Analys av transparent trä tillverkat genom delignifiering och PMMA-infiltration

Sammanfattning: Rapporten presenterar en studie där tre trätyper, balsa, ask och björk, fabriceras genom en förutbestämd metod till transparent trä. Detta material har många möjliga applikationer, inklusive energieffektiva byggnader, förpackningar, solceller och elektroniska apparater. Syftet med studien är att jämföra de erhållna proverna av transparent trä utifrån morfologi och optiska egenskaper samt koppla dessa resultat till mikrostruktur. Detta för att avgöra huruvida den specifika fabriceringsmetoden lämpar sig för trätyperna och vilken som är mest lämpad. Den valda fabriceringsmetoden består av tre steg, delignifiering, tvätt med lösningsmedel samt polymerinfiltration. Syftet med det första steget i processen, delignifieringen, är att ta bort lignin, beståndsdelen i trä som ger träet dess färg. Detta skedde genom kemikaliebehandling med acetatbuffer och natriumklorit i sur miljö under uppvärmning, varvid träproverna blev vita. Proverna placerades därefter i en vakuumdesickator där de tvättades med etanol och därefter aceton. Etanol hindrar fibrerna från att krympa och acetonet tar bort de sista kemikalieresterna i trästrukturen. Inför det sista steget, polymerinfiltrationen, polymeriserades monomerer av metylmetakrylat till oligomerer, varpå dessa pressades in i träproverna med vakuum där de polymeriserades till polymetylmetakrylat (PMMA). PMMA har ett liknande brytningsindex till trä, vilket minskar ljusspridningen och ökar transparensen i provet. Vidare placerades träproverna mellan två glasplattor och lindades in i aluminiumfolie. Proverna värmdes i ugn där polymeriseringen slutfördes och det transparenta träet erhölls. Träprovernas optiska egenskaper och morfologi karakteriserades. För att bestämma optiska egenskaper uppmättes transmittans och haze. Transmittansen anger hur mycket ljus som kan passera genom provet, medan haze anger hur mycket ljusspridning som sker i förhållande till transmittansen. Dessa parametrar uppmättes enligt ASTM D1003 “Standard Method for Haze and Luminous Transmittance of Transparent Plastics”. Provernas morfologi karakteriserades med ett svepelektronmikroskop (SEM) och resultaten presenterades med högupplösta bilder. Från dessaanalyserades mikrostrukturen i träproverna och graden av delignifiering och polymerinfiltration bedömdes. Resultaten från mätningarna av de optiska egenskaperna visade att balsa har den högsta transmittansen (81–87%), följt av björk (74–83%) och sedan ask (66–78% för sommarved och 74–83% för vårved). Vidare uppmättes haze till ca 65–70% för balsa, ca 70–75% för björk och 74-80% för ask. Genom analys av SEM-bilderna bedömdes graden av delignifiering som högst i balsaträet. För att avgöra detta studerades mellanrummet mellan fibrerna som i obehandlat trä är ligninfyllda. Det observerades då att dessa mellanrum var mest tomma i det delignifierade balsaträt, vilket antydde på att graden av delignifiering var högst för denna trätyp. Graden av polymerinfiltrering ansågs likvärdig för de tre träsorterna då det förekom luftfickor i samtliga träprov. Sammanlagt ledde detta till att balsa blev mest transparent av de tre träsorterna, och är den mest lämpade träsorten för denna fabriceringsmetod.