Un nuovo approccio per migliorare il colore e le proprietà antimicrobiche del legno di pino e faggio utilizzando Se

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12972 (2023) Citare questo articolo

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Il legno di pino (PW) e il legno di faggio (BW) sono i legni più utilizzati nei mobili e in altre applicazioni grazie alle loro caratteristiche uniche e ai bassi costi di lavorazione. Tuttavia, la loro biodegradabilità e il diverso contenuto di umidità ne limitano l’uso più ampio e la durata. Pertanto, in questo studio, la nanotecnologia è stata utilizzata come un nuovo approccio ecologico per migliorare la durabilità, le proprietà antimicrobiche e il colore del legno. Le nanoparticelle di selenio (Se-NP) sono state preparate in forma sferica a varie concentrazioni (25 e 50 mM) utilizzando un metodo ecologico nell'intervallo rispettivamente di 35–80 e 40–155 nm. La formazione di Se-NP su scala nanometrica è stata confermata mediante analisi UV/Vis, microscopia elettronica a trasmissione (TEM) e diffrazione di raggi X (XRD). Le Se-NP preparate sono state quindi impregnate in PW e BW per periodi diversi che vanno da 2 ore a 1 settimana. Il legno trattato è stato poi lisciviato in acqua distillata per 14 giorni per eliminare le Se-NP in eccesso dalla superficie del legno. Le superfici di legno trattate sono state esaminate mediante spettroscopia a raggi X a dispersione di energia (EDX) e microscopia elettronica a scansione (SEM). Inoltre, è stata determinata la profondità di penetrazione delle Se-NP nel legno trattato sia sui lati tangenziale che radiale. Sono stati valutati gli impatti delle Se-NP sulle proprietà del colore, sulla densità, sul contenuto di umidità e sulle attività antimicrobiche del legno trattato. Il PW trattato con Se-NP ha mostrato caratteristiche antimicrobiche e di colore migliori rispetto al BW trattato. I campioni PW immersi in Se-NP da 50 mM per 2 ore hanno mostrato i valori K/S più alti, mentre i valori antimicrobici più alti sono stati ottenuti per quelli immersi alla stessa concentrazione per 2 giorni e 1 settimana.

Il legno è stato utilizzato per secoli per molte ragioni grazie alle sue eccezionali qualità. Rappresenta una materia prima primaria per la sua elevata resistenza, peso ridotto e relativa durata. Pertanto può essere utilizzato in numerose applicazioni, come applicazioni interne ed esterne, se trattato con materiali efficienti1,2. Tutto il legno deriva da alberi che possono essere di conifere o di latifoglie, secondo la classificazione botanica, come il pino (Pinus sylvestris) e il faggio (Fagus sylvatica)3,4. Il PW viene utilizzato nei mobili grazie al suo buon rapporto resistenza/peso; e quindi è generalmente considerato un legno attraente5. Il BW è un legno robusto che si lavora bene ed è ideale per la piegatura a vapore6. Inoltre, è un materiale dal prezzo ragionevole con un basso costo di lavorazione7. Tuttavia, ci sono due svantaggi che ne riducono principalmente l’ampio utilizzo e la durabilità, tra cui la biodegradabilità e l’instabilità dimensionale come risultato del cambiamento del contenuto di umidità8,9,10. Inoltre, i tradizionali trattamenti del legno, comprese vernici, tinte, vernici, lucidanti e adesivi, se non gestiti correttamente, possono danneggiare l'ambiente e gli esseri umani11.

A questo proposito, l’uso della nanotecnologia può migliorare la durabilità del legno, aumentando così la durata di servizio dei prodotti in legno come i mobili grazie alle proprietà uniche delle NP nell’intervallo di 100 nm o meno12. I concetti di scienze biologiche, fisiche, dei materiali e chimiche si stanno fondendo nella nanotecnologia per lo sviluppo di varie tecnologie13. Quando si utilizzano diverse NP per la protezione del legno, è possibile ridurre l'assorbimento di umidità e migliorare la protezione dai raggi ultravioletti, le proprietà meccaniche e la resistenza al fuoco14,15,16,17. Le NP forniscono un’ampia varietà di classi antimicrobiche e offrono un’azione antibatterica persistente con scarsa tossicità18. Inoltre, hanno la capacità di conferire proprietà multifunzionali e colorazione ai materiali senza compromettere le caratteristiche intrinseche del substrato19,20. Un'ampia gamma di regolazioni del colore è possibile grazie alle proprietà ottiche delle NP come la risonanza plasmonica superficiale, gli effetti di confinamento quantistico e i colori strutturati delle NP. Cambiando dimensione, forma, composizione e funzione superficiale, le NP potrebbero avere colori diversi21,22.