Новый процесс сохранения пиломатериалов может предложить преимущества по сравнению с обработкой давлением

Обработка под давлением, которая включает помещение пиломатериалов в герметичный резервуар под давлением и нагнетание химикатов в доски, используется уже более столетия, чтобы помочь предотвратить грибок, вызывающий гниение древесины во влажной среде.

В настоящее время исследователи из Технологического института Джорджии разработали новый метод, который однажды может заменить традиционную обработку под давлением как способ сделать пиломатериалы не только устойчивыми к грибкам, но и почти непроницаемыми для воды — и более теплоизолирующими.

Новый метод, о котором было сообщено 13 февраля в журнале Langmuir и совместно спонсируемый Министерством обороны, Программой исследований Персидского залива и Исследовательским фондом Вестендорфа, предусматривает нанесение защитного покрытия из оксида металла толщиной всего в несколько атомов, на всю клеточную структуру древесины.

Этот процесс, известный как осаждение атомного слоя, часто используется в производстве микроэлектроники для компьютеров и мобильных телефонов, но в настоящее время изучается для новых способов применения в таких товарах, как древесина. Подобно обработке давлением, процесс выполняется в воздухонепроницаемой камере, но в этом случае камера находится под низким давлением, чтобы помочь молекулам газа проникнуть через всю структуру древесины.

«Было очень важно, чтобы это покрытие было нанесено на всю древесину, а не только на поверхность», — сказал Марк Лосего, доцент в Школе материаловедения и инженерии. «Древесина имеет поры, которые имеют ширину человеческого волоса или немного меньше, и мы использовали эти отверстия в качестве наших путей для газов, проходящих через структуру дерева».

Когда молекулы газа движутся по этим путям, они вступают в реакцию с поверхностями пор, образуя конформное атомное покрытие из оксида металла по всей внутренней поверхности дерева. В результате получается древесина, которая сбрасывает воду со своей поверхности и не впитывает воду даже при погружении.

В своих экспериментах исследователи взяли готовые сосновые пиломатериалы 2х4 дюйма и нарезали их на куски размером в один дюйм. Затем они проверили добавление в пиломатериалы трех видов оксидов металлов: оксида титана, оксида алюминия и оксида цинка. С каждым из них они сравнивали водопоглощение после выдерживания пиломатериала под водой в течение определенного периода времени. Из трех, оксид титана показал лучшие результаты, помогая древесине поглощать наименьшее количество воды. Для сравнения, необработанная древесина поглощала в три раза больше воды.

«Из трех химических химикатов, которые мы попробовали, оксид титана оказался наиболее эффективным в создании гидрофобного барьера», — сказал Шон Грегори, аспирант Georgia Tech и ведущий автор статьи. «Мы предполагаем, что это, вероятно, связано с тем, что химические вещества-прекурсоры для диоксида титана менее легко реагируют с поверхностями пор и поэтому легче проникают глубоко в поры древесины».

Лосего сказал, что такие же явления существуют в процессах осаждения атомного слоя, используемых для микроэлектронных устройств.

«Известно, что эти же химические прекурсоры оксида титана лучше проникают и конформно покрывают сложные наноструктуры в микроэлектронике, как мы видим в древесине», — сказал Лосего. «Эти общие черты в понимании фундаментальных физических явлений — даже в тех, которые кажутся очень разными системами — это то, что делает науку такой элегантной и мощной».

В дополнение к гидрофобности пиломатериалы, обработанные новым паровым процессом, также противостоят плесени, которая в конечном итоге приводит к гниению

«Интересно, что когда мы оставили эти блоки на несколько месяцев во влажной среде, мы заметили, что блоки, обработанные оксидом титана, были гораздо более устойчивы к росту плесени, чем необработанные пиломатериалы», — добавил Грегори. «Мы подозреваем, что это как-то связано с его гидрофобной природой, хотя могут быть и другие химические эффекты, связанные с новым процессом обработки, которые также могут быть ответственными. Это то, что мы хотели бы исследовать в будущих исследованиях ».

Еще одно преимущество нового процесса: обработанная паром древесина была гораздо менее теплопроводной по сравнению с необработанной древесиной.

«В жилищном строительстве большое внимание уделяется изоляции полостей между конструктивными элементами дома, но огромные тепловые потери вызваны самими деревянными стойками», — сказал Шеннон Йи, доцент в George W Вудраффская школа машиностроения и соавтор статьи с опытом работы в тепловых системах. «Пиломатериалы, обработанные этим новым процессом, могут быть на 30 процентов менее проводящими, что может привести к экономии до 2 миллионов БТЕ энергии на жилье в год».

 

Josh Brown
Georgia Institute of Technology Search

Похожие записи

Добавить комментарий