Вчені зробили виробництво прозорої деревини екологічнішими, ефективнішими і простішими. Зміна технології знецінення дозволила зменшити витрату і викид шкідливих хімікатів, а отримані зразки виявилися міцніше виготовлених за стандартною технологією. Стаття опублікована в журналі.
Популярний процес знецінення деревини пов'язаний з видаленням лігніна з неї і називається делігніфікацією. Лігнін заповнює весь простір між целюлозним каркасом деревини і відповідає за її колір. Утворений після видалення лігнину матеріал виявляється крихким і для того, щоб отримати гнучкий і міцний зразок, його можна, наприклад, залити епоксидною смолою. Інший варіант - просякнути розчином квантових точок, висушити, спресувати і покрити захисним шаром. Таку послідовність дій запропонували новозеландські та швейцарські вчені для отримання гнучкого світлопровідного матеріалу.
Важливі недоліки делігніфікації - великий викид шкідливих хімікатів і низька міцність отриманих зразків. Через те, що такий метод видалення лігнину вимагає занурення зразка в розчинник, виробляти зразки великих розмірів виявляється складно. Лянбін Ху (Liangbing Hu) з колегами з університету Меріленду розробили спосіб виробництва прозорої деревини, який вимагає значно меншої витрати хімікатів і дозволяє отримувати міцні і великі вироби. Вони вирішили не видаляти лігнін повністю, а сфокусуватися на видаленні хромофорів з лігніну. З'ясувалося, що для цього достатньо покрити шматок деревини розчином перекису водню і опромінювати ультрафіолетом. Отримана структура виявляється досить міцною, а додавання до неї епоксидної смоли дозволяє отримати матеріал високої якості.
Основою для тестування нового методу стала легка і міцна деревина бальзового дерева Автори вирізали шматочки різної товщини - від 0,6 до 3,3 міліметрів, за допомогою пензля наносили на них розчин перекису водню (H2O2) і опромінювали СФ випромінюванням до тих пір, поки зразок не змінював колір з коричневого на білий. Після відмивання в етанолі протягом п'яти годин зразок просочували епоксидною смолою і висушували при кімнатній температурі. Для спрощення етапу з опроміненням можна просто поміщати зразки на вулиці під сонцем, випромінювання якого теж містить ультрафіолет. Дослідники протестували такий спосіб на великих зразках і з'ясували, що для їх знецінення достатньої однієї години.
Крім візуального контролю на кожному етапі приготування, вчені знімали спектри поглинання деревини. Вони з "ясували, що після опромінення ультрафіолетом зразок пропускає 88 відсотків випромінювання у видимому діапазоні. Крім того, зміна інтенсивностей піків у спектрі говорить про часткове розчинення або видалення геміцелюлози. При цьому процентний вміст лігнину впав з 23,5 до 19,9 відсотків, тобто більша частина структури залишилася без зміни. Завдяки цьому проміжні зразки виявляються досить міцними для виготовлення довжиною один метр. Для порівняння - метод повного видалення лігнину використовували для виготовлення зразків розміром одиниці сантиметрів.
Прозора деревина, виготовлена новим способом показала не тільки високу міцність, але і пропускаючу здатність в різних напрямках. Залежно від того, як вирізати шматочок деревини для експерименту, її каркас може бути орієнтований різним способом. Виявилося, що розроблений метод дозволяє отримувати зразки, пропускання яких не залежить від орієнтації.
Відмінні оптичні та механічні властивості отриманої деревини в сукупності з простотою, екологічністю та низькою вартістю процесу відкриває шляхи з розвитку великомасштабного виробництва. Можливість вибірково обробляти певні ділянки дозволить застосовувати таку деревину в дизайні.
Крім видалення лігнину деревини, вчені цікавляться й іншими способами її модифікації та збирання. Наприклад, німецькі та швейцарські вчені розробили матеріал для 3D-друку з целюлози і лігніна. А турецькі хіміки виявили корисну властивість лігніна - виявилося, що він захищає деревину від статичної електрики.