นักวิจัยอิตาลีพัฒนาตัวทำละลายจากพืช ทำให้ไม้อ่อนตัวชั่วคราวเพื่อขึ้นรูป

คณะนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีอิตาลี (Istituto Italiano di Tecnologia) ได้พัฒนาวิธีการที่ทำให้ไม้มีความยืดหยุ่นชั่วคราว โดยใช้ตัวทำละลายที่มาจากพืช พวกเขาระบุว่านี่เป็นวิธีดัดโค้งไม้ที่ยั่งยืนกว่า และไม่ทำลายโครงสร้างของเนื้อไม้ ทีมวิจัยประสานงานโดยรองผู้อำนวยการฝ่ายวิทยาศาสตร์ Athanassia Athanassiou และได้ตีพิมพ์ผลการศึกษาในวารสาร Materials Letters ไม้ยังคงเป็นวัสดุที่ยั่งยืน แข็งแรง ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ และมีราคาย่อมเยา แต่โครงสร้างที่แข็งเกร็งทำให้ยากต่อการขึ้นรูปเป็นรูปทรงโค้งโดยไม่ใช้สารเคมีที่จำเป็นในวิธีการแปรรูปอื่น ๆ

เทคนิคการขึ้นรูปไม้ที่มีอยู่ในปัจจุบันสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภทหลัก ประเภทแรกคือวิธีที่ใช้พลังงานสูง ซึ่งจะเปลี่ยนคุณสมบัติทางกลของไม้และลดความทนทานลง ส่วนอีกประเภทคือเทคนิคสำหรับไม้อัดและไม้ประกอบ (laminated wood) ซึ่งพึ่งพาสารยึดติดที่มาจากปิโตรเคมี สารยึดติดเหล่านี้ก่อให้เกิดมลพิษในกระบวนการผลิต และทำให้ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายไม่สามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้ ส่งผลให้การจัดการเมื่อสิ้นอายุการใช้งานทำได้ยากขึ้น วิธีการใหม่ของสถาบันเทคโนโลยีอิตาลีใช้ Cyrene เป็นหลัก ซึ่งเป็นตัวทำละลายสีเขียวที่สกัดจากเซลลูโลส ซึ่งเป็นสารประกอบที่พบตามธรรมชาติในพืช

คุณสมบัติที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของเทคโนโลยีใหม่

เมื่อผสมกับน้ำ ตัวทำละลายนี้สามารถซึมเข้าสู่ส่วนประกอบอสัณฐานของเนื้อไม้ รวมถึงลิกนินและเฮมิเซลลูโลส ตลอดจนเซลลูโลสในเนื้อไม้เอง โดยไม่ทำลายโครงสร้างภายในของไม้

เมื่อไม้ถูกซึมด้วยสารละลาย Cyrene ในน้ำแล้ว จะมีความยืดหยุ่นมากขึ้น และดัดโค้งเป็นรูปทรงที่ต้องการได้ง่ายขึ้น หลังการดัดโค้ง ไม้จะถูกทำให้แห้งเพื่อล็อกรูปทรงใหม่ โดยไม่ส่งผลต่อคุณสมบัติทางกลที่มีอยู่ก่อนการบำบัด เนื่องจากกระบวนการนี้ไม่ต้องใช้สารเติมแต่งจากปิโตรเคมี ไม้ที่ผ่านการขึ้นรูปแล้วจึงยังคงย่อยสลายได้ทางชีวภาพอย่างสมบูรณ์ การบำบัดครั้งที่สองสามารถคืนรูปทรงเดิมของไม้หรือขึ้นรูปใหม่ทั้งหมดได้ ตามรายงานการวิจัย ไม้ที่บำบัดด้วยสารละลาย Cyrene ในน้ำที่อัตราส่วน 50:50 มีค่าความเครียดดัดโค้งสูงกว่าไม้ที่บำบัดด้วยน้ำเปล่าประมาณ 30%

การปรับปรุงนี้ช่วยให้สามารถดัดโค้งและบิดไม้ได้ไกลกว่าเดิมก่อนที่จะเกิดการเสียหาย เมื่อทำให้แห้งแล้ว ความแข็งแรงทางกลของไม้ที่ผ่านการบำบัดเทียบเท่ากับไม้ที่ไม่ผ่านการบำบัด หรืออาจสูงกว่าเล็กน้อย และไม่พบการเปลี่ยนแปลงของปริมาณลิกนิน

ศักยภาพในการขยายการประยุกต์ใช้

นักวิจัยได้ทดสอบวิธีการนี้กับแผ่นไม้บางที่มีความหนาระหว่าง 1 ถึง 5 มิลลิเมตร (0.04 ถึง 0.2 นิ้ว) โดยใช้ชนิดของไม้ที่พบได้ทั่วไปในงานโมเดลและงานไม้ ซึ่งไม้เบิร์ช (white birch) เป็นวัสดุทดสอบหลัก รวมถึงไม้บาลซา (balsa) ไม้บราซิลเลียนวอลนัท (Brazilian walnut) ไม้โอคูเม (Okoume) และไม้แอช (white ash) นักวิจัยระบุว่า การขยายขนาดกระบวนการนี้ไปสู่ชิ้นไม้ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ในระดับอุตสาหกรรม มิใช่อุปกรณ์ในระดับห้องปฏิบัติการ Martina Nardi นักวิจัยจากหน่วยวัสดุอัจฉริยะของสถาบันเทคโนโลยีอิตาลี ได้อธิบายถึงแก่นแท้ของคุณค่าของไม้โดยตรง เธอกล่าวว่า ไม้มีความแข็งแรง ทนทาน มีคุณสมบัติเป็นฉนวน และมาจากธรรมชาติ ซึ่งทั้งหมดนี้ทำให้ไม้เป็นเครื่องมือสำคัญในการชะลอการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

เธอเน้นย้ำว่า การพัฒนาวิธีการที่ยั่งยืนเพื่อขยายความสามารถในการแปรรูปไม้ให้เหมาะกับการใช้งานที่หลากหลายมากขึ้น โดยไม่ลดทอนคุณสมบัติทางกลตามธรรมชาติหรือความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพ เป็นสิ่งสำคัญ ขณะนี้วิธีการดังกล่าวอยู่ในระหว่างการยื่นขอจดสิทธิบัตร และนักวิจัยวางแผนที่จะศึกษาเพิ่มเติมเพื่อระบุว่าอุตสาหกรรมใดจะได้รับประโยชน์มากที่สุด โดยกลุ่มที่มีศักยภาพ ได้แก่ การผลิตเครื่องดนตรี ของเล่นเด็ก เฟอร์นิเจอร์ และการออกแบบภายใน ซึ่งทุกสาขาสามารถใช้วิธีการที่ยั่งยืนอย่างแท้จริงในการดัดโค้งไม้เป็นรูปทรงใหม่ได้

ผลกระทบของตัวทำละลายจากพืชต่อการแปรรูปไม้

งานวิจัยของสถาบันเทคโนโลยีอิตาลีแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของตัวทำละลายจากพืชในการแปรรูปไม้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านความยั่งยืน เมื่อความตระหนักด้านสิ่งแวดล้อมเพิ่มสูงขึ้น ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของวิธีการแปรรูปไม้แบบดั้งเดิมจึงได้รับความสนใจ วิธีการใหม่นี้ไม่เพียงลดการพึ่งพาสารเคมีจากปิโตรเคมี แต่ยังคงรักษาความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพของไม้ไว้ ซึ่งมีความสำคัญต่อการชะลอการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ นอกจากนี้ เทคโนโลยีนี้มีศักยภาพในการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวาง ครอบคลุมหลายอุตสาหกรรม ตั้งแต่เครื่องดนตรี ของเล่น ไปจนถึงเฟอร์นิเจอร์ ซึ่งอาจเปลี่ยนแปลงวิธีการผลิตของอุตสาหกรรมเหล่านี้ และส่งเสริมการพัฒนาอย่างยั่งยืน