Citrusolie maakt transparant hout duurzaam

Onderzoekers in Zweden maakten transparant hout met enkel duurzame grondstoffen. Dat deden ze door de lignine te vervangen door een polymeer uit de natuurlijke grondstof limoneen, een van de stoffen die citrusvruchten naar citrus laat ruiken.

Het doorzichtig maken van hout om het te gebruiken als bijzonder bouwmateriaal, wordt al een tijdje gedaan. De truc is om de lignine – de stof die hout bruin maakt – te vervangen door een doorzichtig polymeer. Het hout behoudt dan zijn stevigheid, maar je kan er voortaan doorheen kijken.

Maar het verwijderen van lignine uit hout is eenvoudiger gezegd dan gedaan. Diverse onderzoekers werken er wereldwijd aan. Amerikaanse onderzoekers vonden zelfs een manier om het probleem te omzeilen door lignine te bleken in plaats van te verwijderen.

Lignine milieuvriendelijk verwijderen uit hout

Onderzoekers van de Kungliga Tekniska högskolan (KTH) in Stockholm, Zweden, ontwikkelden al in 2016 een milieuvriendelijke methode om lignine te verwijderen uit hout, maar het zat ze dwars dat voor het vervangende polymeer fossiele grondstoffen nodig zijn.

Dat probleem hebben ze nu opgelost door een duurzaam polymeer te maken van een grondstof uit citrusschillen. Ze publiceerden dit onderzoek op 2 mei in het wetenschappelijke tijdschrift Advanced Science.

‘Het vervangen van de fossiele polymeren was een van de uitdagingen bij het maken van duurzaam transparant hout. Dit onderzoek draait helemaal om groene chemie. Het materiaal is gemaakt zonder oplosmiddelen en alle chemicaliën zijn afgeleid van biobased grondstoffen’, zegt groepsleider Lars Berglund in een persbericht.

Afvalstromen van sinaasappelsap

Hoe doen de onderzoekers het precies? Eerst maken ze limoneenacrylaat, de bouwstenen voor het duurzame polymeer dat de plek van de lignine in het hout moet gaan innemen. Deze stof kun je maken uit limoneen dat in citrusschillen zit, bijvoorbeeld van de afvalstromen van een fabriek die sinaasappelsap maakt.

Stevig netwerk

Vervolgens ontdoen ze plakjes hout van lignine met behulp van perazijnzuur, een stof die je uit azijn kunt maken. Dan brengen ze het limoneenacrylaat in het hout en verwarmen ze het geheel een paar uur. Daardoor polymeriseren de bouwstenen tot polylimoneenacrylaat. Deze lange moleculen vormen een stevig netwerk binnenin de structuur van het oorspronkelijke hout.

Om het uiteindelijke materiaal nog sterker en transparanter te maken bekleden de onderzoekers de kanaaltjes in het hout eerst met barnsteenzuuranhydride (waarvoor de grondstof uit biomassa komt). Dat zorgt ervoor dat het limoneenacrylaat beter in de kanaaltjes doordringt en beter blijft zitten. Het transparante hout met barnsteenzuuranhydride is veel doorzichtiger en sterker dan zonder.

Sterk, transparant en watervast

De onderzoekers verklaren de hoge doorzichtigheid van hun materiaal doordat de brekingsindex van het hout en het polymeer goed bij elkaar passen. Daardoor kan het licht beter door het materiaal heen reizen. Verder vult het polymeer goed alle holtes op van het materiaal. Luchtbellen of andere defecten die in het hout zouden achterblijven, zouden het licht breken en het materiaal dus wazig maken.

Twee keer zo sterk

Het nieuwe biocomposiet is twee keer zo sterk als het oorspronkelijke hout – dat geldt voor zowel de treksterkte als de elasticiteit van het materiaal. Het polymeer is bestand tegen redelijk hoge temperaturen: het wordt zacht boven de 130 graden Celsius en kan tot 230 graden Celsius hebben voordat het uit elkaar valt.

Het transparante hout neemt geen water op, wat ook handig is voor toepassingen in de buitenlucht. Dit is te danken een polymeerlaagje dat de houtvezels afdekt die water op kunnen nemen.

Keuze van de houtsoort

In hun experimenten gebruikten de onderzoekers hout van de balsa, berk, beuk en els, maar ze zeggen dat hun methode voor allerlei houtsoorten geschikt is. De keuze van de houtsoort bepaalt voor een deel de sterkte en transparantie van het biocomposiet.

Grotere panelen

De onderzoekers maakten kleine testplaatjes (zie de foto boven het artikel) en hebben nog niet geprobeerd om grotere panelen te maken. Dat is uiteindelijk wel nodig voor de toepassingen die ze in gedachten hebben: het vervangen van glas of plastic in interieurpanelen of verlichting en voor energiebesparende toepassingen zoals warmteopslag of thermische isolatie.