Растворитель из целлюлозы помог согнуть древесину без потери её прочности

Дерево — один из немногих строительных и отделочных материалов, который одновременно прочен, возобновляем, биоразлагаем и дёшев. Но у него есть упрямое ограничение: оно практически не гнётся. Любая попытка согнуть деревянную деталь без специальной подготовки заканчивается трещиной или поломкой. Исследовательская группа Smart Materials Итальянского технологического института (IIT) в Генуе нашла изящное решение — временно «размягчать» дерево с помощью экологически безопасного растворителя. Работа опубликована в журнале Communications Materials издательства Nature Portfolio.

Зелёный растворитель вместо пара и химии

Существующие методы придания древесине формы, включая паровое гнутьё и производство клеёных деталей, могут требовать значительных затрат энергии или применения нефтехимических клеёв. Команда IIT предложила альтернативный подход, который ещё предстоит оценить при масштабировании.

Ключевой элемент процесса — растворитель Cyrene™, получаемый из целлюлозы. Это биоразлагаемое соединение, производимое из растительного сырья, то есть зелёное в полном смысле слова.

Когда Cyrene смешивают с водой и пропитывают им дерево, растворитель действует одновременно на несколько компонентов клеточной стенки:

• на аморфные составляющие — лигнин и гемицеллюлозу, которые «склеивают» жёсткие целлюлозные волокна;
• на сами целлюлозные волокна — немного снижая их жёсткость.

При этом кристаллическая структура целлюлозы — основа механической прочности дерева — не разрушается. Дерево становится пластичным и гибким, его можно сгибать до нужной формы, а после высыхания оно фиксирует новую геометрию, сохраняя исходные прочностные характеристики.

После сушки новая форма сохраняется

Пропитанная древесина становится податливее, а после сушки стабилизируется в новой форме. Повторная обработка позволяет вернуть первоначальную геометрию или придать другую, поэтому изменение формы нельзя считать необратимым.

В опытах использовали листы толщиной от 1 до 5 миллиметров: главным образом липу, а также бальсу, орех Bahia, окуме и ясень. Применение к более крупным деталям потребует промышленного оборудования и дальнейшей проверки. Метод не требует добавления нефтехимических веществ, поэтому материал сохраняет биоразлагаемость.

Для каких отраслей это актуально

Изогнутые деревянные элементы используются в целом ряде секторов:

• мебельное производство — спинки стульев, подлокотники, ножки сложной формы;
• интерьерный дизайн — арки, облицовки, криволинейные панели;
• производство музыкальных инструментов — корпуса скрипок, гитар, корпусные детали пианино;
• производство игрушек и декора с изогнутыми деревянными элементами.

Сейчас для этих целей нередко используют фанеру с надрезами, шпон или массив с паровым гнутьём. Всё это либо дороже, либо менее устойчиво, либо требует сложного оборудования.

Метод вписывается в более широкий тренд на «зелёную химию» в деревообработке. Параллельно другие группы исследуют экологичные защитные пропитки, прозрачную древесину для архитектурных применений и биоразлагаемые электронные компоненты на целлюлозной основе.

Читайте также по теме: другом исследовании по теме.

До промышленного применения метод IIT нуждается в масштабировании и испытаниях на различных породах. Авторы отмечают, что поведение разных пород может отличаться — в зависимости от соотношения целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Тем не менее принцип прост, материалы доступны, а потребность в устойчивых технологиях деревообработки как никогда высока.