Wood as a supermaterial : An investigation into delignified and densified wood,with an introduction into cellulose-boosted wood
Wood is one of the most abundant and hence cheapest materials our world can offer. Research has recently shown that densified wood could replace steel in construction, or ceramic sheets in bullet proof vests. In this paper, three beech, three spruce and three oak wood samples were subject to six, seven or eight hours of delignification in 2.5M NaOH and 0.4M H2SO4. Additionally, a new and unique treatment of delignified wood has been devised and tested by soaking the samples in Schweizer's reagent to sediment cellulose into wood and hence forming cellulose-boosted wood. All samples were subjected to a tensile test, an FT-IR test and a density measurement. Beech wood samples delignified for seven hours and then densified, were subject to a ballistic test. This paper demonstrates that, following the method by Song et al., on wood samples of 9mm thickness the resulting material is about as strong as aluminium. In addition, it was, that each wood type has its highest tensile strength at a different amount of time spent in the delignifying solution. It was also ascertained that spruce wood is not a favourable wood type to use for delignification. Furthermore, cellulose-boosted wood is shown to have the same strength as delignified and densified wood. However, its Young's modulus is half as large. Additionally, treating the cellulose-boosted wood with HCl for two and a half hours beforehand has been shown to lead to a significant increase in tensile strength. Lastly, delignified and densified wood has not been shown to be very effective as a replacement for ceramic in bulletproof armour.
Holz ist eines der meist verbreiteten und dadurch billigsten Materialen, welches unsere Erde uns geben kann. Die Wissenschaft hat vor kurzem entdeckt, dass delignifiziertes, verdichtetes Holz Stahl in der Bauindustrie ersetzen könnte oder sogar Keramik in schusssicheren Westen. In dieser Arbeit wurden je drei Holzproben von Buche, Eiche und Fichte für sechs, sieben oder acht Stunden in 2.5M NaOH und 0.4M Na2SO4 delignifiziert. Ein neuer und einzigartiger Weg, um delignifiziertes Holz zu verarbeiten, wurde entworfen und gestestet, indem man es für 24h in Schweizers Reagens legt, wodurch man cellulose-boosted Holz herstellt. Alle Holzproben wurden einem Zugtest, einem FT-IR Test und einer Dichtemessung unterzogen. Buchenholz Proben, welche für sieben Stunden delignifiziert und dann verdichtet wurden, wurden ballistisch getestet. Diese Arbeit zeigt, dass man mit Holzproben der Dicke von 8-9mm, indem man der Methode von Song et al folgt, ein Material ungefähr so stark wie Aluminium, erhält. Zusätzlich wurde herausgefunden, dass jede Holzart eine andere Delignifizierungszeit braucht, um die maximale Zugfestigkeit zu erhalten. Es wurde zudem gezeigt, dass Fichtenholz sich nicht für Delignifizierung eignet. Diese Arbeit hat zusätzlich demonstriert, dass cellulose-boosted Holz die gleiche Zugfestigkeit aber einen halb so grosses Elastizitätsmodul hat wie delignifiziertes und verdichtetes Holz. Man sieht, dass Präparation von cellulose-boosted Holz mit HCl für 2.5 Stunden zu einer signifikanten Erhöhung der Zugfestigkeit führt. Zuletzt wurde gezeigt, dass Holz sich nicht als Ersatz für Keramik in schusssicheren Westen eignet.