MADERA TRANSLUCIDA.

Un grupo de investigadores del KTH Instituto Real de Tecnología de Estocolmo de Suecia, ha desarrollado Madera Ópticamente Transparente, un nuevo material de construcción que podría impactar enormemente en la manera en que desarrollamos los proyectos de arquitectura.

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COMPONENTES DE LA MADERA

·         La Celulosa es la principal componente de las paredes celulares de los árboles. Es una fibra vegetal que es similar a un cabello humano, cuya longitud y espesor varía según el tipo de árbol.

·         Las hemicelulosas son heteropolisacáridos (polisacárido compuesto por más de un tipo de monómero), formado, en este caso un tanto especial, por un conjunto heterogéneo de polisacáridos, a su vez formados por un solo tipo de monosacáridos, en la madera pueden ser consideradas como la fracción soluble en álcali y estable que se obtiene de la madera libre de extraíbles.

·         La lignina es el tercer componente fundamental de la madera, presentándose entre el 15% y 35% de su peso. La lignina es la substancia que los productores de celulosa y papel quieren no ver en su madera, la manipulación genética de árboles para producir menos lignina o un tipo de lignina diferentes que podría ser más fácilmente retirada son de tremendo interés económico para el sector forestal.

CARACTERÍSTICAS

Fuente: http://porquebiotecnologia.com.ar/adc/uploads/img/ampliadas/96compycaract.JPG

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Se trata de un proceso que elimina químicamente la Lignina de la madera, haciendo que se vuelva muy blanca. El sustrato poroso resultante da la apariencia a un color blanco, después se impregna a esa madera blanquecina con un polímero transparente, haciendo que las propiedades ópticas de ambos se igualen.

"Cuando se elimina la Lignina, la madera se vuelve muy blanca. Pero debido a que la madera no es naturalmente transparente, se logra ese efecto a través del trabajo a nanoescala"

USOS.

La forma de utilización de esta madera seria para la fabricar paneles traslúcidos que no sólo podrían usarse en ventanas y fachadas para dejar pasar la luz solar sin perder la privacidad, sino que además funcionarían de buena manera para cubrir grandes superficies con células solares.

Las propiedades ópticas del proyecto  son "sintonizables" al cambiar la fracción del volumen de celulosa. A continuacion se encuentra una explicación detallada del proceso aquí.

SECCIÓN EXPERIMENTAL

Delignificación.

La madera de balsa con una densidad de 160 kg / m3 se secó al 105 ± 3 ° C durante 24 h antes de la extracción química. Las muestras secas

Se extrajeron utilizando 1% en peso de clorito sódico (NaClO2) con solución tampón de acetato (pH 4,6) a 80ºC. La muestra es de 20 mm x 20 mm, con un espesor de 0,6 ± 0,1, 1,0, 2,5 ± 0,1, 5,0 y 8,0 mm. El tiempo de reacción de las muestras con espesores debajo de 3 mm fue de 6 h y 12 h para muestras con espesores mayores de 5 Y 8 mm. Se realizaron más reacciones en muestras con dimensión de 100 mm × 100 mm × 1 mm para mostrar la viabilidad de trabajar en muestras. Las muestras extraídas se lavaron cuidadosamente con agua seguido de deshidratación usando el primer etanol puro, luego un 1: 1 (Relación en volumen) de etanol y acetona, y finalmente, pura acetona (paso a paso). Cada paso se repitió tres veces.

Fabricación de Madera Transparente.

Se hizo madera transparente Por infiltración de la plantilla de madera deslignificada por un molde prepolimerizado Metil metacrilato (MMA) y se calentó en un horno a 70 ° C durante 4 h.

El monómero puro de MMA se prepolimerizó a 75 ° C durante 15 min en matraz de fondo redondo de dos cuellos con 0,3% en peso de 2,2 ' (2 - Metilpropionitrilo) como iniciador. Los copolímeros prepolimerizados El MMA se enfrió a temperatura ambiente en agua helada baño para terminar la reacción. Después de eso, la madera deslignificada molde se infiltró en solución de MMA prepolimerizada bajo Vacío durante 30 min. La infiltración al vacío se repitió tres veces para asegurar la infiltración completa. Finalmente, la madera infiltrada fue intercalada Entre dos portaobjetos de vidrio y envasados en papel de aluminio antes polimerización. El proceso de polimerización se completó por calentamiento La muestra de madera infiltrada en un horno a 70 ° C durante 4 h.

Caracterización.

La superficie y la sección transversal de las muestras de madera Se observaron con un microscopio electrónico de barrido por emisión de campo, que funcionan a una tensión de aceleración de 1 kV.

La liofilización se llevó a cabo en agua desionizada lavada y deslignificada Muestras de madera. La sección transversal de las muestras se preparó Fracturado en flexión después de enfriamiento con nitrógeno líquido. Todas las muestras se recubrieron platino-paladio antes de la caracterización del SEM. (Microscopio electrónico escaneando).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Delignificación y Caracterización.

La madera de varios contiene un sistema celular altamente ordenado, aunque en maderas duras, el tamaño del lumen (tamaño de poro interno).

Variación. La dispersión de la luz tiene lugar en todas las interfaces entre biomacromolecules.

La pared celular y el aire en la luz hueca y el espacio dentro de la Celdas fibrosas de madera. Esto cambia el trayecto de la luz además, se produce una fuerte absorción de la luz Debido a la naturaleza de los biopolímeros de madera en la pared celular. En particular, la lignina es un absorbente fuerte y representa 80- 95% de la absorción de luz. Con el fin de preparar madera, la lignina se eliminó primero para disminuir la atenuación de la absorción.

Fuente: http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.biomac.6b00145

Figura 1. Delesificación de la madera:

(a) una imagen óptica de madera antes (Arriba) y después (hacia abajo) de deslignificación. Bajo aumento

(b, c) imágenes De madera original, mostrando la microestructura de madera. Bajo aumento

(d, e) imágenes de madera deslignificada.

Sección transversal que apoya la presencia de una madera bien preservada estructura.

Fuente: http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.biomac.6b00145

Figura 2. Estructura nanoporosa de la plantilla de madera:

(a) En la imagen de gran aumento de la sección transversal de madera original  que muestra la estructura nano de madera (OW).

(b) En la imagen de gran aumento de una sección transversal de madera deslignificada. Esto apoya una estructura de madera bien conservada y demuestra características nanostructurales incluyendo nanoporosity.

(c) Distribución del tamaño de poro del análisis de desorción BET de OW y DLW

Demostrando la generación de nanopores debido a la deslignificación. 2D SAXS patrones de OW (d) y DLW

(f) Intensidad 1D extraída de

(d) y (e), las regiones de integración se ilustran respectivamente por las regiones de líneas discontinuas para la dirección horizontal (H) y la dirección vertical (V).

Fuente: http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.biomac.6b00145

Figura 3. Concepto de madera transparente.

(a) En la muestra original de madera, sólo se transmite una pequeña fracción de luz (izquierda). Después de MMA prepolimerizado

Infiltración y polimerización completa a PMMA, se redujo la diferencia del índice de refracción entre la pared celular y el lumen dando como resultado menos dispersión de luz

Y mayor transparencia.

(b) La imagen óptica de una muestra de madera transparente de 1,2 mm de espesor con un tamaño de 50 mm × 20 mm sobre el sustrato con texto.

(c) Imagen SEM de baja magnificación de sección transversal de madera transparente que muestra la presencia de PMMA. Imagen SEM de gran aumento de transparencia madera de sección transversal

(d) y superficie de madera transparente

(e) indicar la nanoestructura de celulosa bien conservada.

Fuente: http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.biomac.6b00145

Figura 4. Transmisión óptica de la madera transparente.

(a) Transmisión de muestras de madera transparente con diferentes espesores;

(b) la dependencia de la transmitancia óptica sobre la fracción volumétrica de celulosa, todas las muestras tienen un espesor de aproximadamente 1,2 mm.

Fabricación de Madera Transparente

Madera delgada (DLW) sigue siendo no transparente debido a la dispersión de la luz en el Interfaz entre la pared celular y el aire en el lumen y entre las nanofibras de celulosa y aire en la pared celular. Según la ley de Snell, la luz se difracta a medida que se transmite a través de una interfaz. Cuanto mayor sea la diferencia en los índices de refracción entre los dos medios, mayor será el ángulo de difracción.

Cuando la luz se transmite a través de la madera deslignificada, sólo una pequeña fracción de luz mantiene su dirección original debido a La porosidad de madera a gran escala (escala de 10 μm) y una capa refractiva Desajuste del índice entre el aire (índice de refracción 1.0) y la madera Pared celular.

Fuente: http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.biomac.6b00145

Figura 5.

(A) Curvas de esfuerzo-deformación en tensión uniaxial para madera transparente.

(B) micrografía SEM de madera transparente que muestra la naturaleza nanofibrosa de la región de la pared celular y la interacción favorable (unión) con PMMA en el espacio del lumen;

(C) micrografía de fractografía de SEM después de ensayos de tracción, que muestra las características de la pared celular en una esquina entre tres células.

CONCLUSIÓN

La madera ópticamente transparente se fabricó mediante infiltración en masa de MMA prepolimerizado, comparado con el índice de refracción, en un nanoporoso Plantilla de madera obtenida por eliminación de la Absorbente de la luz componente lignina. Alta transmitancia óptica de 85% y neblina de 71% se logró en una madera transparente Espesor de 1,2 mm. La transmitancia óptica disminuyó a medida que la madera Espesor y la fracción volumétrica de celulosa, mientras que el aumentado para los mismos cambios. La plantilla de madera celulósica podría comprimirse para controlar la fracción volumétrica del refuerzo. Propiedades mecánicas de madera transparente Reveló las sinergias entre la madera deslignificada, Ya que ambos componentes mostraron propiedades mecánicas más bajas que la madera ópticamente transparente. Madera transparente con un la fracción de volumen de la plantilla de madera celulósica del 19% mostró dos veces como alta resistencia y módulo como para PMMA puro. Por lo tanto, Este biocompuesto nanoestructurado es a la vez un componente estructural (Propiedades mecánicas) y una funcional (ópticamente transparente con neblina) material. La madera ópticamente transparente es un excelente candidato a estructuras ligeras y de bajo coste en transporte ventanas de células solares transparentes.

EL NUEVO CRISTAL

Lograr que fuese transparente, en efecto, exigió añadir epoxi o poliepóxido a la madera, un polímero termoestable que se endurece al mezclarse con un agente catalizador o endurecedor. De este modo, lograron transparencia y resistencia. Un producto dos veces más fuerte que vidrio orgánico, caracterizado por ser más resistente que el vidrio convencional.

Los científicos afirman que puede ser utilizado en sustitución de cualquier otra superficie transparente en la que habitualmente se usa cristal.

Los paneles realizados con este tipo de madera también podrían ser utilizados en la fabricación de ventanas y fachadas semitransparentes, es decir en cualquier superficie en la que se quiera mantener en paso de la luz sin perder la privacidad

Fuente: http://www.ecologiaverde.com/wp-content/2016/05/Madera-transparente-4.jpg

El material aun no es completamente transparente (debido a las fibras de la madera tratada), pero resulta eficaz para la fabricación de células solares para que resulten más económicas. El material también caracteriza por sus capacidades mecánicas, siendo el doble de resistente que el plexiglás, además de su baja densidad y una  baja conductividad térmica.

Fuente: http://www.ecologiaverde.com/wp-content/2016/05/Madera-transparente-4.jpg

ENERGÍA SOLAR

Los científicos también confían en poder encontrar nuevas soluciones de energía fotovoltaica empleando este nuevo material. En concreto, creen que podría ser utilizado para fabricar paneles solares avanzados.

La idea sería aprovechar su transparencia para que la luz entrara más fácilmente a través de unas “células trampa”, y luego la turbidez de la madera (que supera el 70 por ciento) resultaría muy ventajosa para atrapar la luz. El objetivo no sería otro que mantener la luz rebotando cerca de un panel solar, que haría su trabajo absorbiéndola. De este modo, se buscaría lograr una mayor eficiencia.

ECO ARQUITECTURA

Como es bien sabido, la madera es uno de los materiales de construcción más utilizados del mundo. Se caracteriza por su tenacidad, baja densidad y conductividad térmica o resistencia, entre otras propiedades mecánicas, además de su durabilidad, accesibilidad. Eso sí, para que resulte sostenible además debe proceder de fuentes renovables.

Fuente:http://www.bricopa.com/blog-img/madera-transparente-bricopa-02.jpg

La madera transparente podría aumentar aún más este uso, pues sigue siendo barata y renovable, conserva otras de sus ventajas e incrementa su resistencia, además de dejar pasar la luz. Todo un invento para mejorar la luminosidad interior a través de cristaleras e incluso fachadas translúcidas. Sería, en suma, “un material de construcción único”, apuntan sus creadores.

RECURSO SOSTENIBLE.

La sostenibilidad de la madera es un asunto polémico. Aunque es considerada un recurso, abundante y renovable, solo si procede de cultivos controlados evita la deforestación. De hecho, de poco sirve obtenerla de forma sostenible si a largo plazo la masa arbórea mundial va a acabar desapareciendo, tal y como advierten recientes estudios.

Si el ritmo de deforestación se detiene y acabamos consiguiendo el tan necesario equilibrio ambiental que proporcionan, el consumo de la madera certificada será todo un éxito. De cualquier  modo, la plantación de árboles para su tala acabaría convirtiéndose en un absurdo o, mejor, en un lujo que no podríamos permitirnos.

Fuente:http://www.ecologiaverde.com/wp-content/2016/05/Madera-transparente.jpg

DESVENTAJAS.

Como posible desventaja de la madera transparente, dejemos apuntado el problema ambiental que puede llegar a suponer el uso masivo de este tipo de resina, incluso su posible efecto tóxico, que variará según la cantidad añadida. Y, sea como fuere, también habría que tener en cuenta el impacto ambiental que implique el proceso de eliminación de la lignina.

Es decir, puesto que se trata de un producto recién inventado, todavía se desconoce el ciclo de vida del producto. Básicamente, nos queda por conocer algo tan importante como su impacto ambiental desde que se obtiene la materia prima hasta que recorre toda la cadena de producción y distribución. Una información clarificadora en la que entran en juego distintas variables que determinan la mayor o menor inocuidad de sus ingredientes, su huella de carbono y, en general, el impacto ambiental y efectos tóxicos que implica.

DUREZA DE LA MADERA

Según la norma UNE

Dureza Resinosas	Clase
1 – 2	Blandas
2 – 4	Semiduras
4 - 20	Duras

Dureza Frondosas	Clase
0.2-1,5	Muy blandas
1,5-3	Blandas
3-6	Semiduras
6-9	Duras
9-20	Muy dura

La clasificación según el método de Monnin.

Nombre de la madera	Dureza (Monnin)	Tipo	F=frondosa              R=resinosa T=tropical
Abedul amarillo	>3	Semidura	F
Abedul de papel	>3	Semidura a dura	F
Abeto	-	Blanda	R
Alerce	-	Semidura	F
Álamo	-		F
Caoba americana	-	Blanda	R
Cedro cedrelo	-	Semidura	F
Cerezo guindo	>1,5	Blanda  semidura	F
Ébano bingo	-	Dura	T
Enebro	-	Semidura a dura	T
Eucalipto	>3	Semidura	F
Gavilán	-	Semidura a dura	T
Olmo	-	Semidura a dura	F
Pino de Oregón	-	Blando	R
Tejo	-	Dura	R

Método de Jancka

Clasificación	Dureza Brinell (kp/mm^2)	Dureza Janka (kp/mm^2)
Muy blanda	<1	<150
Blanda	1 – 2	150 – 350
Semiblanda	2 – 4	350 – 650
Dura	4 – 8	650 – 900
Muy dura	>8	>900

Especie	Monnin (Perpendicular)	Brinell (perpendicular) (kp/mm^2)	Brinell (paralela) (kp/mm^2)	Janka (Perpendicular (kp/mm^2))
Abeto	1,5	1,2	3,2	-
Alerce	2,7	2,2	4,9	-
Balsa	0,2	0,25	0,55	-
Caoba	2,7	1,8	3,7	360
Samba	1,2	1,3	-	190

Fuente:http://www.adelamicha.com/assets/files/blog/1464034215_madera_1.jpg