El tratamiento a presión, que implica colocar madera dentro de un tanque hermético presurizado y forzar los productos químicos en las tablas, se ha utilizado durante más de un siglo para ayudar a prevenir el hongo que causa la pudrición de la madera en ambientes húmedos.

Ahora, los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han desarrollado un nuevo método que algún día podría reemplazar el tratamiento a presión convencional como una forma de hacer que la madera no solo sea resistente a los hongos sino también casi impermeable al agua y más aislante térmicamente.

El nuevo método que se informará el 13 de febrero en la revista Langmuir y patrocinado conjuntamente por el Departamento de Defensa, el Programa de Investigación del Golfo, y el Fondo de Investigación de Pregrado de Westendorf, implica la aplicación de una capa protectora de óxido metálico que tiene solo unos pocos átomos de espesor en toda la estructura celular de la madera.

Este proceso, conocido como deposición de capa atómica, ya se utiliza con frecuencia en la fabricación de microelectrónica para computadoras y teléfonos móviles, pero ahora se está explorando para nuevas aplicaciones en productos básicos como la madera. Como tratamientos de presión, el proceso se realiza en una cámara hermética, pero en este caso, la cámara está a bajas presiones para ayudar a que las moléculas de gas penetren en toda la estructura de la madera.

"Era muy importante que este recubrimiento se aplicara en todo el interior de la madera y no solo en la superficie, "dijo Mark Losego, profesor asistente en la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales. "La madera tiene poros del ancho de un cabello humano o un poco más pequeños, y usamos estos agujeros como nuestros caminos para que los gases viajen a través de la estructura de la madera ".

A medida que las moléculas de gas viajan por esos caminos, reaccionan con las superficies de los poros para depositar un conformal, Recubrimiento a escala atómica de óxido metálico en todo el interior de la madera. El resultado es una madera que elimina el agua de su superficie y resiste la absorción de agua incluso cuando está sumergida.

En sus experimentos, los investigadores tomaron 2x4 de pino terminados y los cortaron en trozos de una pulgada. Luego probaron la infusión de la madera con tres tipos diferentes de óxidos metálicos:óxido de titanio, óxido de aluminio y óxido de zinc. Con cada, compararon la absorción de agua después de mantener la madera bajo el agua durante un período de tiempo. De los tres, El óxido de titanio funcionó mejor al ayudar a la madera a absorber la menor cantidad de agua. En comparación, La madera sin tratar absorbió tres veces más agua.

"De las tres químicas que probamos, El óxido de titanio demostró ser el más eficaz para crear la barrera hidrofóbica. "dijo Shawn Gregory, estudiante de posgrado en Georgia Tech y autor principal del artículo. "Presumimos que esto se debe probablemente a que los precursores químicos del dióxido de titanio reaccionan con menos facilidad con las superficies de los poros y, por lo tanto, les resulta más fácil penetrar profundamente en los poros de la madera".

Losego dijo que existen los mismos fenómenos en los procesos de deposición de capas atómicas utilizados para dispositivos microelectrónicos.

"Se sabe que estas mismas químicas precursoras de óxido de titanio penetran y recubren mejor nanoestructuras complejas en microelectrónica, tal como vemos en la madera, ", Dijo Losego." Estos puntos en común en la comprensión de los fenómenos físicos fundamentales, incluso en lo que parecen ser sistemas muy diferentes, es lo que hace que la ciencia sea tan elegante y poderosa ".

Además de ser hidrofóbico, La madera tratada con el nuevo proceso de vapor también resiste el moho que eventualmente conduce a la pudrición.

"Curiosamente, cuando dejamos estos bloques sentados en un ambiente húmedo durante varios meses, notamos que los bloques tratados con óxido de titanio eran mucho más resistentes al crecimiento de moho que la madera sin tratar, ", Agregó Gregory." Sospechamos que esto tiene algo que ver con su naturaleza hidrofóbica, aunque podría haber otros efectos químicos asociados con el nuevo proceso de tratamiento que también podrían ser responsables. Eso es algo que nos gustaría investigar en futuras investigaciones ".

Otro beneficio más del nuevo proceso:la madera tratada con vapor era mucho menos conductora de calor en comparación con la madera sin tratar.

"En la construcción de viviendas se presta mucha atención al aislamiento de las cavidades entre los componentes estructurales de una casa, pero una gran cantidad de pérdidas térmicas son causadas por los propios montantes de madera, "dijo Shannon Yee, profesor asociado en la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff y coautor del artículo con experiencia en sistemas térmicos. "La madera tratada con este nuevo proceso puede ser hasta un 30 por ciento menos conductora, lo que podría traducirse en un ahorro de hasta 2 millones de BTU de energía por vivienda al año ".