Creato super mattone modellabile, riciclabile e ultra resistente: sopporta fiamme di 1.300 °C

I ricercatori hanno creato un nuovo super materiale che combina le caratteristiche della plastica, come la malleabilità e la facilità di lavorazione, con quelle della ceramica, come la resistenza all'usura e al fuoco. Il materiale, chiamato M-Hydroplastic (Mineral Hydroplastic, ovvero minerale idroplastico), può essere usato per creare mattoni riciclabili in grado di resistere a una fiamma ossidrica di ben 1.300 °C. È prodotto innovativo che può rivoluzionare l'edilizia, dato che risolve i problemi tipici dei materiali sostenibili. Il minerale idroplastico, infatti, coniuga la facilità di lavorazione e stampaggio con un'elevata resistenza meccanica e una significativa capacità ignifuga, il tutto con un basso impatto ambientale e la possibilità di essere riciclato.

A mettere a punto il nuovo super materiale M-Hydroplastic è stato un team di ricerca internazionale guidato da scienziati cinesi del Centro di ricerca ingegneristica provinciale dell'Hubei per materiali di rivestimento funzionali emergenti dell'Università di Wuhan, che hanno collaborato a stretto contatto con i colleghi di vari istituti. Fra quelli coinvolti la Facoltà di Ingegneria Chimica dell'Università Forestale di Nanchino, il Dipartimento di Progettazione Grafica e Ingegneria dell'Università dei Paesi Baschi (EHU) di Bilbao, la Facoltà di Chimica e Ingegneria Chimica dell'Università Normale di Gannan e altri istituti. I ricercatori, coordinati dai professori Chaoji Chen e Junqing Chen della Facoltà di scienze delle risorse e dell'ambiente presso l'ateneo di Wuhan, hanno creato il nuovo materiale attraverso un processo chiamato NIPS (Nonsolvent-Induced Phase Separation), ovvero "separazione di fase indotta da non-solvente".

In parole semplici, il minerale idroplastico è stato ottenuto creando un idrogel composto da tre elementi principali: una mica, ovvero un minerale fillosilicato caratterizzato da una struttura a strati o lamellare; la poliacrilammide, un polimero sintetico ottenuto dall'acrilammide; e nanofibre di cellulosa. Questi composti immersi in acqua diventano un gel, che una volta trasferito in etanolo si indurisce riorganizzando le catene polimeriche. Il composto finale, una volta pressato, si trasforma in un'eccezionale lastra o mattone di M-Hydroplastic, un ibrido leggero che combina le caratteristiche della plastica e della ceramica.

Fra le proprietà più interessanti del materiale innovativo figurano la resistenza alla flessione pari a  circa 90 Megapascal, simile a quella di alcune plastiche tecniche e del legno duro, ma inferiore a quella dei metalli. La rigidezza, cioè la resistenza alla deformazione sotto carico, è stata calcolata in 65,3 Gigapascal, un valore altissimo per un materiale così leggero, essendo molto simile a quella dell'alluminio. La densità è invece di 1,5 g/cm³, simile a quella della fibra di carbonio, materiale noto per la leggerezza e la resistenza.

Il minerale idroplastico è risultato particolarmente resistente anche ai graffi e all'usura, molto più di una plastica tecnica POM, inoltre presenta una straordinaria capacità ignifuga, mantenendo la sua struttura inalterata anche quando esposto a una fiamma ossidrica a 1.300 °C, il tutto riducendo al contempo l'emissione di fumo e calore di circa il 50 percento.

Nonostante sia un materiale così ricco di minerale (la mica è al 75 percento), in base alle concentrazioni di solvente e acqua passa facilmente da uno stato di idrogel a quello modellabile, fino a quello più rigido, offrendo la plasmabilità tipica dei materiali plastici, che tuttavia peccano sotto il profilo della resistenza e soprattutto delle proprietà ignifughe. Tutti questi passaggi, oltre ai processi per realizzarlo, possono essere ottenuti a temperature sensibilmente più basse di quelle necessarie per materiali tecnici simili e ceramiche, col risultato di essere decisamente più sostenibile.

I ricercatori ritengono che con questo minerale idroplastico sia possibile ottenere mattoni di alta qualità e pannelli per l'edilizia moderna, inoltre, poiché può essere regolata la trasparenza in base alle concentrazioni degli "ingredienti", potrebbe essere utilizzato anche per realizzare delle finestre. I ricercatori hanno creato altri materiali usando minerali differenti (come la clorite e il caolino), ottenendo risultati analoghi in termini di plasmabilità e resistenza all'usura. Il prosieguo della ricerca aiuterà gli studiosi a identificare i processi migliori da poter trasferire nella produzione industriale. I dettagli della ricerca “Wear-resistant, moldable mineral hydroplastics via nonsolvent-induced phase separation for adaptive architectural applications” sono stati pubblicati sulla rivista The Innovation.