В последние годы исследователи работают над получением идеального прозрачного дерева. Над созданием необычного стройматериала одновременно трудились две группы ученых — из Университета Мериленда и из Швеции. Обе команды исследователей практически в одни сроки сумели убрать из дерева цвет и сделать его прозрачным. Результаты работы были представлены на ежегодной выставке Американского химического общества в 2019 году.
Прозрачная древесина считается перспективным конструкционным и светорегулирующим материалом для энергоэффективных инженерных применений. Однако процесс делигнификации на основе раствора, используемый для изготовления прозрачной древесины, как правило, потребляет большое количество химических веществ и энергии.
Непрозрачной древесину делают два её основных компонента: целлюлоза и лигнин. Чтобы сделать дерево прозрачным, сначала из него вымывают лигнин, который придает характерный цвет. Для этого бруски кипятят в смеси гидроксида натрия, воды, иных химических веществ около 2 часов. Лигнин представляет собой вещество, в которое превращаются стенки растительных клеток после одеревенения. Это сложное полимерное соединение, образовывающееся в сосудистых растениях и некоторых водорослях. Удалив лигнин, древесину можно сделать практически прозрачной, хотя пока она и уступает по этому параметру привычному нам стеклу. В настоящее время шведские исследователи работают как раз над этой проблемой, добиваясь от древесины идеальной прозрачности.
Далее материал насыщают ПЭГ и иными компонентами. В завершение процесса бруски покрывают эпоксидной смолой, которая повышает прочность дерева в 4-5 раз.В результате вымывания лигнина в структуре древесины остаются пустые поры, которые заполняют синтетическими полимерами, чтобы придать материалу прочность и прозрачность. Однако не так давно ученые нашли более экологичную замену в качестве мономера, сделанного из компонента кожуры цитрусовых под названием «лимонен». Новый лимоненакрилат производится из возобновляемых источников цитрусовых, таких как остатки кожуры, которые образуются в процессе производства апельсинового сока.
Лимоненакрилатный мономер используют для заполнения пустых пор в древесине, позволяя ей пропускать до 90% видимого спектра света при толщине пластинки в 1,2 мм. Новые образцы превосходят предыдущие достижения ученых и, что важно, прочность модифицированного дерева составляет 174 Мпа при эластичности 17 Гпа. Производство прозрачной древесины не ограничивается лишь вымыванием лигнина из его состава. Новое исследование ученых из Университета Мэриленда, продемонстрировало, как сделать дерево прозрачным с помощью простого химического вещества — перекиси водорода, которую обычно используют для обесцвечивания волос. Это химическое вещество модифицирует хромофоры и изменяет их структуру. Они перестают поглощать свет и больше не окрашивают древесину.
Химикат нанесят щеткой на древесину, а затем активируют светом, чтобы получить белоснежный материал — светлое дерево. Химическая реакция древесины с перекисью водорода хорошо известна. Её используют для отбеливания древесной массы при изготовлении бумаги, именно поэтому бумага имеет ярко-белый цвет. Другая причина белизны бумаги заключается в том, что поры (отверстия) в ее структуре рассеивают свет, как и полые волокна целлюлозы в древесине. Если заполнить целлюлозные волокна смолой, это позволит свету беспрепятственно проходить через древесину и сделает ее прозрачной. При этом первоначальные механические свойства древесины сохранятся.Данный метод применим к большим кускам сырья, что позволяет производить прозрачные строительные материалы, обладающие реальным потенциалом для замены стекла.
Химикат наносится на древесину щеткой, что дает простор для различных декоративных эффектов на материале. Это может сделать панели из прозрачной древесины популярным материалом не только для дополнительной теплоизоляции, но и для внутренней отделки помещений.
Несмотря на присутствие ряда химических веществ, оптическое дерево считается экологичным материалом. По безопасности оно стоит на строчку выше, чем бетон или пластик, ведь все его компоненты являются биоразлагаемыми. После завершения срока эксплуатации любые элементы из оптического сырья могут быть утилизированы простым способом.Окна из деревянного стекла имеют высокие показатели прочности и низкую теплопроводность.
Переход на прозрачную древесину может оказаться экономически эффективным — это примерно в пять раз более теплоэффективно, чем стекло, что снижает энергозатраты. Он изготовлен из устойчивого, возобновляемого ресурса с низким уровнем выбросов углекислого газа, а также совместим с существующим промышленным технологическим оборудованием, что облегчает переход к производству.