Ny proces til konservering af tømmer kan give fordele i forhold til trykbehandling

Trykbehandling - som involverer at sætte tømmer i en vandtæt tank under tryk og tvinge kemikalier ind i pladerne - er blevet brugt i mere end et århundrede for at hjælpe med at afværge svampen, der forårsager træråd i våde omgivelser.

Nu har forskere ved Georgia Institute of Technology udviklet en ny metode, der en dag kan erstatte konventionel trykbehandling som en måde at gøre tømmer ikke kun svampebestandigt, men også næsten uigennemtrængeligt for vand - og mere termisk isolerende.

Den nye metode, som vil blive rapporteret 13. februar i journalen Langmuir og i fællesskab sponsoreret af forsvarsministeriet, Golfens forskningsprogram, og Westendorf Undergraduate Research Fund, involverer påføring af en beskyttende belægning af metaloxid, der kun er et par atomer tyk gennem hele træets cellulære struktur.

denne proces, kendt som atomlagsaflejring, er allerede ofte brugt til fremstilling af mikroelektronik til computere og mobiltelefoner, men er nu ved at blive udforsket for nye anvendelser i råvareprodukter såsom træ. Ligesom trykbehandlinger, processen udføres i et lufttæt kammer, men i dette tilfælde er kammeret ved lavt tryk for at hjælpe gasmolekylerne med at gennemtrænge hele træstrukturen.

"Det var virkelig vigtigt, at denne belægning blev påført i hele træets indre og ikke kun på overfladen, " sagde Mark Losego, en adjunkt på School of Materials Science and Engineering. "Træ har porer, der er omtrent på bredden af ​​et menneskehår eller lidt mindre, og vi brugte disse huller som vores veje for gasserne til at rejse gennem træets struktur."

Når gasmolekylerne bevæger sig ned ad disse veje, de reagerer med porens overflader for at afsætte en konform, atomare belægning af metaloxid i hele træets indre. Resultatet er træ, der fjerner vand fra overfladen og modstår at absorbere vand, selv når det er nedsænket.

I deres eksperimenter, forskerne tog færdige fyrretræer 2x4 og skar dem i 1-tommers stykker. De testede derefter at infundere tømmeret med tre forskellige slags metaloxider:titaniumoxid, aluminiumoxid og zinkoxid. Med hver, de sammenlignede vandoptagelsen efter at have holdt tømmeret under vand i en periode. Af de tre, titaniumoxid klarede sig bedst ved at hjælpe træet med at absorbere den mindste mængde vand. Til sammenligning, ubehandlet træ absorberede tre gange så meget vand.

"Af de tre kemier, som vi prøvede, titaniumoxid viste sig at være den mest effektive til at skabe den hydrofobe barriere, " sagde Shawn Gregory, en kandidatstuderende ved Georgia Tech og hovedforfatter på papiret. "Vi antager, at dette er sandsynligt på grund af, hvordan forstadiekemikalierne til titaniumdioxid reagerer mindre let med poreoverfladerne og derfor har lettere ved at trænge dybt ind i træets porer."

Losego sagde, at de samme fænomener eksisterer i atomlagsaflejringsprocesser, der bruges til mikroelektroniske enheder.

"Disse samme titaniumoxidprækursorkemi er kendt for bedre at penetrere og konformt belægge komplekse nanostrukturer i mikroelektronik, ligesom vi ser i træet, " sagde Losego. "Disse fællestræk i forståelsen af ​​grundlæggende fysiske fænomener - selv i det, der ser ud til at være meget forskellige systemer - er det, der gør videnskaben så elegant og kraftfuld."

Ud over at være hydrofob, tømmer behandlet med den nye dampproces modstår også skimmelsvampen, der til sidst fører til råd.

"Interessant nok, da vi lod disse blokke sidde i et fugtigt miljø i flere måneder, vi bemærkede, at de titaniumoxidbehandlede blokke var meget mere modstandsdygtige over for skimmelvækst end det ubehandlede tømmer, " Gregory tilføjede. "Vi har mistanke om, at dette har noget at gøre med dets hydrofobe natur, selvom der kunne være andre kemiske effekter forbundet med den nye behandlingsproces, som også kunne være ansvarlige. Det er noget, vi gerne vil undersøge i fremtidig forskning."

Endnu en fordel ved den nye proces:dampbehandlet træ var langt mindre termisk ledende sammenlignet med ubehandlet træ.

"I boligbyggeri lægges der meget vægt på at isolere hulrummene mellem de strukturelle komponenter i et hjem, men en stor del af de termiske tab er forårsaget af selve trætappene, " sagde Shannon Yee, en lektor ved George W. Woodruff School of Mechanical Engineering og en medforfatter på papiret med ekspertise i termiske systemer. "Tømmer behandlet med denne nye proces kan være op til 30 procent mindre ledende, hvilket kunne oversætte til en besparelse på så meget som 2 millioner BTU'er energi pr. bolig pr. år."