Drukbehandeling - waarbij hout in een waterdichte tank onder druk wordt gedaan en chemicaliën in de planken worden geperst - wordt al meer dan een eeuw gebruikt om de schimmel te helpen voorkomen die houtrot veroorzaakt in natte omgevingen.

Nu hebben onderzoekers van het Georgia Institute of Technology een nieuwe methode ontwikkeld die op een dag conventionele drukbehandeling zou kunnen vervangen als een manier om hout niet alleen schimmelbestendig te maken, maar ook bijna ondoordringbaar voor water - en meer thermisch isolerend.

De nieuwe methode, die op 13 februari in het tijdschrift zal worden gerapporteerd Langmuir en gezamenlijk gesponsord door het Ministerie van Defensie, het Golfonderzoeksprogramma, en het Westendorf Undergraduate Research Fund, omvat het aanbrengen van een beschermende laag metaaloxide die slechts enkele atomen dik is door de hele celstructuur van het hout.

Dit proces, bekend als atomaire laagafzetting, wordt al vaak gebruikt bij de fabricage van micro-elektronica voor computers en mobiele telefoons, maar wordt nu onderzocht voor nieuwe toepassingen in basisproducten zoals hout. Zoals drukbehandelingen, het proces wordt uitgevoerd in een luchtdichte kamer, maar in dit geval staat de kamer onder lage druk om de gasmoleculen te helpen de hele houtstructuur te doordringen.

"Het was heel belangrijk dat deze coating overal in het hout werd aangebracht en niet alleen op het oppervlak, " zei Mark Losego, een assistent-professor aan de School of Materials Science and Engineering. "Hout heeft poriën die ongeveer zo breed zijn als een mensenhaar of iets kleiner, en we gebruikten deze gaten als onze paden voor de gassen om door de structuur van het hout te reizen."

Terwijl de gasmoleculen langs die paden reizen, ze reageren met het oppervlak van de poriën om een ​​conforme, atomaire coating van metaaloxide door het hele interieur van het hout. Het resultaat is hout dat water van het oppervlak afstoot en bestand is tegen het absorberen van water, zelfs als het onder water staat.

In hun experimenten, de onderzoekers namen afgewerkte grenen 2x4s en sneden ze in stukken van één inch. Vervolgens testten ze het hout met drie verschillende soorten metaaloxiden:titaniumoxide, aluminiumoxide en zinkoxide. Met elke, ze vergeleken de wateropname nadat ze het hout een tijdje onder water hadden gehouden. Van de drie, titaniumoxide presteerde het beste door het hout te helpen de minste hoeveelheid water te absorberen. Ter vergelijking, onbehandeld hout absorbeerde drie keer zoveel water.

"Van de drie chemieën die we hebben geprobeerd, titaniumoxide bleek het meest effectief in het creëren van de hydrofobe barrière, " zei Shawn Gregory, een afgestudeerde student aan Georgia Tech en hoofdauteur van het papier. "We veronderstellen dat dit waarschijnlijk komt door de manier waarop de precursorchemicaliën voor titaniumdioxide minder gemakkelijk reageren met de porieoppervlakken en daarom gemakkelijker diep in de poriën van het hout kunnen doordringen."

Losego zei dat dezelfde verschijnselen bestaan ​​in atomaire laagafzettingsprocessen die worden gebruikt voor micro-elektronische apparaten.

"Het is bekend dat dezelfde chemische stoffen van titaniumoxide-precursoren beter doordringen en zich conformeren aan complexe nanostructuren in micro-elektronica, net zoals we dat in het hout zien, "Zei Losego. "Deze overeenkomsten in het begrijpen van fundamentele fysieke verschijnselen - zelfs in wat heel verschillende systemen lijken te zijn - maakt de wetenschap zo elegant en krachtig."

Behalve dat het hydrofoob is, hout dat met het nieuwe dampproces is behandeld, is ook bestand tegen de schimmel die uiteindelijk tot rotting leidt.

"Interessant, toen we deze blokken enkele maanden in een vochtige omgeving lieten staan, we merkten dat de met titaniumoxide behandelde blokken veel beter bestand waren tegen schimmelgroei dan het onbehandelde hout, " Gregory voegde toe. "We vermoeden dat dit iets te maken heeft met zijn hydrofobe aard, hoewel er andere chemische effecten kunnen zijn die verband houden met het nieuwe behandelingsproces die ook verantwoordelijk kunnen zijn. Dat is iets wat we in toekomstig onderzoek zouden willen onderzoeken."

Nog een ander voordeel van het nieuwe proces:verdampt hout was veel minder warmtegeleidend dan onbehandeld hout.

"Bij de woningbouw wordt veel aandacht besteed aan het isoleren van de holtes tussen de bouwkundige onderdelen van een woning, maar een groot deel van de thermische verliezen wordt veroorzaakt door de houten stijlen zelf, " zei Shannon Yee, een universitair hoofddocent aan de George W. Woodruff School of Mechanical Engineering en een co-auteur van het papier met expertise in thermische systemen. "Hout dat met dit nieuwe proces is behandeld, kan tot 30 procent minder geleidend zijn, wat zich zou kunnen vertalen in een besparing van maar liefst 2 miljoen BTU aan energie per woning per jaar."