Il legno naturale e il metallo sono materiali da costruzione essenziali per l'uomo da migliaia di anni. I polimeri sintetici che chiamiamo plastica sono un'invenzione recente esplosa nel 20° secolo.
Sia i metalli che la plastica hanno proprietà che ben si adattano all'uso industriale e commerciale. I metalli sono forti, rigidi e generalmente resistenti all'aria, all'acqua, al calore e allo stress costante. Tuttavia, richiedono anche più risorse (il che significa più costosi) per essere producono e perfezionano i loro prodotti. La plastica fornisce alcune delle funzioni del metallo richiedendo meno massa ed è molto economica da produrre. Le loro proprietà possono essere personalizzate per quasi tutti gli usi. Tuttavia, la plastica commerciale economica costituisce materiali strutturali terribili: gli elettrodomestici in plastica non sono un meno male, e nessuno vuole vivere in una casa di plastica. Inoltre, spesso vengono raffinati da combustibili fossili.
In alcune applicazioni, il legno naturale può competere con metalli e plastica. La maggior parte delle case unifamiliari sono costruite su strutture in legno. Il problema è che il legno naturale è troppo tenero e troppo facilmente danneggiabile dall'acqua per sostituire plastica e metallo nella maggior parte dei casi. Uno studio recente pubblicato sulla rivista Matter esplora la creazione di un materiale in legno indurito che supera queste limitazioni. Questa ricerca è culminata nella creazione di coltelli e chiodi di legno. Quanto è buono il coltello di legno e lo utilizzerai presto?
La struttura fibrosa del legno è costituita per circa il 50% da cellulosa, un polimero naturale con proprietà di resistenza teoricamente buone. La restante metà della struttura del legno è costituita principalmente da lignina ed emicellulosa. Mentre la cellulosa forma fibre lunghe e resistenti che forniscono al legno la spina dorsale della sua natura naturale. resistenza, l'emicellulosa ha una struttura poco coerente e quindi non contribuisce in alcun modo alla resistenza del legno. La lignina riempie i vuoti tra le fibre di cellulosa e svolge compiti utili per il legno vivo. Ma per lo scopo umano di compattare il legno e legare più strettamente insieme le sue fibre di cellulosa, la lignina è diventata un ostacolo.
In questo studio, il legno naturale è stato trasformato in legno indurito (HW) in quattro fasi. Innanzitutto, il legno viene bollito in idrossido di sodio e solfato di sodio per rimuovere parte dell'emicellulosa e della lignina. Dopo questo trattamento chimico, il legno diventa più denso mediante pressatura lasciarlo in una pressa per diverse ore a temperatura ambiente. Ciò riduce gli spazi naturali o i pori nel legno e migliora il legame chimico tra le fibre di cellulosa adiacenti. Successivamente, il legno viene pressurizzato a 105° C (221° F) per qualche altro ore per completare la densificazione, quindi essiccato. Infine, il legno viene immerso in olio minerale per 48 ore per rendere impermeabile il prodotto finito.
Una proprietà meccanica di un materiale strutturale è la durezza della rientranza, che è una misura della sua capacità di resistere alla deformazione quando viene schiacciato con forza. Il diamante è più duro dell'acciaio, più duro dell'oro, più duro del legno e più duro della schiuma da imballaggio. Tra le tante proprietà ingegneristiche test utilizzati per determinare la durezza, come la durezza Mohs utilizzata in gemmologia, il test Brinell è uno di questi. Il suo concetto è semplice: un cuscinetto a sfere di metallo duro viene premuto sulla superficie di prova con una certa forza. Misurare il diametro della sfera circolare rientranza creata dalla palla. Il valore di durezza Brinell viene calcolato utilizzando una formula matematica; in parole povere, quanto più grande è la buca colpita dalla pallina, tanto più morbido è il materiale. In questo test, l'HW è 23 volte più duro del legno naturale.
La maggior parte del legno naturale non trattato assorbe l’acqua. Ciò può espandere il legno e alla fine distruggerne le proprietà strutturali. Gli autori hanno utilizzato un ammollo minerale di due giorni per aumentare la resistenza all’acqua dell’HW, rendendolo più idrofobo (“paura dell’acqua”). Il test di idrofobicità consiste nel posizionare una goccia d'acqua su una superficie. Quanto più idrofoba è la superficie, tanto più sferiche diventano le gocce d'acqua. Una superficie idrofila ("amante dell'acqua"), invece, diffonde le goccioline piatte (e successivamente assorbe l'acqua più facilmente). Pertanto, l'ammollo minerale non solo aumenta significativamente l'idrofobicità dell'HW, ma impedisce anche al legno di assorbire umidità.
In alcuni test ingegneristici, i coltelli HW hanno ottenuto risultati leggermente migliori rispetto ai coltelli di metallo. Gli autori affermano che il coltello HW è circa tre volte più affilato di un coltello disponibile in commercio. Tuttavia, c'è un avvertimento su questo risultato interessante. I ricercatori stanno confrontando coltelli da tavola, o quelli che potremmo chiamare coltelli da burro. Questi non sono pensati per essere particolarmente affilati. Gli autori mostrano un video del loro coltello che taglia una bistecca, ma un adulto ragionevolmente forte potrebbe probabilmente tagliare la stessa bistecca con il lato smussato di una forchetta di metallo, e un coltello da bistecca funzionerebbe molto meglio.
E i chiodi? Apparentemente un singolo chiodo HW può essere facilmente piantato in una pila di tre assi, anche se non così dettagliato quanto è relativamente semplice rispetto ai chiodi di ferro. I pioli di legno possono quindi tenere insieme le assi, resistendo alla forza che le strapperebbe a parte, con circa la stessa tenacità dei picchetti di ferro. Nei loro test, tuttavia, in entrambi i casi le assi si sono guastate prima che si rompessero i chiodi, quindi i chiodi più forti non sono stati esposti.
I chiodi HW sono migliori in altri modi? I picchetti di legno sono più leggeri, ma il peso della struttura non è determinato principalmente dalla massa dei picchetti che la tengono insieme. I picchetti di legno non arrugginiscono. Tuttavia, non sarà impermeabile all'acqua o biodecomporsi.
Non c'è dubbio che l'autore abbia sviluppato un processo per rendere il legno più resistente del legno naturale. Tuttavia, l'utilità dell'hardware per qualsiasi lavoro particolare richiede ulteriori studi. Può essere economico e privo di risorse come la plastica? Può competere con materiali più resistenti , oggetti metallici più attraenti e riutilizzabili all'infinito? La loro ricerca solleva domande interessanti. L'ingegneria in corso (e, in ultima analisi, il mercato) risponderà a queste domande.
Orario di pubblicazione: 13 aprile 2022
