Il trattamento a pressione, che consiste nel mettere il legname all'interno di un serbatoio a tenuta stagna pressurizzato e forzare le sostanze chimiche nelle tavole, è stato utilizzato per più di un secolo per aiutare a prevenire il fungo che causa la putrefazione del legno negli ambienti umidi.

Ora i ricercatori del Georgia Institute of Technology hanno sviluppato un nuovo metodo che potrebbe un giorno sostituire il tradizionale trattamento a pressione come un modo per rendere il legname non solo resistente ai funghi ma anche quasi impermeabile all'acqua e più termoisolante.

Il nuovo metodo, che sarà riportato il 13 febbraio sulla rivista Langmuir e patrocinato congiuntamente dal Dipartimento della Difesa, il programma di ricerca del Golfo, e il Westendorf Undergraduate Research Fund, comporta l'applicazione di un rivestimento protettivo di ossido metallico dello spessore di pochi atomi su tutta la struttura cellulare del legno.

Questo processo, noto come deposizione di strati atomici, è già frequentemente utilizzato nella produzione di microelettronica per computer e telefoni cellulari, ma ora viene esplorato per nuove applicazioni in prodotti di base come il legno. Come i trattamenti pressori, il processo viene eseguito in una camera ermetica, ma in questo caso la camera è a basse pressioni per aiutare le molecole di gas a permeare l'intera struttura del legno.

"Era davvero importante che questo rivestimento venisse applicato su tutto l'interno del legno e non solo sulla superficie, " ha detto Marco Losego, un assistente professore presso la Scuola di Scienza e Ingegneria dei Materiali. "Il legno ha pori della larghezza di un capello umano o un po' più piccoli, e abbiamo usato questi fori come percorsi per far viaggiare i gas attraverso la struttura del legno."

Mentre le molecole di gas viaggiano lungo quei percorsi, reagiscono con le superfici dei pori per depositare un conformale, rivestimento in scala atomica di ossido metallico in tutto l'interno del legno. Il risultato è un legno che elimina l'acqua dalla sua superficie e resiste all'assorbimento dell'acqua anche quando è immerso.

Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno preso 2x4 di pino finiti e li hanno tagliati in pezzi da un pollice. Hanno quindi testato l'infusione del legname con tre diversi tipi di ossidi metallici:ossido di titanio, ossido di alluminio e ossido di zinco. Con ogni, hanno confrontato l'assorbimento d'acqua dopo aver tenuto il legname sott'acqua per un periodo di tempo. Dei tre, l'ossido di titanio ha dato le migliori prestazioni aiutando il legno ad assorbire la minor quantità di acqua. A confronto, il legname non trattato ha assorbito tre volte più acqua.

"Delle tre sostanze chimiche che abbiamo provato, l'ossido di titanio si è dimostrato il più efficace nel creare la barriera idrofoba, " ha detto Shawn Gregory, uno studente laureato alla Georgia Tech e autore principale del documento. "Ipotizziamo che ciò sia probabilmente dovuto al modo in cui i precursori chimici del biossido di titanio reagiscono meno prontamente con le superfici dei pori e quindi hanno più facilità a penetrare in profondità all'interno dei pori del legno".

Losego ha affermato che gli stessi fenomeni esistono nei processi di deposizione di strati atomici utilizzati per i dispositivi microelettronici.

"Queste stesse sostanze chimiche precursori dell'ossido di titanio sono note per penetrare meglio e rivestire in modo conforme nanostrutture complesse nella microelettronica, proprio come vediamo nel legno, "Losego ha detto. "Queste comunanze nella comprensione dei fenomeni fisici fondamentali, anche in quelli che sembrano essere sistemi molto diversi, è ciò che rende la scienza così elegante e potente".

Oltre ad essere idrofobico, il legname trattato con il nuovo processo a vapore resiste anche alla muffa che alla fine porta a marcire.

"Interessante, quando abbiamo lasciato questi blocchi seduti in un ambiente umido per diversi mesi, abbiamo notato che i blocchi trattati con ossido di titanio erano molto più resistenti alla crescita di muffe rispetto al legname non trattato, " Aggiunse Gregory. "Sospettiamo che questo abbia qualcosa a che fare con la sua natura idrofoba, anche se potrebbero esserci altri effetti chimici associati al nuovo processo di trattamento che potrebbero anche essere responsabili. Questo è qualcosa che vorremmo indagare nella ricerca futura".

Ancora un altro vantaggio del nuovo processo:il legno trattato a vapore era molto meno conduttivo termicamente rispetto al legno non trattato.

"Nella costruzione di una casa si presta molta attenzione all'isolamento delle intercapedini tra i componenti strutturali di una casa, ma gran parte delle dispersioni termiche sono causate dai montanti in legno stessi, "ha detto Shannon Yee, professore associato presso la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering e coautore del documento con esperienza nei sistemi termici. "Il legname trattato con questo nuovo processo può essere fino al 30% meno conduttivo, che potrebbe tradursi in un risparmio fino a 2 milioni di BTU di energia per abitazione all'anno."