Итальянские исследователи разработали метод гибкой обработки древесины

Сотрудники Итальянского технологического института представили технологию, позволяющую временно увеличивать податливость древесины. Метод обеспечивает возможность формирования выраженных кривых с последующим затвердеванием материала в новой геометрической конфигурации. В процессе обработки структура приобретает почти пластиковую гибкость, хотя и не достигает ее полностью.

В основе метода лежит использование смеси воды и Cyrene — растворителя, получаемого из целлюлозы. Технология не предполагает удаления основных компонентов дерева или введения синтетических полимеров. Вместо этого происходит временное ослабление внутренней структуры материала. После удаления растворителя древесина восстанавливает жесткость, сохраняя при этом заданную форму.

Механизм воздействия на структуру

На микроскопическом уровне древесина функционирует как армированный композит. Прочность обеспечивается кристаллическими волокнами целлюлозы, а лигнин и гемицеллюлоза формируют окружающую матрицу. Обычная вода смягчает часть матрицы, но плохо проникает в лигнин и слабо влияет на кристаллическую целлюлозу.

Cyrene рассматривается как альтернатива опасным нефтяным растворителям. Обзор 2022 года в журнале Green Chemistry описывал его применение в органическом синтезе и материаловедении. Исследователи установили, что смесь Cyrene с водой эффективно повышает молекулярную подвижность лигнина и гемицеллюлозы, нарушая упорядоченную упаковку цепей целлюлозы. Это облегчает деформацию всей структуры без ее разрушения.

Результаты экспериментов и перспективы

Пропорция примерно 50/50 обеспечила максимальную гибкость. В тестах на изгиб обработанная липа достигла деформации 3,5% вдоль волокон и 13,9% поперек них. Это на 21 и 23% больше показателей для древесины, обработанной только водой. Чистый Cyrene дал обратный эффект, повысив жесткость влажной древесины.

После сушки структурные изменения исчезают, но форма фиксируется. Химические и рентгеновские измерения не выявили потери лигнина или стойкого нарушения структуры целлюлозы. Механические тесты подтвердили отсутствие ухудшения несущих характеристик. «Наш метод позволяет гнуть древесину устойчиво и с низким энергопотреблением, не жертвуя механическими свойствами или биоразлагаемостью», — заявила исследователь Мартина Нарди.

Подход отличается от работ 2021 года, опубликованных в Science, где частичное разложение лигнина и водный шок использовались для создания трехмерных складных конструкций. Новая технология сохраняет архитектуру древесины, делая изменения временными. Эксперименты проводились с тонкими листами толщиной 1–5 мм и требовали нагрева, обмена растворителем и сушки. Для промышленного применения необходимы более толстые образцы, а также полный анализ жизненного цикла и технико-экономическая оценка.

Результаты исследования опубликованы в журнале Communications Materials издательства Nature.