Historie vztahu mezi lidstvem a dřevem sahá miliony let zpět.
Dřevo se používá na stavbu domů a lodí a používá se jako zdroj paliva. Dřevo, na rozdíl od ropy a plynu, je nejen užitečný zdroj, ale také obnovitelný zdroj. Stromy také odstraňují přebytečný oxid uhličitý z atmosféry.
Celulóza je hlavní složkou dřeva. Každý rok ho svět vyrobí 20krát více než oceli.
Dřevo na výrobu oken v 21. století téměř nepoužíváme, preferujeme sklo a plast, které dobře drží tvar. Ale sklo je špatný tepelný izolant. To je důvod, proč potřebujeme okna s dvojitým zasklením, abychom snížili tepelné ztráty v interiéru. Dřevo má dobré izolační vlastnosti, ale není průhledné. Prozatím.
V posledních letech materiální vědci experimentují se způsoby, jak vytvořit průhledné dřevo. Průhledné dřevo, které si zachovává své vysoké mechanické vlastnosti, by mohlo být dobrou alternativou ke sklu.
Jak udělat dřevo průhledné
Co dělá dřevo neprůhledným, jsou jeho dvě hlavní složky: celulóza a lignin.
Lignin absorbuje světlo a přítomnost chromoforů – sloučenin aktivovaných světlem – v materiálu dává dřevu hnědou barvu. Dřevěná vlákna, která jsou primárně složena z celulózy, jsou duté, trubkovité struktury. Vzduch v těchto dutých trubicích rozptyluje světlo a dále snižuje průhlednost materiálu.
Dříve, aby bylo dřevo průhledné, vědci ze struktury úplně odstranili lignin a nahradili ho polymerním materiálem. To vyžadovalo velké množství chemikálií škodlivých pro životní prostředí a také se výrazně snížily mechanické vlastnosti materiálu, takže byl slabší.
Nová studie vědců z Marylandské univerzity prokázala, jak zprůhlednit dřevo pomocí jednoduché chemikálie – peroxidu vodíku, který se běžně používá k odbarvování vlasů. Tato chemikálie modifikuje chromofory a mění jejich strukturu. Přestanou absorbovat světlo a dřevo už nebarví.
Chemikálii lze nanést na dřevo a poté aktivovat světlem, aby se vytvořil sněhově bílý materiál – světlé dřevo. Chemická reakce dřeva s peroxidem vodíku je dobře známá. Používá se k bělení buničiny při výrobě papíru, proto má papír zářivě bílou barvu.
Dalším důvodem, proč je papír bílý, je to, že póry (díry) v jeho struktuře rozptylují světlo, podobně jako dutá celulózová vlákna ve dřevě. Vyplnění celulózových vláken pryskyřicí umožňuje průchod světla skrz dřevo a činí ho průhledným. Zároveň zůstanou zachovány původní mechanické vlastnosti dřeva.
Pokud odstraníte lignin ze dřeva, může zprůhlednit
Dřevěná okna budoucnosti budou krásná
Tento vývoj je zajímavý, protože využívá známé chemické reakce peroxidu vodíku s ligninem. Metoda je navíc použitelná na velké kusy suroviny, což umožní výrobu průhledných stavebních materiálů s reálným potenciálem nahradit sklo.
Chemikálie se nanáší na dřevo štětcem, což dává prostor pro různé dekorativní efekty na materiálu. Díky tomu se průhledné dřevěné panely mohou stát oblíbeným materiálem nejen pro dodatečnou tepelnou izolaci, ale také pro dekoraci interiéru.
Vědci musí udělat více práce, aby optimalizovali reakci se dřevem a začlenili jej do průmyslově automatizovaného procesu. Je ale pravděpodobné, že v blízké budoucnosti budeme moci sedět doma nebo pracovat v budově s celodřevěnými okny.
Přírodní dřevo je ekologický, vysoce kvalitní a odolný materiál, ale vzhledem je někdy horší než moderní high-tech suroviny pro stavbu domů. Ale nyní jsou nejnovější architektonické struktury vyrobeny ze dřeva, i když ne obyčejného dřeva, ale průhledného dřeva. Tato jedinečná surovina umožňuje průchod paprskům světla, takže vypadá prostě úžasně.
Kde se vzalo průhledné dřevo?
Na vytvoření neobvyklého stavebního materiálu pracovaly současně dvě skupiny vědců – z University of Maryland a ze Švédska. Oběma týmům vědců se podařilo odstranit barvu ze dřeva téměř ve stejném časovém rámci a učinit ho téměř průhledným. Výsledky práce byly prezentovány na výroční výstavě American Chemical Society v roce 2019.
Získání průhledného materiálu ze dřeva
Informace o novém produktu byly zveřejněny v časopise ACS Biomacromolecules. Podle vedoucího švédského výzkumníka Dr. Larse Berglunda byl nejprve z optického dřeva odstraněn lignin (tato složka buněčných stěn absorbovala světlo). Po odstranění zaujal místo akryl. Rozptyl světla byl snížen, ale nezastavil se úplně, protože akryl sám o sobě je dost hustý a neprůhledný.
Odstranění ligninu ze dřeva
V dalších studiích byl polymer PEG (polyethylenglykol) zaveden do pórů dřeva po extrakci ligninu. Tato pevná látka má schopnost proniknout hluboko do buněk stromu, protože k ní má vysokou afinitu. PEG může při zahřátí ukládat energii. Za slunečného počasí teplo absorbuje a v noci, když je venku chladno, ho odvádí dovnitř. Tímto způsobem hmota udržuje stálou a příjemnou teplotu v domě a optimalizuje vlastnosti dřeva. Aby se polyethylenglykol neroztavil a neopouštěl póry dřeva, byl do nich umístěn v zapouzdřené formě. Akryl byl také součástí konečného produktu, takže moderní transparentní dřevo je stále trochu zakalené.
Jak přesně se materiál vyrábí?
Pro zprůhlednění dřeva je prvním krokem vymytí ligninu, který mu dodává charakteristickou barvu. Za tímto účelem se tyčinky vaří ve směsi hydroxidu sodného, vody a dalších chemikálií po dobu asi 2 hodin. Dále je materiál nasycen PEG a dalšími složkami. Na konci procesu jsou tyče potaženy epoxidovou pryskyřicí, která zvyšuje pevnost dřeva 4-5krát.
Vlastnosti nových surovin
Přes přítomnost řady chemikálií je optické dřevo považováno za materiál šetrný k životnímu prostředí. Z hlediska bezpečnosti se řadí o řadu výše než beton nebo plast, protože všechny jeho složky jsou biologicky rozložitelné. Jakékoliv prvky vyrobené z optických surovin lze po skončení životnosti jednoduchým způsobem zlikvidovat.
Díky přítomnosti akrylu se materiál stává odolným proti vlhkosti a nebojí se vlhkosti. Z hlediska pevnosti také není horší než ostatní konstrukční materiály a snadno odolá mechanickému zatížení (lépe než sklo a plast). Nový stavební materiál vede elektřinu spíše špatně, ale má vynikající tepelně izolační vlastnosti a vysokou propustnost světla.
Aplikace transparentního dřeva
Materiál s jedinečným vzhledem a vlastnostmi dokáže změnit konvenční stavební technologie. Díky němu můžete do domu přivést více světla, což sníží spotřebu energií a sníží finanční výdaje obyvatel.
Pokud nahradíte některý z tradičních stavebních materiálů novým výrobkem, pak takové stěny a okna budou nejen propouštět světlo, ale také akumulovat energii. V důsledku toho bude dům teplejší a pohodlnější pro život.
Podle vědců může technologie vstoupit do sériové výroby zhruba za 5 let. Zatím jsou velikosti optických dřevěných tyčí značně omezené (cca 12,5 * 12,5 cm s tloušťkou cca 1 cm), ale v budoucnu je možné získat větší desky. Plánuje se jejich využití k výrobě oken, nábytku, stavebních materiálů a náhrada skla a plastů v mnoha dalších oblastech a oblastech.
Slibné stavební materiály z Translucent Wood
Také optické dřevo by mělo být pevně zasazeno do interiéru prostor, protože z něj lze vyrobit zajímavé domácí a designové předměty. Čínští vědci dokonce plánují stavbu skleníků z takového dřeva, což jistě způsobí revoluci na trhu. V blízké budoucnosti bude v našich životech zaujímat místo materiál, díky kterému bude krásnější a pohodlnější.
Transparentní dřevo: nová technologie k nahrazení skla z obnovitelných surovin Transparentní dřevo: nová technologie k nahrazení skla z obnovitelných surovin
