Efficacy of wollastonite-enriched acrylic coatings against fungal decay in non-treated and thermally-modified wood

يُعد الخشب مادة حية بُنيت بها الملاجئ البشرية لآلاف السنين، ومع ذلك فإنه يظل عرضة للعوامل الجوية. فعندما يُترك دون حماية، يتعرض للتعفن بفعل الفطريات، ويحترق في النار، ويتشوه مع تغير مستويات الرطوبة. وبينما طور العلماء منذ زمن طويل معالجات كيميائية لوقف هذا التحلل، فإن العديد من هذه الحلول تكون سامة أو صعبة التطبيق. ومن البدائل الشائعة "التعديل الحراري"، وهي عملية يتم فيها خبز الخشب في درجات حرارية عالية لتغيير كيميائه الداخلية، مما يجعله أقل جاذبية للكائنات المسببة للتعفن. ومع ذلك، حتى الخشب المعالج حرارياً ليس محصناً ضد جميع أنواع التحلل، كما أن الآلات الصناعية المطلوبة لهذه العملية باهظة الثمن. وهذا يترك فجوة لطريقة أبسط وأرخص لحماية الخشب، لا سيالما لأولئك الذين يرغبون في تجنب المواد الكيميائية القاسية. وقد وجه الباحثون اهتمامهم إلى معدن شائع يسمى "الولاستونيت" (wollastonite)، وهو صخر إبري الشكل يُستخدم غالباً في البلاستيك والسيراميك، لمعرفة ما إذا كان بإمكانه تقوية الدهانات الواقية وإيقاف تعفن الخشب.

قام فريق من العلماء من جامعات في إيران وأوروبا وأستراليا باختبار ما إذا كان خلط هذا المعدن في طلاء أكريليك قياسي يمكن أن يحمي الخشب من التعفن الفطري. وقد عملوا مع ثلاثة أنواع متميزة من الخشب: الزان، وهو خشب صلد كثيف؛ والحور، وهو خشب صلد خفيف؛ والتنوب، وهو خشب لينة. ولمحاكاة ظروف العالم الحقيقي، أعدوا مجموعتين من كل نوع من أنواع الخشب؛ حيث تُركت مجموعة في حالتها الطبيعية، بينما خضعت المجموعة الأخرى للتعديل الحراري عن طريق تسخينها إلى 185 درجة مئوية لمدة أربع ساعات. يغير هذا العلاج الحراري البنية الكيميائية للخشب، ويزيل بعض السكريات التي تتغذى عليها الفطريات. وبعد المعالجة الحرارية، تم تهيئة عينات الخشب لاستقرارها.

بعد ذلك، قام الباحثون بتطبيق طبقات طلاء مختلفة على هذه العينات. فقد تُرِكت بعض القطع عارية لتكون بمثابة مجموعة ضابطة، توضح مدى تعفن الخشب دون أي حماية. بينما تلقت قطع أخرى طلاء أكريليك مائياً قياسياً، وهو طلاء شائع يوجد في العديد من متاجر الأدوات المنزلية. أما المجموعة الأخيرة، فقد تلقت نسخة خاصة من نفس الطلاء، ولكن مع خلط "الولاستونيت" فيه. تمت إضافة المعدن بنسبة محددة، مما خلق معلقاً تم مزجه جيداً في الطلاء قبل الاستخدام. وتلقت كل قطعة خشب طبقتين من الطلاء، طُبقتا بفارق يوم واحد، مما نتج عنه طبقة جافة بسمك حوالي 210 ميكرومتر. وبمجرد طلاءها، وُضعت جميع العينات في بيئة محكومة وعُرّضت لنوعين عدوانيين من فطريات تعفن الخشب لمدة أربعة أشهر. أحد هذه الفطريات، المعروف بتسببه في "العفن البني"، يهاجم الألياف الهيكلية للخشب، بينما يعمل نوع آخر، وهو "العفن الأبيض"، على تفكيك لون الخشب وقوته.

بعد فترة التعرض التي استمرت أربعة أشهر، كانت النتائج مذهلة. فقد عانت عينات الخشب غير المعالجة من أضرار جسيمة، وفقدت كميات كبيرة من كتلتها مع التهام الفطريات للمادة. وفي بعض الحالات، فقد الخشب غير المحمي ما يقرب من 40 بالمائة من وزنه. قدم طلاء الأكريليك القياسي بعض المساعدة، حيث قلل من فقدان الكتلة، لكنه لم يكن درعاً مثالياً. ففي ظروف معينة، وخاصة مع خشب الزان، تشقق غشاء الطلاء وتقشر، مما سمح للخيوط الفطرية المجهرية باختراق الخشب الموجود تحته. ومع ذلك، فإن العينات المطلية بالطلاء المعزز بالولاستونيت حققت أداءً استثنائياً؛ إذ كان فقدان الكتلة في هذه العينات أقل بكثير، وغالباً ما انخفض إلى أقل من 3 بالمائة، بغض النظر عما إذا كان الخشب معالجاً حرارياً أم لا.

فحص الباحثون العينات تحت مجاهر قوية لفهم سبب نجاح الطلاء المعزز بالمعدن بهذا الشكل الجيد. ووجدوا أن الشكل الإبري لجزيئات الولاستونيت عمل كتعزيز فيزيائي داخل غشاء الطلاء، مما جعله أكثر قوة ومقاومة للتشقق. والأهم من ذلك، بدا أن المعدن يشكل روابط كيميائية قوية مع الطلاء نفسه، مما يخلق طبقة متماسكة يصعب على الفطريات اختراقها. ظل غشاء الطلاء سليماً تقريباً حتى بعد أشهر من الهجوم الفطري، في حين تدهورت طبقة الطلاء العادية بشكل ملحوظ. كما بدا أن المعدن يعمل كحاجز، مما يبطئ حركة الأكسجين والماء إلى سطح الخشب، وهما عنصران ضروريان لنمو الفطريات. وفي بعض الحالات، لاحظ الباحثون أن المعدن نفسه قد يكون قد تداخل مع قدرة الفطريات على النمو على السطح، مما حد من انتشار العفن.

كما قاس الباحثون مقدار القوة التي احتفظ بها الخشب بعد هجوم الفطريات. فالخشب الذي أكلته الفطريات أصبح ضعيفاً وهشاً، وفقد الكثير من قدرته على تحمل الوزن. ومع ذلك، حافظت العينات المحمية بطلاء الولاستونيت على سلامتها الهيكلية. وحتى الخشب الذي لم يخضع للمعالجة الحرارية ولكن طُلي بالطلاء المعدني، صمد بشكل جيد تقريباً مثل الخشب الذي لم يتعرض للهجوم. وهذا يشير إلى أن الطلاء فعل أكثر من مجرد الجلوس على السطح؛ فقد منع عملية التحلل بنشاط من المساس بالبنية الداخلية للخشب. وقد وفر الجمع بين التعديل الحراري وطلاء المعدن أفضل حماية، لكن الطلاء وحده كان دفاعاً قوياً للخشب غير المعالج.

تشير النتائج إلى أن إضافة معدن شائع وغير مكلف إلى طلاء قياسي يمكن أن يخلق درعاً فعالاً للغاية ضد تعفن الخشب. ويقدم هذا النهج حلاً عملياً لحماية الخشب دون الاعتماد على مواد كيميائية سامة أو مرافق معالجة حرارية صناعية باهضة الثمن. وخلص الباحثون إلى أن هذه الطريقة سهلة التطبيق وموثوقة لكل من الأخشاب الصلبة واللينة. ورغم أن الدراسة أجريت في بيئة مختبرية، إلا أن النتائج تشير إلى مسار واعد للمضي قدماً في تطبيقات العالم الحقيقي، مما يوفر وسيلة لإطالة عمر الهياكل الخشبية مع الحفاظ على بساطة عملية الحماية وصداقتها للبيئة.