ملخصات الأبحاث

تحويل كُتَل الخشب الطبيعيّ إلى مواد بنائية عالية الأداء

.J. Song et al

  • Published online:

تعاني المواد البنائية الصناعية ذات الأداء الميكانيكيّ الاستثنائيّ إمّا من الوزن الثقيل والآثار البيئية السلبية (على سبيل المثال، الفولاذ، والسبائك)، أو عمليات التصنيع المعقدة؛ وبالتالي عالية التكلفة (على سبيل المثال، مركّبات البوليمر، ومركّبات المحاكاة الأحيائية). أمّا الخشب الطبيعيّ، فهو مادة منخفضة التكلفة، ومتوفرة بكثرة في الأرض، واُستخدِمت لآلاف السنين كمادة بنائية لإنشاء المباني وتصنيع الأثاث، لكن الأداء الميكانيكيّ للخشب الطبيعيّ (أي قوته وصلابته) غير كافٍ للعديد من البِنى والتطبيقات الهندسية المتطورة.

وقد أدّت المعالجة المسبقة باستخدام البخار، أو الحرارة، أو النشادر، أو الدرفلة على البارد، ويتبعها التكثيف، إلى تحسين الأداء الميكانيكيّ للخشب الطبيعيّ. هذا، ولكنّ الطرق الموجودة تؤدي إلى تكثيف غير مكتمل، وأبعاد غير ثابتة، لا سيما في البيئات الرطبة. والخشب المعالَج بهذه الطرق يمكن أن يتمدد، ويضعف.

يقدِّم الباحثون في هذا البحث استراتيجية بسيطة وفعّالة، لتحويل الكتل الكبيرة من الخشب الطبيعيّ مباشرة إلى مواد بنائية عالية الأداء، بزيادة أكثر من عشرة أضعاف في القوة، والصلابة، والمقاوَمة البالستية، ومستوى ثبات أعلى للأبعاد. تتضمن العملية المكوَّنة من خطوتين، التي يقدمها الباحثون، الإزالة الجزئية للِّجْنِين، والهيميسليلوز من الخشب الطبيعيّ، من خلال عملية غليان في خليط مائيّ مكوَّن من هيدروكسيد الصوديوم NaOH، وكبريتيت الصوديوم Na2SO3، يتبّعها كَبْس ساخن؛ ما يؤدي إلى الانهيار التام للجدران الخلوية، والتكثيف الكامل للخشب الطبيعيّ مع ألياف نانوية سليلوزية على درجة عالية من المحاذاة. وقد ثبتت فعالية هذه الاستراتيجية مع أنواع متنوعة من الخشب. ويتمتع الخشب المعالَج الذي يقدمه الباحثون بقوة نوعية أعلى من معظم المعادن والسبائك البنائية؛ ما يجعله بديلًا منخفض التكلفة، وعالي الأداء، وخفيف الوزن.