Seを使用して松とブナの木材の色と抗菌特性を強化するための新しいアプローチ

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12972 (2023) この記事を引用

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パイン材 (PW) とブナ材 (BW) は、その独特の特性と低い加工コストにより、家具やその他の用途で最もよく使用される木材です。 しかし、その生分解性とさまざまな含水率により、その幅広い用途と耐久性が制限されます。 したがって、この研究では、木の耐久性、抗菌特性、色を強化するための新しい環境に優しいアプローチとしてナノテクノロジーが使用されました。 セレンナノ粒子 (Se-NP) は、環境に優しい方法を使用して、それぞれ 35 ～ 80 nm および 40 ～ 155 nm の範囲でさまざまな濃度 (25 および 50 mM) で球状に調製されました。 ナノスケールでの Se-NP の形成は、UV/Vis 分析、透過型電子顕微鏡 (TEM)、および X 線回折 (XRD) を使用して確認されました。 次に、調製した Se-NP を 2 時間から 1 週間の範囲の異なる期間、PW および BW に含浸させました。 次いで、処理された木材を蒸留水中で 14 日間浸出して、木材の表面から過剰な Se-NP を除去しました。 処理された木材の表面は、エネルギー分散型 X 線分光法 (EDX) と走査型電子顕微鏡 (SEM) を使用して検査されました。 さらに、接線方向と半径方向の両方の側で処理木材への Se-NP の浸透の深さを測定しました。 Se-NP が処理木材の色特性、密度、含水量、抗菌活性に及ぼす影響を評価しました。 Se-NP で処理した PW は、処理した BW よりも優れた抗菌特性と色特性を示しました。 50 mM Se-NP に 2 時間浸漬した PW サンプルは最も高い K/S 値を示しましたが、同じ濃度で 2 日間および 1 週間浸漬したサンプルでは最も高い抗菌値が得られました。

木材はその優れた品質により、何世紀にもわたってさまざまな理由で使用されてきました。 高強度、軽量、比較的耐久性があるため、主要な原材料となります。 したがって、効率的な材料で処理すれば、屋内および屋外の用途など、さまざまな用途に使用できます1、2。 すべての木材は、植物分類によれば、マツ (Pinus sylvestris) やブナ (Fagus sylvatica) などの針葉樹または広葉樹のいずれかに由来します 3,4。 PW は強度と重量の比が優れているため、家具に使用されます。 したがって、通常、魅力的な木材とみなされます5。 BW は機械加工に適した丈夫な木材であり、蒸気曲げに最適です6。 また、加工コストも低く抑えられ、リーズナブルな材質です7。 しかし、水分含有量の変化による生分解性や寸法不安定性など、主にその幅広い用途と耐久性を最小限に抑える 2 つの欠点があります 8、9、10。 さらに、塗料、ステイン、ワニス、艶出し剤、接着剤などの伝統的な木材の処理は、適切に扱われないと環境や人体に害を及ぼす可能性があります11。

この点において、ナノテクノロジーの使用により木材の耐久性が向上し、100 nm 以下の範囲の NP のユニークな特性により家具などの木製品の耐用年数が長くなります12。 生物学、物理学、材料科学、化学科学の概念がナノテクノロジーに融合し、さまざまな技術が開発されています13。 木材の保護にさまざまな NP を使用すると、水分の吸収を減らし、紫外線保護、機械的特性、および耐火性を向上させることができます 14、15、16、17。 NP はさまざまな抗菌クラスを提供し、毒性をほとんど持たずに持続的な抗菌作用を提供します 18。 さらに、基材の固有の特性を損なうことなく、材料に多機能特性と着色を与える能力もあります 19,20。 表面プラズモン共鳴、量子閉じ込め効果、NP 構造の色などの NP の光学特性により、幅広い色調整が可能です。 サイズ、形状、組成、表面機能を変更することで、NP は異なる色を持つことができます 21,22。