Per secoli il legno è stato utilizzato in diversi ambiti per le sue qualità intrinseche di leggerezza e resistenza. Negli ultimi anni, nel settore edile, è stato molto rivalutato il suo utilizzo rispetto al cemento o al mattone, ed è presto diventato il materiale di riferimento della bioedilizia per tutta una serie di motivi che potete trovare in questo articolo.
In breve, il legno è di facile reperimento, a basso impatto ambientale sia per produzione che per lavorazione, con ottime qualità di isolamento sia termico che acustico, e facile da smaltire.Tuttavia, questo materiale ha un limite naturale quando si parla di resistenza a trazione, limite che deriva dalla sua stessa architettura molecolare che è molto dilatata.
Ma si può modificare la struttura molecolare del legno per renderlo più resistente?
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Questo argomento è stato motivo di studio di un team di ricercatori dell’Università del Maryland, guidati da due professori associati della stessa università: Liangbing Hu e Teng Li, il primo interessato allo studio dei nanomateriali e nanostrutture, il secondo studioso della meccanica di materiali sostenibili e nanoelettronica. Un articolo riguardo questa ricerca è stato pubblicato sull’autorevole rivista scientifica Nature, numero 554.
Liangbing Hu spiega:
"Il super-legno potrebbe diventare un competitor dell'acciaio e persino delle leghe di titanio, grazie alla sua resistenza. È anche paragonabile alla fibra di carbonio, ma è molto meno costoso."
Il prodotto finale è stato ottenuto grazie all’ingegnerizzazione della materia prima naturale, ovvero il legno. La modifica della sua struttura molecolare gli ha fornito proprietà meccaniche tali da renderlo equivalente all’acciaio da costruzione, ad alcune sue leghe e persino a diverse leghe di titanio e carbonio. In più, rimangono inalterate, o addirittura vengono incrementate, le qualità naturali del legno, ovvero la sua leggerezza (1,30 g/cm³ del super legno contro 7,5/8,0 g/cm³ dell’acciaio), ed il suo basso impatto ambientale riguardante la produzione, estrazione e lavorazione.
Analizzando una serie di test su campioni, rispettivamente di legno naturale (con massa volumetrica di 0,43 ± 0,02 g/cm³) e di legno “ingegnerizzato” (con massa volumetrica di 1,30 ± 0,02 g/cm³), risultati significativi sono stati ottenuti riguardo la rigidezza del super-legno, quasi 11 volte maggiore di quello naturale: 51,6 GPa contro i 4,8 GPa del legno naturale. Anche le prove di durezza hanno mostrato risultati interessanti: la prova a rimbalzo ha fornito numeri superiori di circa 13 volte, quella di rigatura di 30 e la prova di smorzamento di circa 8 volte maggiori di quelli del legno naturale. Per quanto riguarda le prove di compressione sono stati mostrati risultati di 5,5 e 52,3 volte superiori, rispettivamente per la prova a compressione parallela alle fibre (163,6 MPa contro 29,6 MPa) e quella perpendicolare alle fibre del legno (203,8 MPa contro 3,9 MPa).
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Un materiale sorprendente, dunque, ottenuto attraverso il trattamento della materia prima-legno. Il primo passaggio è l’eliminazione parziale della lignina, il polimero organico responsabile della rigidità del legno e del suo colore bruno, e della emicellulosa, componente delle membrane cellulari lignee. Processo effettuato attraverso la bollitura in una soluzione di sodio e solfito di sodio. Subito dopo si procede ad un processo di pressatura a calore, con temperatura di circa 65,5°, necessario per compattare la materia rimanente ed eliminare eventuali vuoti al suo interno. Durante questa fase, le nanofibre di cellulosa si allineano e vanno a crearsi nuovi legami cellulari a idrogeno nelle catene molecolari, generando così un materiale molto denso e compatto, con una dimensione ridotta fino a 5 volte.
Quali possono essere allora le implicazioni del possibile utilizzo di questo super materiale? Per quanto riguarda il nostro ambito, il peso ridotto e le prestazioni meccaniche elevate porterebbero ad un’antisismica inarrivabile, anche in strutture con elevazioni importanti; non dobbiamo altresì sottovalutare il possibile risparmio di combustibile utilizzato nelle fasi di trasporto del prodotto, dovuto al minor volume ed al minor peso dello stesso. Infine, minor volume della struttura portante significa maggiore superficie utile calpestabile da poter sfruttare all’interno delle nuove costruzioni.
È naturale che la produzione del super legno sarebbe la soluzione a diverse problematiche. Purtroppo, per ora, il super legno rimane in laboratorio. Non resta che attendere fiduciosi il suo arrivo sul mercato.
