Het is eigenlijk erg logisch als je erover nadenkt. ALs papier nat wordt, dan zwelt het op. Dat werkt ook zo bij nano-isolatieschuim op basis van houtvezels. Als je bij dat materiaal wat water doet, dan drukt het de minuscule vezels uitelkaar. Zo ontstaat er een super isolerend materiaal, ontdekten wetenschappers van de Universiteit van Stockholm en enkele andere internationale universiteiten. Deze nanofibrillatorschuimen zijn volgens hen uitstekende vervangers van de bestaande op aardolie gebaseerde producten. Daardoor kan zowel de bouwwereld als de verpakkingsindustrie een belangrijke stap voorwaarts nemen op het gebied van duurzaamheid, aldus de Zweedse onderzoekers.
Aanpassing van bestaande isolatie
De onderzoekers toonden aan dat bij een hogere luchtvochtigheid water sijpelt in de ruimtes van kleine houten vezeltjes op nanoformaat. Daardoor zwelt het isolatiemateriaal op en kan de warmte niet meer door het materiaal bewegen. De hogere efficiëntie van het materiaal maakt het ook mogelijk om de isolatie in bestaande gebouwen aan te passen zonder binnenruimte te verliezen of de gevel te wijzigen.
Lennart Bergström, materiaalwetenschapper en professor aan de Universiteit van Stockholm, leidde het team van onderzoekers van universiteiten in Zweden, Japan en de Verenigde Staten. Het team begon met cellulosepulp. Dat is de grondstof van het Zweedse bedrijf Domsjö Fabriker waarmee je papier maakt. Ze braken de reeds kleine vezels af tot nog veel kleinere nanodeeltjes van cellulose, opgelost in water.
Luchtvochtigheid reguleert warmtestroom
Vervolgens gebruikten de onderzoekers ijs als sjabloon om de nano-fibrillemassa in te vriezen tot een schuim. De kleine houtdeeltjes werden door de groeiende ijskristallen samengeperst, waardoor een soort gaas ontstond. Eenmaal gevriesdroogd, maten de onderzoekers de warmtestroom door het schuim met een speciaal gemaakt apparaat, dat zowel de luchtvochtigheid als de temperatuur vastlegde.
De warmtestroom door het materiaal werd gereguleerd door de relatieve luchtvochtigheid. De lucht in het schuim maakte namelijk plaats voor water. Ook zette het materiaal uit. Het water drukte de vezels uit elkaar. Dat verminderde de warmtestroom. Het schuim werd daardoor effectiever als isolatiemateriaal.
Grote verrassing
“Dat was de grote verrassing van dit onderzoek. Het is de eerste keer dat iemand heeft laten zien dat water een materiaal superisolerend kan maken”, zegt onderzoeker Lennart Bergström. Alle biopolymeren zijn hydroscopisch. Biopolymeren houden van water. ze nemen het graag op. Polymeren op basis van fossiele brandstoffen reageren niet op vocht. Dit wordt om twee redenen als voordelig beschouwd. Ze isoleren onafhankelijk van vocht en er is geen schimmelvorming.”
Bouwpanelen met nano-schuimisolatie
Maar nanoschuim op basis van hout werkt beter. Het materiaal is luchtdoorlatend is. Als de luchtvochtigheid toeneemt, neemt het water op. Als de luchtvochtigheid daalt, komt dat water weer vrij. “Daardoor worden schimmelvorming en condensatieproblemen in het materiaal mogelijk worden geminimaliseerd,” aldus de wetenschapper.
De volgende stap is dat het team de nanomaterialen ontwerpt en aanpast om de isolatieprestaties te optimaliseren bij verschillende niveaus van vochtigheid in het nanomateriaal. Vervolgens moeten de onderzoekers een manier vinden om hun productiemethoden op te schalen, om zo bouwpanelen met nanoschuim-isolatie op houtvezelbasis te maken.
Er is overigens wel concurrentie op dit gebied. Andere onderzoekers hebben geprobeerd om nanoschuim te maken van materialen als grafeen en suikerriet.
Ook interessant: Slim hout kan bouwmateriaal van de toekomst worden.
