Madeira natural e metal são materiais de construção essenciais para os humanos há milhares de anos. Os polímeros sintéticos que chamamos de plásticos são uma invenção recente que explodiu no século XX.
Tanto os metais quanto os plásticos têm propriedades adequadas para uso industrial e comercial. Os metais são fortes, rígidos e geralmente resilientes ao ar, à água, ao calor e ao estresse constante. No entanto, eles também exigem mais recursos (o que significa mais caro) para produzir e refinar seus produtos. O plástico fornece algumas das funções do metal, exigindo menos massa e é muito barato de produzir. Suas propriedades podem ser personalizadas para quase qualquer uso. No entanto, plásticos comerciais baratos produzem materiais estruturais terríveis: eletrodomésticos de plástico não são uma coisa boa, e ninguém quer morar em uma casa de plástico. Além disso, eles geralmente são refinados a partir de combustíveis fósseis.
Em algumas aplicações, a madeira natural pode competir com metais e plásticos. A maioria das casas de família é construída com estrutura de madeira. O problema é que a madeira natural é muito macia e facilmente danificada pela água para substituir o plástico e o metal na maioria das vezes. Um artigo recente publicado no periódico 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 pretende usá-la em breve?
A estrutura fibrosa da madeira consiste em aproximadamente 50% de celulose, um polímero natural com propriedades de resistência teoricamente boas. A metade restante da estrutura da madeira é composta principalmente de lignina e hemicelulose. Enquanto a celulose forma fibras longas e resistentes que fornecem à madeira a espinha dorsal de sua resistência natural, a hemicelulose tem pouca estrutura coerente e, portanto, não contribui em nada para a resistência da madeira. A lignina preenche os vazios entre as fibras de celulose e realiza tarefas úteis para a madeira viva. Mas para o propósito dos humanos de compactar a madeira e unir suas fibras de celulose com mais firmeza, a lignina se tornou um obstáculo.
Neste estudo, a madeira natural foi transformada em madeira endurecida (HW) em quatro etapas. Primeiro, a madeira é fervida em hidróxido de sódio e sulfato de sódio para remover parte da hemicelulose e lignina. Após esse tratamento químico, a madeira se torna mais densa ao ser prensada em uma prensa por várias horas em temperatura ambiente. Isso reduz as lacunas ou poros naturais na madeira e melhora 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, em seguida, seca. Finalmente, a madeira é imersa em óleo mineral por 48 horas para tornar o produto final à prova d'água.
Uma propriedade mecânica de um material estrutural é a dureza de indentação, que é uma medida de sua capacidade de resistir à deformação quando comprimido pela 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 dureza de Mohs usada em gemologia, o teste Brinell é um deles. Seu conceito é simples: uma esfera de metal duro é pressionada na superfície de teste com uma certa força. Meça o diâmetro da indentação circular criada pela esfera. O valor da dureza Brinell é calculado usando uma fórmula matemática; grosso modo, quanto maior o buraco atingido pela esfera, mais macio é o material. Neste teste, a HW é 23 vezes mais dura 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 usaram uma imersão em minerais de dois dias para aumentar a resistência à água da madeira de lei, tornando-a mais hidrofóbica ("com medo de água"). O teste de hidrofobicidade envolve colocar uma gota de água em uma superfície. Quanto mais hidrofóbica a superfície, mais esféricas as gotas de água se tornam. Uma superfície hidrofílica ("que gosta de água"), por outro lado, espalha as gotas planas (e, consequentemente, absorve água mais facilmente). Portanto, a imersão em minerais não apenas aumenta significativamente a hidrofobicidade da madeira de lei, mas também impede que a madeira 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 disponível comercialmente. 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. Elas não são projetadas para serem particularmente afiadas. Os autores mostram um vídeo de sua faca cortando um bife, mas um adulto razoavelmente forte provavelmente poderia cortar o mesmo bife com o lado cego de um garfo de metal, e uma faca de bife funcionaria muito melhor.
E quanto aos pregos? Aparentemente, um único prego HW pode ser facilmente martelado em uma pilha de três tábuas, embora não com tantos detalhes quanto com relativa facilidade em comparação aos pregos de ferro. Os pinos de madeira podem então manter as tábuas juntas, resistindo à força que as separaria, com aproximadamente a mesma resistência dos pinos de ferro. Em seus testes, no entanto, as tábuas em ambos os casos falharam antes que qualquer prego falhasse, então os pregos mais fortes não ficaram expostos.
Os pregos HW são melhores em outros aspectos? Os pinos de madeira são mais leves, mas o peso da estrutura não é impulsionado principalmente pela massa dos pinos que a mantêm unida. Os pinos de madeira não enferrujam. No entanto, eles não são imunes à água nem se biodegradam.
Não há dúvida de que o autor desenvolveu um processo para tornar a madeira mais resistente que a madeira natural. No entanto, a utilidade do hardware para qualquer trabalho específico requer mais estudos. Ele pode ser tão barato e sem recursos quanto o plástico? Ele pode competir com objetos de metal mais resistentes, mais atraentes e infinitamente reutilizáveis? A pesquisa deles levanta questões interessantes. A engenharia contínua (e, por fim, o mercado) responderá a essas perguntas.
Horário da postagem: 13/04/2022
