Nanotechnologie a dřevo

S nanotechnologií se v různých podobách setkáváme již po staletí, avšak pojem nanotechnologie zavedl až v roce 1974 na Univerzitě věd v Tokyu profesor Norio Taniguchi.¹

Nanotechnologie je vědou, inženýrstvím a technologií nanosvěta ohraničeného územím 0,000000001 až 0,0000001 m. Zabývá se studiem a aplikací materiálů, jejichž vlastnosti se zpracováním do nanoměřítka mění (některé vedou lépe teplo nebo elektrický proud, jiné mají větší pevnost, odlišné magnetické vlastnosti anebo lépe odrážejí světlo). Nanomateriál také disponuje podstatně větší povrchovou plochou ve srovnání s materiály ve větších měřítcích, což prakticky znamená, že se mnohem větší plocha může podílet na interakci s okolím.²

U dřeva se výzkum soustředí do dvou hlavních oblastí, a těmi jsou ochrana a zlepšení jeho přirozených charakteristik.

Nanotechnologie a ochrana dřeva

Využívání dřeva jako materiálu s sebou přináší jednu hlavní problematiku, a tou je zachování vlastností a prodloužení jeho životnosti. Využití nanotechnologie nám poskytuje zajímavé možnosti, jak přenést na povrch dřeva účinné působení a ochranné funkce.3 Navíc oproti tradičně používaným chemickým prostředkům je díky efektivnějšímu rozložení nanomateriálu možná aplikace v menších objemech při zachování nebo převýšení běžné účinnosti.

Ochrana proti vlhkosti

V současnosti je řada výrobků s ochranným účinkem proti vlhkosti založena na organofunkcionálních silanech nebo siloxanech získaných pomocí technologie sol-gel. Ošetřením velmi tenkou vrstvou nátěru se dosahuje hydrofobizace povrchu dřeva. Praktickým výstupem je pak dřevo, které se na pohled jeví jako neošetřené s otevřenými póry, ale u kterého je redukováno tvoření trhlin a bobtnání, značně zpomaleno zešednutí dřeva při vystavení povětrnostním vlivů a jehož hydrofóbní účinek je zachován po několik let.³

Ochrana proti světlu

Snahou nanotechnologie v této oblasti je ochrana proti negativnímu účinku záření určité vlnové délky světelného spektra při zachování vzhledu ošetřovaného povrchu. Vhodnými anorganickými pigmenty se pro tento účel jeví především oxidy kovů, jako jsou oxid zinečnatý (ZnO) nebo oxid ceřičitý (CeO₂) zabraňující absorpci krátkých vlnových délek v rozmezí 350–375 nm, do kterých spadá i UV záření.⁴ Díky ošetření dřeva těmito látkami dochází ke zpomalení zhoršování kvality dřeva, jakým je jeho stárnutí či změna barvy povrchu, ke kterému UV záření výrazně přispívá.

Ochrana proti mikroorganismům

Ochrana dřeva proti mikroorganismům se objevuje v lesnictví již ve fázi růstu stromů. Cílem je zamezení modrání, růstu plísní a řas a ochrana biocidy proti dřevokaznému hmyzu a houbám. Své využití zde nachází nanokovy jakými jsou nano-stříbro, měď nebo zinek. Biologičtí škůdci jsou totiž nesnášenliví k iontům těchto kovů, které jsou za přítomnosti kyslíku a vlhkosti uvolňovány. Ochrana nanokovy navíc působí dlouhodobě a může tak chránit dřevo během celého jeho životního cyklu.^{3, 4}

Ochrana proti ohni

Dalším tématem, kolem kterého čile probíhá výzkum, je odolnost dřeva proti působení ohně za použití látek jakými jsou nanostříbro, nanovlákna wolastonitu (CaSiO₃) či oxidů titaničitého (TiO₂) nebo zinečnatého (ZnO). Díky vysoké tepelné vodivosti dokáží ochranné nátěry z těchto látek vést teplo do středu dřeva a zabránit tak tomu, že jeho tepelná akumulace na povrchu povede k dosažení teploty vzplanutí (bod vzplanutí).⁵ Navíc tvoří bariéru proti pronikání plamenů hlouběji do struktury dřeva, snižují množství uvolněného kouře a tepla, čímž prakticky eliminují produkci oxidu uhelnatého (CO),⁶ který je nejvýznamnějším toxickým plynem vznikajícím při procesu hoření.

Ochrana vzhledu povrchu

Velkou skupinou ochranných prostředků jsou dokončovací nátěry, které ochraňují dřevo proti poškrábání nebo vniknutí nežádoucích látek do jeho struktury, jako je voda, špína či barvy. Ochrana proti špíně či grafitům může být například zajištěna tenkou pórovitou vrstvou nanoskla, která zabraňuje vniknutí částic pod povrch.⁴

Nanotechnologie a zlepšení výkonů dřeva

Zlepšení přirozených vlastností dřeva se odehrává především v optimalizaci pro pevnost dřeva, celkovou odolnost dřeva a trvanlivost dřeva i pro ostatní materiály na bázi dřeva. U dřevěných kompozitních materiálů lze pevnost a odolnost zlepšit při výrobě tím, že přidáme dřevěná vlákna v nanoměřítku. Pro průmyslové využití je však tato technologie zatím příliš nákladná ve srovnání s dosaženými výsledky.

O tom, že je nanotechnologie širokou oblastí, svědčí i možnost využití nanomateriálu v kontextu trvalé udržitelnosti, jíž je například získávání nanocelulózy z odpadu dřevařského průmyslu. Ta by mohla být cennou náhradou za tradiční zpevňující a vyztužující materiály z neobnovitelných zdrojů.⁴

Obecně je velkým přínosem technologie nanolátek zastání vícero ochranných funkcí pomocí jediné sloučeniny od ochrany proti bioškůdcům, přes navýšení pevnosti až po dosažení požární odolnosti dřeva. „Za největší potenciál se však považuje účelná kombinace vlastností nanočástic a stávajících nátěrových a nanášecích technologií.“³

Zdroje

Nanotechnology Timeline. Nano: National Nanotechnology Initiative [online]. Alexandria: U.S. Government [cit. 2017-10-18]. Dostupné z: https://www.nano.gov/timeline
Nanotechnology: Big things from a tiny world. In: Nano: National Nanotechnology Initiative [online]. Arlington: National Nanotechnology Coordination Office, 2008 [cit. 2017-10-18]. Dostupné z: https://www.nano.gov/node/1163
KOLB, Josef. Dřevostavby: systémy nosných konstrukcí, obvodové pláště. 2., aktualiz. vyd. v České republice. Praha: Grada, 2011, s. 295-296. ISBN 978-80-247-4071-3.
VAN BROEKHUIZEN, a kol., F. A. Nano in Furniture: State of the art 2012. 1. Amsterdam: IVAM UvA BV, 2012, s. 20-21.
REZA TAGHIYARI, Hamid. Nanotechnology in Wood and Wood-Composite Materials. Journal of Nanomaterials [online]. 2014, 03(01), [cit. 2017-10-19]. DOI: 10.4172/2324-8777.1000e106. ISSN 23248777. Dostupné z: http://www.scitechnol.com/nanotechnology-in-wood-and-woodcomposite-materials-F31U.php?article_id=1836
ZHANG, Hong, Weigang ZHANG, Chunde JIN a Song LI. Inorganic Antiflaming Wood Caused by a Ti O 2 -Decorated ZnO Nanorod Arrays Coating Prepared by a Facile Hydrothermal Method. Journal of Nanomaterials [online]. 2016, 2016, 1-9 [cit. 2017-10-19]. DOI: 10.1155/2016/2358276. ISSN 1687-4110. Dostupné z: https://www.hindawi.com/journals/jnm/2016/2358276/
úvodní foto dostupné z: http://www.hse.gov.uk/nanotechnology/images/nanotechnology.jpg