A madeira natural e o metal têm sido materiais de construção essenciais para os humanos há milhares de anos. Os polímeros sintéticos que chamamos de plásticos são uma invenção recente que se popularizou no século XX.
Tanto os metais quanto os plásticos possuem propriedades adequadas para uso industrial e comercial. Os metais são fortes, rígidos e geralmente resistentes ao ar, à água, ao calor e ao estresse constante. No entanto, também exigem mais recursos (o que significa maior custo) para sua produção e refino. O plástico oferece algumas das funcionalidades do metal, exigindo menos massa e sendo muito barato de produzir. Suas propriedades podem ser personalizadas para praticamente qualquer uso. Contudo, plásticos comerciais baratos são péssimos materiais estruturais: eletrodomésticos de plástico não são uma boa opção, e ninguém quer morar em uma casa de plástico. Além disso, muitas vezes são refinados a partir de combustíveis fósseis.
Em algumas aplicações, a madeira natural pode competir com metais e plásticos. A maioria das casas familiares é construída com estrutura de madeira. O problema é que a madeira natural é muito macia e se danifica com muita facilidade pela água, o que a impede de substituir o plástico e o metal na maioria das vezes. Um artigo recente publicado na revista Matter explora a criação de um material de madeira endurecida que supera essas limitações. Essa pesquisa culminou na criação de facas e pregos de madeira. Quão boa é a faca de madeira e você a usará em breve?
A estrutura fibrosa da madeira consiste em aproximadamente 50% de celulose, um polímero natural com propriedades de resistência teoricamente boas. A outra metade da estrutura da madeira é composta principalmente de lignina e hemicelulose. Enquanto a celulose forma fibras longas e resistentes que fornecem à madeira a base de sua resistência natural, a hemicelulose tem pouca estrutura coerente e, portanto, não contribui para a resistência da madeira. A lignina preenche os espaços entre as fibras de celulose e desempenha funções úteis para a madeira viva. Mas, para o propósito humano de compactar a madeira e unir suas fibras de celulose mais firmemente, a lignina tornou-se um obstáculo.
Neste estudo, madeira natural foi transformada em madeira endurecida (MH) em quatro etapas. Primeiro, a madeira é fervida em hidróxido de sódio e sulfato de sódio para remover parte da hemicelulose e da lignina. Após esse tratamento químico, a madeira torna-se mais densa por meio de prensagem durante várias horas à temperatura ambiente. Isso reduz os espaços ou poros naturais da madeira e aumenta a ligação química entre as fibras de celulose adjacentes. Em seguida, a madeira é pressurizada a 105 °C (221 °F) por mais algumas horas para completar a densificação e, então, seca. Finalmente, a madeira é imersa em óleo mineral por 48 horas para tornar o produto final impermeável.
Uma propriedade mecânica de um material estrutural é a dureza por indentação, que mede sua capacidade de resistir à deformação quando comprimido por uma força. O diamante é mais duro que o aço, mais duro que o ouro, mais duro que a madeira e mais duro que a espuma de embalagem. Entre os muitos testes de engenharia usados para determinar a dureza, como a escala de Mohs usada em gemologia, o teste Brinell é um deles. Seu conceito é simples: uma esfera de metal duro é pressionada contra a superfície de teste com uma determinada força. Mede-se o diâmetro da indentação circular criada pela esfera. O valor da dureza Brinell é calculado usando uma fórmula matemática; em termos gerais, quanto maior o orifício formado pela esfera, mais macio é o material. Neste teste, o HW (Hardware) é 23 vezes mais duro que a madeira natural.
A maioria das madeiras naturais não tratadas absorve água. Isso pode expandir a madeira e, eventualmente, destruir suas propriedades estruturais. Os autores utilizaram uma imersão em solução mineral por dois dias para aumentar a resistência à água da madeira, tornando-a mais hidrofóbica ("com aversão à água"). O teste de hidrofobicidade consiste em colocar uma gota de água sobre uma superfície. Quanto mais hidrofóbica a superfície, mais esféricas se tornam as gotas de água. Uma superfície hidrofílica ("que atrai água"), por outro lado, espalha as gotas (e, consequentemente, absorve água com mais facilidade). Portanto, a imersão em solução mineral não só aumenta significativamente a hidrofobicidade da madeira, como também impede que ela absorva umidade.
Em alguns testes de engenharia, as facas HW tiveram um desempenho ligeiramente melhor do que as facas de metal. Os autores afirmam que a faca HW é cerca de três vezes mais afiada do que uma faca comercial. No entanto, há uma ressalva para esse resultado interessante. Os pesquisadores estão comparando facas de mesa, ou o que poderíamos chamar de facas de manteiga. Estas não são feitas para serem particularmente afiadas. Os autores mostram um vídeo da faca cortando um bife, mas um adulto com força razoável provavelmente conseguiria cortar o mesmo bife com a parte cega de um garfo de metal, e uma faca de carne funcionaria muito melhor.
E quanto aos pregos? Um único prego HW aparentemente pode ser facilmente martelado em uma pilha de três tábuas, embora não tão detalhado quanto a relativa facilidade em comparação com pregos de ferro. Cavilhas de madeira podem então manter as tábuas unidas, resistindo à força que as separaria, com aproximadamente a mesma resistência que cavilhas de ferro. Em seus testes, no entanto, as tábuas em ambos os casos falharam antes que qualquer prego falhasse, portanto, os pregos mais resistentes não foram expostos.
Os pregos HW são melhores em outros aspectos? Os pinos de madeira são mais leves, mas o peso da estrutura não é determinado principalmente pela massa dos pinos que a sustentam. Os pinos de madeira não enferrujam. No entanto, eles não são impermeáveis à água nem se biodegradam.
Não há dúvida de que o autor desenvolveu um processo para tornar a madeira mais resistente do que a madeira natural. No entanto, a utilidade do material para qualquer trabalho específico requer estudos adicionais. Será que pode ser tão barato e menos dependente de recursos quanto o plástico? Poderá competir com objetos de metal mais resistentes, mais atraentes e infinitamente reutilizáveis? A pesquisa levanta questões interessantes. O desenvolvimento contínuo (e, em última instância, o mercado) responderá a essas perguntas.
Data da publicação: 13/04/2022
