Технології
Технології

Цитрусовий екстракт зробив деревину прозорою та повністю відновною

Шведські вчені створили повністю відновну прозору деревину завдяки додаванню екстракту, який відповідає за запах у цитрусах. Полімер з лимонену зробив деревину на 90 відсотків прозорою для світла при товщині у 1,2 міліметра, а її характеристики не відрізняються від композитів із синтетичними домішками. За словами дослідників, це можливість створювати таку деревину із відходів на кшталт апельсинових шкірок. Результати свого дослідження вчені представили у журналі Advanced Science.

Céline Montanari 

Céline Montanari

Звідки береться прозора деревина?

Деревина є широко використовуваним конструкційним матеріалом, який завдяки унікальній структурі володіє чудовими механічними властивостями. Так наприклад, деревина хвойних порід зазвичай має більш пористу структуру, листяних порід навпаки більш щільну, що ми активно використовуємо у будівництві. Однак зараз із тенденцією до використання більш екологічних та відновлюваних матеріалів, до деревини виник інтерес як до матеріалу, що може стати корисним навіть у електроніці, бо нановолокна з целюлози мають не гірші механічні та оптичні властивості. Деревину можна зробити прозорою за допомогою хімічного знебарвлення. Найпоширенішим способом є видалення лігніну — делігніфікація. Лігнін заповнює весь простір між целюлозним каркасом деревини і відповідає за її колір. В результаті знебарвлення залишаються порожні пори, які щоб надати матеріалу міцність і зберегти прозорість заповнюють синтетичними полімерами.

Навіщо вона потрібна?

Прозора деревина має широкий спектр застосувань: від побутового використання для дизайнерських рішень, до більш складних застосувань, таких як конструкційні матеріали в автомобілях і оптоелектроніці. Прозора деревина має привабливі анізотропні оптичні властивості, нижчу за скло теплопровідність та відмінну механічну міцність навіть у більш щільних породах дерева на кшталт берези. Однак, необхідні рішення, щоб уникнути використання нафтових продуктів і зменшити вуглецевий слід. Так у виробництві бажані полімерні матриці на біологічній основі. Полімери на біологічній основі можуть мати переваги в порівнянні зі звичайними невідновлюваними полімерами з викопних ресурсів, такі як використання поновлюваних ресурсів та вуглецева нейтральність і низький вплив на глобальне потепління.

Як її виготовити з апельсиновими шкірками?

Лимонен міститься в ефірних оліях цитрусових рослин, завдяки чому ті і мають свій специфічний запах. Це звичайний циклічний терпен, клас вуглеводнів, який можна отримати, перетворюючи α-пінен зі шкірок цитрусових (фактично відходів) на полімер. За даними Департаменту статистики Продовольчої та сільськогосподарської організації (FAOSTAT), близько 130 мільйонів тонн цитрусових, які вирощують щороку у всьому світі, потенційно можуть приносити 65 мільйонів тонн щорічно відходів цитрусової шкірки, а отже відкривають великий потенціал для синтезу лимонену. Тому у своєму дослідженні вчені зосередилися на синтезі нового мономера — лимоненакрілата, яким можна було б замінити синтетичний відповідник у прозорій деревині.

Отриманим лимоненакрілатом вони просочили делігніфіковану, тобто знебарвлену деревину, в результаті чого отримали механічно міцний і прозорий композит на цілком біологічній основі. Мономер наділив деревину оптичним пропусканням у 90 відсотків при товщині 1,2 міліметра та при «матовості» у 30 відсотків. Причому деревина не втратила механічних властивостей прозорих деревних композитів на нафтовій основі — її міцність складає 174 мегапаскаль, а еластичність — близько 17, що, за словами команди, відповідає вимогам для використання у важких конструкційних умовах.

Також раніше ми розповідали, як дослідники з MIT перетерли листя декоративних квітів майорців у гель та додали у нього рослинні гормони росту, які викликали «здерев’яніння» клітин та виросли у подібну до деревини структуру.