Prekoná aj oceľ. Revolučná technológia premení drevo na supermateriál

Drevo dnes ustupuje odolnejším kovom, plastom či kompozitom. Ich výroba však prináša podstatne väčšiu záťaž pre životné prostredie. Aj preto sa vedci snažia "zahustiť" štruktúru prírodného materiálu a zvýšiť tak jeho pevnosť a odolnosť. Lenže drevo sa týmto snahám zarputilo vzpiera a vylepšené vlastnosti predovšetkým za vlhka rýchlo stráca.

Preglejka zastaví vystrelený projektil

Tím vedený materiálovým inžinierom Liangbingom Huom z Marylandskej univerzity v USA teraz prichádza s revolučnou receptúrou, ktorá premení obyčajné drevo v hmotu s udivujúcou pevnosťou, píšu Lidové noviny. Hu a jeho spolupracovníci varili rôzne druhy dreva vrátane dubového niekoľko hodín v roztoku hydroxidu sodného a siričitánu sodného. Podobne sa spracováva drevo na buničinu pri výrobe papiera. Z troch základných komponentov dreva sa týmto postupom čiastočne odstráni lignín a hemicelulóza. Tretia zložka, celulóza, zostáva v dreve bez veľkých zmien.

Ani druhá fáza nevyžaduje nijakú prevratnú technológiu. Drevo sa lisuje celý deň pri teplote okolo 100 ° C. Bunkové steny v dreve sa pritom zrútia a v celulózových vláknach nanometrovej sily dôjde k chemickej reakcii, ktorá ichnavzájom prepojí. Pevnosť dreva vďaka tomu prudko vzrastie.

Hu a jeho spolupracovníci stlačili drevo na pätinu jeho pôvodnej hrúbky. Hustota materiálu pritom narástla na trojnásobok. Sila potrebná na roztrhnutie nového materiálu vzrástla viac ako jedenásťkrát. Dvadsaťkrát sa zvýšil odpor, ktorý je potrebné prekonať pre jeho ohnutie, a odolnosť k stlačeniu vyletela dokonca na päťdesiatnásobok. Spevnené drevo je tiež tvrdšie. Jeho povrch lepšie odoláva poškriabaniu aj silným úderom.

Za veľmi dôležité považujú experti vysokú odolnosť zpevneného dreva voči vode. Keď vystavili nový materiál v laboratóriu na päť dní extrémne vlhkému vzduchu, zväčšil sa objem dosky o menej než desatinu. K dokonalej ochrane pred prienikom vlhkosti stačilo opatriť spevnené drevo jedinou vrstvou náteru.

Možnosti nového materiálu demonštroval Hu na preglejke vyrobenej z piatich vrstiev tvrdeného dreva. Materiál s hrúbkou troch milimetrov zastavil oceľový projektil s hmotnosťou 46 gramov, letiaci rýchlosťou 30 metrov za sekundu. Kevlar, tradične používaný na výrobu nepriestrelných viest, je síce o niečo "nepriestrelnejší", ale stojí dvadsaťkrát viac než spevnené drevo.

Materiál pre automobily?

Technológia, ktorú Huov tím opísal v štúdii zverejnenej popredným vedeckým časopisom Nature, ponúka radikálne inovácie rade priemyselných odvetví. Dnes sú konštruktéri aj dizajnéri pri využívaní dreva obmedzení tým, čo tento materiál znesie. V blízkej budúcnosti by ale mohli materiáloví inžinieri dodávať drevu vlastnosti šité na mieru špecifickým nárokom konštrukcie a dizajnu.

K drevu by sa mohli vrátiť napríklad výrobcovia automobilov. Súčasný tlak na zníženie spotreby a emisií núti automobilky k radikálnemu znižovaniu hmotnosti vozidiel. Doteraz bežne používanú oceľ nahrádzajú zliatiny hliníka alebo kompozity z uhlíkových vlákien. Ľahšie materiály bývajú ale výrazne drahšie a ich nasadenie zvyšuje ceny automobilov. Zákazníci síce ušetria na pohonných hmotách, ale zároveň siahajú hlbšie do vreciek pri kúpe nových áut. Nakoniec nemusí byť úsporné vozidlo pre zákazníka výhodné.

Oproti uhlíkovým kompozitám má spevnené drevo aj tú výhodu, že sa pri spájaní dielov zaobíde bez drahých lepidiel, ktorá silne komplikujú recykláciu kompozitov, a niekedy ju dokonca úplne znemožnia. Zatiaľ nie je úplne jasné, ako ľahko sa podarí technológiu previesť z laboratórnych merítok do podmienok veľkovýroby a nakoľko bude možné celú procedúru pri práci s veľkým objemom dreva urýchliť. Dnes zaberie spevnenie dosky s rozmermi väčšej knihy desiatky hodín.

Niektorí experti ale vidia priestor na zjednodušenie. Sú napríklad presvedčení, že veľký tlak a teplota spevnia drevo i bez predchádzajúceho zníženia obsahu lignínu a hemicelulózy. Ďalší vsádzajú na to, že zvýšenie odolnosti prinesie napúšťanie dreva syntetickými živicami.

Úplne nové možnosti

Spevnenie na nepriestrelný materiál nie je jediný trik, ktorý dnešní materiáloví inžinieri s drevom podnikajú. Švédski vedci vyvíjajú priehľadné drevo. Podobne ako Hu najprv zbavia drevnú hmotu lignínovej zložky, pretože práve tej vďačí drevo za svoje hnedé zafarbenie. Tím Larsa Berglunda zo štokholmského Kráľovského technologického inštitútu napustia drevo zbavené lignínu metylmetakrylátom, známejším pod ľudovým názvom plexisklo. Oba materiály - drevo bez lignínu a plexiskla - majú rovnaký index lomu svetla, a preto vytvoria opticky jednoliatu hmotu. Výsledkom je číry materiál, ktorý Berglund plánuje overiť pri výrobe okien.

Ďalšou zaujímavú metamorfózu vykonali americkí vedci z Kalifornskej univerzity v Santa Barbare s kôrou stromu sakury ozdobnej. Tá sa chemickým zložením podobá korku, ale vďaka vnútornej vláknitej štruktúre vyniká vysokou pevnosťou. Po vystavení účinkom polyetylénglykolu sa mení kôra na pružnú hmotu podobnú gume. Možno ju bez poškodenia natiahnuť na dvojnásobok pôvodnej dĺžky. Akonáhle ťah povolí, vráti sa "gumové drevo" opäť do pôvodneho tvaru. Detailný pohľad na kôru ukázal, že v prirodzenom stave sú v nej vlákna celulózy napnuté do krajnosti. Polyetylénglykol ich uvoľní a dovolí im zaujať prirodzenú konformáciu. Pôvodnú pružnosť im však nezoberie.

Cookies

Na našich stránkach používame cookies. Slúžia na zlepšenie našej práce a vášho zážitku z čítania HNonline.sk. Bližšie informácie nájdete v Pravidlách používania cookies. Spracovanie a správu cookies nastavíte priamo vo Vašom prehliadači.