Une nouvelle approche pour améliorer la couleur et les propriétés antimicrobiennes du bois de pin et de hêtre à l'aide de Se

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12972 (2023) Citer cet article

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Le bois de pin (PW) et le bois de hêtre (BW) sont les bois les plus utilisés dans la fabrication de meubles et d'autres applications en raison de leurs caractéristiques uniques et de leur faible coût d'usinage. Cependant, leur biodégradabilité et leur teneur en humidité variée limitent leur utilisation et leur durabilité à plus grande échelle. Par conséquent, dans cette étude, la nanotechnologie a été utilisée comme nouvelle approche écologique pour améliorer la durabilité, les propriétés antimicrobiennes et la couleur du bois. Des nanoparticules de sélénium (Se-NP) ont été préparées sous forme sphérique à des concentrations variées (25 et 50 mM) en utilisant une méthode écologique comprise entre 35 et 80 et 40 et 155 nm, respectivement. La formation de Se-NP à l'échelle nanométrique a été confirmée par analyse UV/Vis, microscopie électronique à transmission (TEM) et diffraction des rayons X (XRD). Les Se-NP préparées ont ensuite été imprégnées dans PW et BW pendant différentes périodes allant de 2 h à 1 semaine. Le bois traité a ensuite été lessivé dans de l’eau distillée pendant 14 jours pour éliminer l’excès de Se-NP de la surface du bois. Les surfaces de bois traitées ont été examinées par spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (EDX) et microscopie électronique à balayage (MEB). De plus, la profondeur de pénétration des Se-NP dans le bois traité sur les côtés tangentiel et radial a été déterminée. Les impacts des Se-NP sur les propriétés de couleur, la densité, la teneur en humidité et les activités antimicrobiennes du bois traité ont été évalués. Les PW traités avec des Se-NP présentaient de meilleures caractéristiques antimicrobiennes et de couleur que les BW traités. Les échantillons de PW immergés dans 50 mM de Se-NP pendant 2 h ont montré les valeurs K/S les plus élevées, tandis que les valeurs antimicrobiennes les plus élevées ont été obtenues pour ceux immergés à la même concentration pendant 2 jours et 1 semaine.

Le bois est utilisé depuis des siècles pour de nombreuses raisons en raison de ses qualités exceptionnelles. Il représente une matière première primaire en raison de sa haute résistance, de son faible poids et de sa relative durabilité. Par conséquent, il peut être utilisé dans de nombreuses applications, telles que des applications intérieures et extérieures, s’il est traité avec des matériaux efficaces1,2. Tous les bois proviennent d'arbres résineux ou feuillus, selon la classification botanique, comme le pin (Pinus sylvestris) et le hêtre (Fagus sylvatica)3,4. Le PW est utilisé dans les meubles en raison de son bon rapport résistance/poids ; et par conséquent, il est généralement considéré comme un bois attrayant5. Le BW est un bois robuste qui s’usine bien et est idéal pour le cintrage à la vapeur6. De plus, c’est un matériau d’un prix raisonnable avec un faible coût d’usinage7. Cependant, il existe deux inconvénients qui minimisent principalement son utilisation plus large et sa durabilité, notamment la biodégradabilité et l'instabilité dimensionnelle résultant du changement de sa teneur en humidité8,9,10. De plus, les traitements traditionnels du bois, notamment les peintures, teintures, vernis, cirages et adhésifs, s’ils ne sont pas manipulés correctement, peuvent nuire à l’environnement et aux humains11.

À cet égard, l’utilisation de la nanotechnologie peut améliorer la durabilité du bois, augmentant ainsi la durée de vie des produits en bois tels que les meubles grâce aux propriétés uniques des NP de l’ordre de 100 nm ou moins12. Les concepts des sciences biologiques, physiques, matérielles et chimiques fusionnent dans les nanotechnologies pour le développement de diverses technologies13. En utilisant différents NP pour la protection du bois, il est possible de réduire l’absorption d’humidité et d’améliorer la protection contre les ultraviolets, les propriétés mécaniques et la résistance au feu14,15,16,17. Les NP offrent une grande variété de classes antimicrobiennes et offrent une action antibactérienne persistante avec peu de toxicité18. De plus, ils ont la capacité de conférer des propriétés multifonctionnelles et une coloration aux matériaux sans compromettre les caractéristiques inhérentes du substrat19,20. Une large gamme d'accordabilité des couleurs est possible grâce aux propriétés optiques des NP telles que la résonance plasmonique de surface, les effets de confinement quantique et les couleurs structurées par les NP. En modifiant la taille, la forme, la composition et la fonction de la surface, les NP pourraient avoir des couleurs différentes21,22.