取材自波薩輕木 更安全環保節能 透明木材 可望取代玻璃

編譯/韋士塔 |2020.10.24
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編譯/韋士塔

科學家運用創新技術,研發可替代傳統窗玻璃的透明木材,不僅安全性勝過傳統玻璃,生產過程也更節能、環保。透明木材未來有可能取代塑膠、玻璃甚至水泥,應用在家具、建築材料等領域。

美國馬里蘭大學和科羅拉多大學的研究團隊採用原生於南美和中美的波薩輕木(balsa tree),把木材泡在氧化劑裡,褪去幾乎所有可見的顏色;木材結構中的吸光物質去除之後,再把聚乙烯醇(PVA)合成聚合物注入木材。PVA被廣泛應用於複合材料,是具有光學透明性的環保聚合物;這種聚合物滲入木材模板後,能讓木材呈現高透光率和低霧度,幾乎透明。

馬里蘭大學材料科學家胡良秉解釋,一般的玻璃會阻擋和反射一些光線,導致透光性降低,但這種透明木材的導光效應比玻璃好,能讓更多光線通過。

此外,PVA和纖維素黏合後,能形成高密度結構,不僅比玻璃更耐用、更輕,還能有效鎖住熱能。

斯德哥爾摩皇家理工學院科學家蒙塔納利(Celine Montanari)表示:「PVA是多功能材料,透光性很好,也可以減少熱能散逸。」

研究團隊的報告指出:「一般住宅的玻璃窗鎖熱能力不強,導致約25%熱能流失。我們研發的木質窗戶,鎖熱效率是傳統玻璃的5倍,能解決供熱成本、能源短缺問題,也有助改善與碳排放相關的氣候變遷衝擊。」

研究團隊表示,波薩輕木是木棉科、輕木屬中唯一的常綠中等喬木,也是世界上生長速度最快的樹種之一,10年可長高至16公尺。波薩輕木的細胞組織更新極快,材質因此非常輕、軟且富有彈性。

這種特點讓波薩輕木製成的透明木材能夠承受更強烈的撞擊,而且受損時只會彎曲或裂開,並不會造成粉碎;相較之下,傳統玻璃受到衝擊時容易破碎,常造成安全上的風險。

研究人員指出,他們最初想開發透明木質玻璃,是因為傳統玻璃製品的生產過程需消耗大量能源;生產玻璃時,須把原料以約攝氏1400度的高溫融化。

此外,玻璃製造過程也對環境有害。生產玻璃的原料如石英砂、蘇打灰及石灰均為顆粒狀,在存放、運送和混合過程中會產生懸浮粒子。不僅如此,玻璃的原料在高溫下融化時,會形成硫化物和氮化物,是形成酸雨的來源,而且會產生大量溫室氣體,每年高達2萬5千噸。

研究人員說:「實際測試的數據證明,以透明木質玻璃取代傳統玻璃,可節省能源成本,包括玻璃製造和住家供熱。另外,生產過程也更環保。」

他們表示:「透明木材是低碳排放、永續、可再生的資源,比玻璃、塑膠更容易分解。這種木材只要使用既有的工業設備就能製造,且隨著製造技術成熟,生產成本可望持續降低,更容易大量生產及商業化。」

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