida

Un aspecte fonamental és el destí d’aquests polímers un cop han arribat al final de la seva vida útil. Tant la cel·lulosa com la lignina són biodegradables, però el PLA, tot i ser biodegradable en teoria, requereix processos industrials de compostatge, que inclouen tractaments microbians i hidrolítics. Encara que incinerar el PLA no és una mala opció a causa de la seva composició química, resulta irònic que, en un compost de PLA reforçat amb cel·lulosa, el PLA podria ser la part més duradora.

Si es recicla o composta correctament, el PLA no suposa grans problemes, i les fibres de cel·lulosa no interferirien en aquest procés. En canvi, els compostos reforçats amb fibra de carboni requereixen la incineració com l’opció més adequada.