Aunque el marfil lo asociamos a los elefantes, es la sustancia principal que forma los colmillos y dientes de los animales. Se trata de un material muy duro que está formado básicamente de dentina, un tejido calcificado que, junto al esmalte, el cemento y la pulpa, constituyen el diente. Pero por su gran calidad o su gran cantidad (lo que facilita que sea tallado o esculpido), el ser humano ha explotado preferentemente el marfil de los elefantes, aunque afortunadamente hoy día el comercio de marfil de especies amenazadas como los elefantes africanos y asiáticos es ilegal. Otros animales que sufren especialmente el ansia del marfil son la morsa, el hipopótamo, el cachalote, la orca, el narval o el jabalí.
Al material se le han encontrado muchas aplicaciones tradicionales, desde la manufactura de tallas artísticas hasta la fabricación de dentaduras postizas, pasando por abanicos, piezas de dominó, bolas de billar, boquillas de instrumentos de viento o como revestimiento de teclas de pianos. En este último caso, quizá el motivo de la elección del marfil son sus excelentes cualidades táctiles. Presenta una conductividad térmica bastante alta y proporciona una fricción o “agarre” deseable para los dedos del pianista. Incluso soporta un uso prolongado debido a su capacidad de absorción de humedad. Además, la apariencia óptica del marfil pulido es atractiva debido a su característico color y brillo[1].
Impedir que se obtenga más marfil matando a animales no tiene por qué significar renunciar a este material, ya que se puede sintetizar fácilmente un sucedáneo difícil de distinguir del marfil genuino. Todo consiste en estudiar la química del marfil y emularla. Así, se ha fabricado un compuesto de hidroxilapatito y gelatina químicamente casi idéntico al marfil natural y además con propiedades funcionales optimizadas. Como este compuesto se fabrica a partir de abundantes materiales en un proceso respetuoso con el medio ambiente y además es biodegradable, es una solución sostenible para hacer teclas de piano con las propiedades funcionales ideales del marfil natural[3].
El marfil natural es un biomaterial con una arquitectura jerárquica compleja. Como se ha dicho, su componente principal es la dentina, un tejido mineralizado que consiste en una fracción mineral inmersa en una matriz orgánica formada por colágeno (apartado 9.5) y agua. La parte mineral es hidroxilapatito enriquecido con carbonato, sustancia cuya fórmula general es Ca10((PO4)6(CO3))·H2O, con posible presencia de otros iones como Mg2+. Los cristales de este mineral tienen forma de bastón (de entre 20 y 100 nm de longitud) y quedan rodeados de fibras de colágeno orientadas en el sentido del largo del colmillo[4].
Se puede fabricar un marfil artificial a partir de hidroxilapatito y gelatina. La gelatina es una proteína incolora que habitualmente se obtiene a partir de colágeno procedente de distintas partes de animales (piel, huesos, tejidos conectivos), por lo que contiene un 1-2% de otros componentes no proteicos. La conversión del colágeno en gelatina consiste en la ruptura de algunos de los enlaces peptídicos (enlaces entre aminoácidos). Es decir, se trata de una reacción de hidrólisis, que es la contraria a la de la formación de la proteína por condensación de aminoácidos. Estas reacciones se ilustran en la figura 9.23.
La ruptura de enlaces en el colágeno conduce a su desnaturalización (pérdida de estructura) irreversible. Las moléculas de proteínas que forman las fibrillas se rompen en péptidos más pequeños de tamaños muy variados y además se rompen algunos de los enlaces intermoleculares que estabilizan al colágeno y de los enlaces de hidrógeno que mantienen la forma de las hélices. Es decir, la obtención de gelatina a partir del colágeno es un proceso de debilitación del colágeno, a diferencia de la curtición del cuero (apartado 9.5), que consiste en reforzarlo. Por su modo de obtención, la gelatina se llama también a veces colágeno hidrolizado, aunque se pueden obtener materiales muy diversos de esta familia según el grado de hidrólisis.
Después de algunos pretratamientos (como la eliminación de grasa y sales), la hidrólisis se puede realizar con una disolución de ácido (hidrólisis ácida, que produce gelatina de tipo A, según el nombre que se le da en la industria) o de base (hidrólisis básica, que rinde gelatina B). El proceso puede llevar desde horas a días. También existe la hidrólisis enzimática. La gelatina obtenida se extrae con agua caliente, ya que es soluble[5].
El sucedáneo del marfil es un material compuesto que se puede preparar a partir de una suspensión de hidroxilapatito, Ca5(PO4)3OH, en etanol y gelatina tipo A obtenida de piel de cerdo, disuelta en agua, en proporción de 3 partes de masa de hidroxilapatito por una de gelatina. Ambos líquidos se calientan a 60 grados, se mezclan, se mantiene el calentamiento durante unas horas y se dejan secar a temperatura ambiente durante varios días. El material sintético obtenido se sumerge durante un día en una disolución de glioxal (HOC-CHO), que es un agente reticulante. Este une cadenas peptídicas por interacción con sus grupos amino. Después se deja secar de nuevo. La figura 9.24 ilustra el proceso.
La suspensión obtenida se puede dejar secar para obtener piezas sólidas o aplicarse como revestimiento a otro material, como la madera. Durante el proceso cabe añadir pigmentos. El tratamiento hace que la gelatina forme estructuras similares a las del colágeno que se encuentra en el marfil, aunque las hélices están parcialmente deshilachadas. No obstante, químicamente hay poca diferencia, como lo revelan los espectros infrarrojo y Raman de la figura 9.25. El hidroxilapatito queda dentro de la matriz proteínica, estabilizándola. La reticulación para reforzar la estructura se puede realizar también con alumbre (KAl(SO4)2·12H2O).
Las propiedades del material resultante se pueden ajustar modificando la proporción hidroxilapatito/gelatina, cambiando la temperatura o la concentración de la disolución de reticulante y el tiempo de exposición al mismo. Pero en general es resistente, duro y absorbe fácilmente la humedad. Tiene valores de módulo de Young y densidad semejantes a los del marfil natural. Pero, a diferencia del marfil natural, el artificial es isotrópico y poco poroso y su conductividad térmica es el doble. Se puede mecanizar bien: cortar, aserrar, fresar, perforar, tornear, esmerilar o pulir. No es tóxico. En la figura 9.26 se muestran piezas realizadas con este sucedáneo de marfil. El resultado ha sido muy satisfactorio: buena absorción de humedad, óptima fricción de los dedos (“agarre”), color, facilidad de limpieza, robustez y estabilidad a largo plazo.
Hay que indicar que el marfil se ha tratado de imitar por otros procedimientos, como a partir de celuloide, mezclas de resina y caseína, resinas de poliéster o fenólicas. Para teclas de piando se han empleado materiales plásticos, compuestos de resina mineral y huesos. Sin embargo, ninguno de estos materiales presenta todas las propiedades funcionales del marfil natural[9].
[1] D. Fischer el at. Sustainability 11 (2019) 6538 https://doi.org/10.3390/su11236538.
[2] Imagen: varios sitios de Internet.
[3] D. Fischer (op. cit.).
[4] D. Fischer (op. cit.)
[5] A. A. Mariod y H. F. Adam. Acta Sci. Pol. Technol. Aliment. 12 (2013) 135-147.
[6] Imagen: D. Fischer (op. cit.).
[7] Imagen: D. Fischer (op. cit.).
[8] Imagen: D. Fischer (op. cit.).
[9] D. Fischer (op. cit.).
Este texto pertenece al libro:
Carlos Romero Muñiz, José M.ª Gavira Vallejo: Noventa materiales de ingeniería para la enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/90mi/ .
