O que é tPB?
Um estudo publicado no Os avanços da ciência relatórios Um material totalmente novo chamado papelão transparente (tPB). Feito inteiramente de celulose pura, ele resolve o problema centenário do papelão opaco e estabelece um novo padrão de sustentabilidade: pode ser totalmente reciclado em um ciclo fechado e se biodegrada em todo o oceano — das águas rasas ao fundo do mar.
Utilizando um tratamento aquoso patenteado com brometo de lítio, pesquisadores curaram hidrogéis de celulose em uma variedade de formatos práticos — de canudos a copos. Testes mostram que o material tPB se equipara ao plástico em desempenho no dia a dia e pode se biodegradar completamente em até 12 meses, mesmo em condições de águas profundas. Com um revestimento de resina vegetal, sua resistência a vazamentos supera a dos copos de papel convencionais.
1. Inspiração e Inovação: Quando o Papelão se Torna “Transparente”
Figura A
Da esquerda para a direita, as imagens mostram a transformação do material:
Pó/Têxtil → Solução de celulose → Hidrogel → Produto final (tPB, polibiomaterial transparente).
Os resíduos em pó ou têxteis são primeiramente processados para se transformarem em uma solução de celulose;
Essa solução é então gelificada para formar um hidrogel de celulose;
Finalmente, ele é processado e transformado em um substituto transparente de plástico à base de materiais biológicos (por exemplo, o copo transparente mostrado).
Figura B (Diagrama do processo)
Matéria prima:
Fibras curtas de algodão (línter de algodão, que não pode ser transformado em fio) obtidas de sementes ou cápsulas de algodão, bem como resíduos de papel ou têxteis.
Tratamento químico:
A celulose é dissolvida usando o solvente LiBr (brometo de lítio) para formar um gel.
Em seguida, o gel é lavado para remover o solvente, resultando em um hidrogel.
Reciclando:
O solvente LiBr é recuperado por meio de condensação (reciclagem em circuito fechado), e a água também é reciclada para reutilização.
Materiais (como copos transparentes usados) podem ser pulverizados e reciclados, transformando-se novamente em pó.
Moldagem e aplicações:
O hidrogel pode ser seco, prensado ou moldado em diversos produtos, como copos, canudos ou folhas transparentes.
Fim da vida:
Se liberados no meio ambiente (por exemplo, no oceano), esses materiais podem ser biodegradados por microrganismos, evitando o acúmulo a longo prazo como ocorre com os plásticos convencionais.
O papel e o cartão são derivados da celulose da madeira. São materiais reutilizáveis e biodegradáveis, uma alternativa ao plástico, o que os torna candidatos ideais para substituí-lo. Mas há um porém: o cartão não é transparente, portanto não pode substituir o plástico transparente em embalagens que precisam mostrar o conteúdo (por exemplo, caixas de alimentos, copos de bebidas).
Por que a transparência é tão difícil? O culpado é a dispersão da luz. As grandes fibras de madeira do papelão convencional dispersam a luz, tornando-o opaco. Até agora, o único filme transparente comercial feito exclusivamente de celulose era o celofane, mas esse processo não permite a produção de placas com milímetros de espessura.
Uma equipe japonesa adotou uma abordagem diferente. Eles utilizaram uma solução aquosa de brometo de lítio (LiBr). A celulose se dissolve nessa solução quando aquecida e volta a formar um gel quando resfriada. Ao secar diretamente esse hidrogel de celulose espesso, a equipe produziu um papelão transparente (tPB) com milímetros de espessura e tamanho semelhante ao de um smartphone, uma nova alternativa às embalagens plásticas.
2. Propriedades de destaque: transparente, resistente e isolante.
Alta transparência. Com 0.7 mm de espessura, o tPB atinge uma transmitância luminosa total de aproximadamente 87%, com cerca de 22% de opacidade, de modo que objetos distantes ainda parecem nítidos. Mesmo com 1.5 mm, ele permanece visivelmente transparente, apresentando apenas um leve embaçamento.
Excelente mecânica. Combina a rigidez do cartão com a flexibilidade do plástico. Em testes de flexão, tolera grandes deformações sem quebrar — algo que o cartão comum não consegue fazer.
Resistência excepcional à umidade. Materiais de celulose pura geralmente enfraquecem na água. Mas, mesmo após imersão completa por 72 horas, a resistência à tração do tPB permanece de 5 a 15 vezes maior que a do papelão comum. Ele consegue se manter em pé sem colapsar.
Isolamento térmico natural. Graças à sua estrutura nanofibrosa anisotrópica, o calor flui de forma diferente ao longo do plano em comparação com a espessura, proporcionando isolamento intrínseco. Em testes com água fervente, a parede externa de um copo de tPB permaneceu visivelmente mais fria do que a de um copo de poliestireno (PS).
Resultados da Figura – Caracterização do tPB (poli-biomaterial transparente)
A. Propriedades ópticas
Transmissão (Tt) e opacidade em função da espessura. O tPB mantém alta transparência com um ligeiro aumento da opacidade à medida que a espessura aumenta.
B. Propriedades de flexão
As curvas de tensão-deformação à flexão mostram que o tPB (à base de têxteis e à base de MCC) apresenta maior resistência à flexão e tenacidade em comparação com os plásticos PB e PC convencionais.
C. Propriedades de tração
As curvas de tensão-deformação indicam que o tPB úmido ainda mantém excelente resistência mecânica, superando o PB tradicional mesmo em condições úmidas ou aquosas.
D. Rugosidade da superfície
A microscopia de força atômica (AFM) mostra uma rugosidade quadrática média (RMS) de aproximadamente 15.4 nm, demonstrando uma superfície lisa adequada para aplicações ópticas.
E–F. Microestrutura
As imagens SEM/TEM revelam uma morfologia uniforme em microescala e uma densa rede de fibras de celulose em nanoescala, o que explica as propriedades mecânicas superiores.
G. Espalhamento de raios X (SAXS/WAXS)
Os padrões de difração em forma de anel confirmam o alinhamento ordenado das cadeias de celulose e a anisotropia dentro da estrutura.
H. Modelo estrutural
Os diagramas esquemáticos (vista superior e vista lateral) ilustram a rede de cadeias de celulose empilhadas e orientadas, relacionando a estrutura ao desempenho.
I. Difusividade térmica
Medições de transporte térmico mostram comportamento anisotrópico: a difusividade no plano é significativamente maior do que fora do plano, confirmando a condução de calor direcional.
Resumo
Resumo: Estes resultados confirmam que o tPB é um material transparente, mecanicamente resistente, de superfície lisa, biodegradável e à base de celulose, com nanoestrutura ordenada e propriedades térmicas anisotrópicas, tornando-o uma alternativa promissora aos plásticos convencionais.
3. Alternativas prontas para uso: Moldando copos e canudos
Graças a essas propriedades, os pesquisadores moldaram o tPB em copos e canudos transparentes.
A grande sacada: esses copos de celulose podem conter água quente sem nenhum revestimento plástico, e sem vazar ou amolecer. Essa é uma alternativa verdadeiramente ecológica aos copos de papel e plástico usados atualmente.
Para armazenamento de líquidos a longo prazo, uma camada ultrafina de sal de ácido graxo de origem vegetal (cerca de 5 a 10 μm) na parede interna é suficiente, aumentando a durabilidade com um impacto mínimo na sustentabilidade.
Figura – Avaliação funcional do tPB (polibiomaterial transparente)
A. Aplicação do copo:
Copo de hidrogel úmido, seco e transformado em um copo transparente de tPB, capaz de reter líquidos com eficácia.
B. Aplicação de palha:
Canudo de hidrogel úmido, seco e transformado em um canudo transparente de tPB, demonstrado em uso real para mexer bebidas.
C. Desempenho de retenção de água:
Comparação da retenção de água em copos ao longo do tempo entre tPB, tPB composto (c-tPB), papel e poliestireno (PS).
Tanto o tPB quanto o c-tPB mantêm uma retenção de água de quase 100% por períodos prolongados, enquanto os copos de papel apresentam vazamentos.
D. Molhabilidade e transparência da superfície:
As medições do ângulo de contato indicam que o tPBtex é mais hidrofílico (~55.6°), enquanto o c-tPBtex é hidrofóbico (~102.5°).
Ambos os filmes apresentam baixa opacidade (~22–23%) e alta transmitância (~84%), confirmando boa transparência.
E. Isolamento térmico:
A termografia de copos contendo água quente mostra uma temperatura externa mais baixa para o tPB (~61 °C) em comparação com o PB (~66 °C) e o PS (~72 °C), indicando um isolamento térmico superior e um manuseio mais seguro.
Resumo
Resumo: Estes resultados demonstram que o tPB pode ser fabricado em produtos práticos, como copos e canudos, com excelente impermeabilização, propriedades de superfície ajustáveis, boa transparência e isolamento térmico superior em comparação com os plásticos convencionais.
4. Sustentabilidade máxima: Reciclagem em circuito fechado e biodegradação em escala oceânica
Reciclagem em circuito fechado. O processo de produção recupera o solvente LiBr e a água. O tPB usado pode ser triturado, dissolvido e transformado em novo tPB. Mesmo após múltiplos ciclos, o material regenerado mantém boa transparência e resistência — um verdadeiro uso do berço ao berço.
Biodegrada-se em todo o oceano. As amostras foram coletadas em quatro profundidades, desde águas rasas de portos (~2 m) até uma fossa do Pacífico (~5,552 m). Notavelmente, mesmo em águas profundas, frias, de alta pressão e com baixo teor de oxigênio, o tPB foi biodegradado por micróbios a taxas significativas (~20–50 μg/cm²/dia). Análises metagenômicas e metatranscriptômicas mostraram a formação de biofilmes no tPB, que produzem celulases capazes de decompô-lo em CO₂ e água.
Em outras palavras, se o tPB alguma vez escapar para o oceano, não se tornará uma "relíquia permanente das profundezas marinhas" como muitos plásticos. Ele retorna silenciosamente à natureza.
Figura – Desempenho de reciclagem do tPB (polibiomaterial transparente)
A. Aparência óptica e opacidade:
Fotografias de filmes originais, reciclados com solvente, reciclados com material e reciclados com solvente e material.
Os valores de opacidade são 21% (original), 16% (solvente reciclado), 54% (material reciclado) e 60% (solvente + material reciclado).
A reciclagem de solventes preserva a transparência, enquanto a reciclagem de materiais aumenta a opacidade.
B. Teste de transmitância e corante:
Líquidos coloridos (sucos e chás) usados como fundo para avaliar a transparência óptica.
A transmitância permanece alta para os filmes originais (86%) e reciclados com solvente (84%), enquanto os filmes reciclados com material e com solvente + material apresentam valores ligeiramente reduzidos (aproximadamente 83–86%).
C. Propriedades de flexão:
As curvas de tensão-deformação à flexão mostram uma diferença insignificante entre os filmes originais e reciclados.
Todas as amostras mantêm alta resistência à flexão (~100 MPa), indicando robustez mecânica após a reciclagem.
D. Análise de peso molecular:
O peso molecular médio (Mw) é mantido em filmes reciclados com solvente, mas diminui em filmes reciclados com material e com solvente + material, refletindo a degradação parcial da cadeia de celulose durante a reciclagem.
E–F. Aparência do filme reciclado:
Os filmes de tPB reciclados ainda apresentam transparência considerável, apesar do aumento da opacidade (60%) e da transmitância ligeiramente menor (89% e 76%).
A inspeção visual confirma a manutenção da usabilidade após múltiplos processos de reciclagem.
Resumo
Resumo: Estes resultados demonstram que a reciclagem do solvente preserva as propriedades ópticas e mecânicas do tPB, enquanto a reciclagem do material introduz maior opacidade e redução do peso molecular, mas ainda mantém um bom desempenho mecânico. Isso confirma a viabilidade da reciclagem em circuito fechado para o tPB.
5. Olhando para o futuro: rumo a uma verdadeira economia circular
Figura – Biodegradação marinha de tPB (polibiomaterial transparente)
A. Taxas de degradação em diferentes locais marinhos:
Degradação medida em PJM (2 m), BMS (757 m), BHT (855 m) e AMN (5552 m).
As águas rasas (PJM) apresentaram a taxa mais elevada (~250 μg/cm²/dia), enquanto os locais em águas profundas exibiram uma degradação mais lenta (~20–50 μg/cm²/dia).
Inserção: copo tPB antes e depois de 5 meses no local BHT.
B. Formação de biofilme:
Imagens de microscopia revelam a colonização microbiana na superfície do tPB, formando biofilmes.
A imagem ampliada mostra bactérias aderidas, confirmando o envolvimento microbiano na degradação.
C. Composição da comunidade microbiana:
A análise metagenômica identifica os seguintes grupos dominantes: Fibr1 (40%), Fibr2 (18.1%), Delt1 (8.6%), Delt2 (3.0%), Spir1 (2.8%), juntamente com Alph1, Bact1 e Gamm1.
As bactérias degradadoras de celulose e os anaeróbios desempenham papéis centrais no processo.
D. Expressão gênica funcional:
O mapa de calor mostra uma expressão aumentada de celulases, endoglucanases e β-glucosidases, juntamente com genes relacionados à absorção de nitrogênio, glicólise e vias de fermentação.
Indica metabolismo cooperativo dentro da comunidade microbiana durante a degradação do tPB.
E. Via de degradação proposta:
As cadeias de celulose no tPB são hidrolisadas pelas celulases Fibr1/Fibr2 em celobiose.
Delt1 e Delt2 processam metabólitos em H₂, lactato e formiato, enquanto Alph1, Bact1, Spir1 e Gamm1 contribuem para o equilíbrio redox e vias auxiliares.
De forma geral, a atividade microbiana sinérgica acelera a degradação marinha do tPB.
Resumo
Esses resultados confirmam que o tPB é biodegradável em ambientes marinhos, com a formação de biofilme e diversos consórcios microbianos impulsionando processos enzimáticos e metabólicos. A degradação ocorre mais rapidamente em águas rasas, mas também é viável em condições de águas profundas.
Em escala laboratorial, o tPB atualmente consome mais energia para ser produzido do que o papelão convencional. Mas os pesquisadores argumentam que, com a fabricação contínua em larga escala — semelhante às fábricas de papel modernas — o consumo de energia poderia cair para níveis comparáveis aos do papelão comum.
Nascido da natureza e retornando à natureza, o tPB é um material base ideal para a próxima geração, com grande potencial para substituir embalagens plásticas. Embalagens ecológicas e livres de plástico que protegem o meio ambiente. Poderiam substituir muitas embalagens plásticas transparentes descartáveis, difíceis de reciclar e propensas a vazamentos no mar, ajudando a combater a poluição plástica marinha na sua origem e apoiando uma economia verdadeiramente circular.
Um dia, a xícara de café transparente que você tem em mãos poderá ser feita dessa placa de celulose que pode "desaparecer" nas profundezas do oceano.
