Holz ist so vielfältig einsetzbar wie kaum ein anderer Rohstoff. Der Fantasie sind hier kaum Grenzen gesetzt und die Forschung mit Holz gewinnt immer mehr an Dynamik und liefert erstaunliche Ergebnisse auch in Anwendungsbereichen, in denen man Holz kaum vermuten würde.
Messer sind in der Regel aus Stahl oder Keramik gefertigt. Wissenschaftler haben jetzt eine nachhaltige Alternative aus gehärtetem Holz entwickelt, die dreimal so scharf wie ein Messer aus rostfreiem Stahl sein kann und sogar Stahlnägel ersetzen kann.
Hochwertige Materialien, die man für Herstellung von Werkzeugen, Besteck oder eben auch Messer benötigt, sind oft nicht nachhaltig. In der Herstellung sind sie energieintensiv, aufwändig und daher meist teuer. Metalllegierungen, Keramik oder Kunststoffe sind zudem – im Gegensatz zu Holz – nicht erneuerbar. Der nachwachsende Rohstoff Holz wird deshalb auch immer mehr im großen Stil verwendet wie im Hausbau, auch mehrstöckige Häuser und sogar Hochhäuser gibt es bereits. Für manche Anwendungen scheint Holz aber zu weich bzw. zu wenig stabil zu sein.
Dabei sei Cellulose an sich besser als so manches künstliches Material, beschreibt die Arbeitsgruppe mit Bo Chen, Ulrich H. Leiste, William L. Fourney, Yu Liu, Qiongyu Chen, Teng Li von der University of Maryland in einer Aussendung zu einem neuen Material auf Holzbasis.
Fortschritt und Potenzial
Harte Materialien sind in vielen Bereichen von großem Interesse, darunter Schneidwerkzeuge, Befestigungsmaterialien und verschleißfeste Beschichtungen. Diese weit verbreiteten Hartstoffe sind jedoch oft nicht erneuerbar und teuer. Es wird eine effektive Strategie zur einfachen Herstellung eines superharten Materials auf Basis von Naturholz und zwei potenzielle Anwendungen eines solchen harten Materials gezeigt . Durch einen einfachen und effektiven Ansatz kann rohes Naturholz zu einem gehärteten Holz (HW) mit einer 23-fachen Härtesteigerung verarbeitet werden. Diese bemerkenswerten mechanischen Eigenschaften von HW, kombiniert mit seinen intrinsischen Vorteilen, wie Nachhaltigkeit, natürliche Fülle und niedrige Kosten, versprechen HW, ein Kandidat für den Ersatz von Stahl und Kunststoffen in einer Vielzahl von Anwendungen zu werden.
Zweistufige Verdichtung
Bei dem neuen Verfahren werden die schwächeren Bestandteile entfernt, ohne die Cellulose zu beschädigen. „Es ist ein zweistufiger Prozess“, erklärt Li. „Zuerst wird das Lignin teilweise entzogen. Normalerweise ist Holz sehr starr. Danach wird es weich, biegsam und fast schwammig.“ Durch Druck und Hitze wird das chemisch behandelte Holz anschließend verdichtet und Wasser entzogen.
Durch die Bearbeitung verschwinde ein großer Teil der natürlichen „Defekte“ im Holz – kleine Hohlräume und Kanäle, die in lebendigen Bäumen Wasser und Nährstoffe transportieren. Am Ende sei das Material 23-mal so hart wie das ursprüngliche Holz. Nachdem es die Forscher in die gewünschte Form gebracht haben, überziehen sie es mit einer dünnen Schicht Mineralöl, um seine Lebenszeit zu verlängern. „Das Messer schneidet ohne Problem ein medium gebratenes Steak“, so Li. Es kann gewaschen und wiederverwendet werden.
Das bearbeitete Holz lässt sich aber auch für andere Zwecke nutzen, wie die Forscher anhand eines Nagels demonstrieren. Auch dieser habe wesentliche Vorteile gegenüber einer Variante aus Stahl: Er rostet nicht. In Zukunft könnte das Material vielleicht noch großflächiger verwendet, so die Hoffnung der Studienautoren, etwa für Bodenbeläge, die nicht durch Kratzer oder anderweitig beschädigt werden können.
Quellen
Science direct: Hardened wood as a renewable alternative to steel and plastic
Cell.com Hardened wood as a renewable alternative to steel and plastic
ORF Science https://science.orf.at/stories/3209356/
