هل يقاوم الخشب المعالج حراريًا الرطوبة بشكل أفضل؟

ما هو الخشب المعالج حراريًا وكيف يحسن التعديل الحراري مقاومة الرطوبة؟

تعريف وعملية التعديل الحراري في الخشب المعالج حراريًا

عندما تُعالج الخشب حراريًا، فإنه يمر بعملية تسخين خاصة دون استخدام أي مواد كيميائية. تتراوح درجة الحرارة بين حوالي 180 درجة مئوية وتصل إلى نحو 220 درجة في هذه الحجرات المملوءة بالبخار. ما الذي يحدث داخليًا؟ حسنًا، هناك في الأساس ثلاث خطوات لهذه العملية التحويلية. أولًا تأتي مرحلة التجفيف، حيث يتم إزالة كل الرطوبة من الخشب. ثم نرفع درجة الحرارة بشكل كبير، مما يؤدي إلى تفكيك الأجزاء التي تمتص الماء بسهولة. وأخيرًا، يتم التبريد التدريجي لضمان استقرار الخشب بعد المعالجة. تتميز هذه الطريقة عن طرق العلاج التقليدية بالضغط لأنها لا تضيف أي مواد سامة للحفاظ على الخشب. بل تعتمد بالكامل على ما يحدث عندما يتعرض الخشب لحرارة شديدة، مما يجعله أكثر متانة ويقاوم التلف الناتج عن الرطوبة مع مرور الوقت.

كيف تقلل المعالجة الحرارية من الامتصاصية والانجذاب للماء

عندما تتحلل التعديلات الحرارية الهيميسليلوز، وهو الجزء من الخشب الذي يحتفظ بالرطوبة أكثر من غيره، فإنها تقلل من مجموعات الهيدروكسيل بنحو النصف وفقًا لأبحاث معهد علوم الخشب الصادرة العام الماضي. وهذا يجعل الخشب يمتص كمية أقل بكثير من الماء مقارنةً بالخشب العادي غير المعالج، وتتراوح هذه الكمية الأقل بين 30 و40 بالمئة تقريبًا. ما يلفت الانتباه حقًا هو مدى استقرار محتوى الرطوبة عند التوازن حتى عندما تصل مستويات الرطوبة إلى 90 بالمئة. وهذا يعني أن احتمال تمدد الخشب أو انكماشه بشكل غير متوقع أصبح ضئيلًا جدًا، وهي ظاهرة قد تسبب مشكلات للمعماريين وصانعي الأثاث على حد سواء.

نظرة علمية عامة: التغيرات البنيوية الرئيسية أثناء التعديل الحراري

يؤدي التعرض للحرارة إلى تغييرَين بنيويَّين حاسمين:

1. ارتباط اللجنين المتشابك : يُكوّن روابط مقاومة للرطوبة تحسّن الثبات الأبعادي
2. بلورة السليولوز : تقلل من تباعد اللييفات الدقيقة، مما يحد من اختراق الماء

دراسة نُشرت في عام 2021 بـ علوم وتكنولوجيا الخشب وقد وُجد أن هذه التحولات تقلل التشوهات المرتبطة بالرطوبة بنسبة 40–60%، مما يفسر سبب بقاء الخشب المعالج حراريًا محافظًا على سلامته الشكلية في الظروف الرطبة.

التغيرات الكيميائية في الخشب أثناء المعالجة الحرارية التي تعزز مقاومة الرطوبة

تحلل الهيميسليلوز ودوره في خفض امتصاص الرطوبة

تفكك الهيميسليلوز نتيجة التحلل الحراري المُتحكم فيه خلال المعالجة الحرارية، حيث يتم إزالة ما يصل إلى 85% من مجموعات الأسيتيل الخاصة به، وهي المواقع الرئيسية لارتباط الماء. ويقلل هذا التحلل من قدرة الخشب على امتصاص الرطوبة والاحتفاظ بها بنسبة تصل إلى 50% مقارنةً بالخشب غير المعالج، ما يؤدي إلى تغيير جوهري في السلوك الاستقطابي للرطوبة.

التعديلات البنيوية للينين والسليولوز في الخشب المعالج حراريًا

يؤدي عملية التسخين إلى ثلاث تغيرات كيميائية متآزرة:

1. إعادة تشكيل اللينين : تزيد تفاعلات الربط العرضي من كرهية الماء
2. التبلور الجزئي للسليولوز : يقلل من مجموعات الهيدروكسيل المتاحة بنسبة 30–40%
3. تحلل الهيميسليلوز : يزيل المواد الجاذبة للرطوبة المستندة إلى السكريات

هذه التعديلات تقلل بشكل جماعي من الانجذاب للماء مع الحفاظ على القوة الميكانيكية.

الحد من مجموعات الهيدروكسيل وتحسين مقاومة الماء بشكل عام

عندما يتعرض الخشب للعلاج الحراري، فإنه يؤثر على تلك المناطق غير المتبلورة في بنية السليلوز حيث تحتفظ مجموعات الهيدروكسيل (-OH) عادةً بجزيئات الماء. ما يحدث بعد ذلك أمر مثير للاهتمام: تتغير طاقة السطح بشكل كبير. بدلاً من أن يكون الخشب محبًا للماء عند حوالي 45-50 ملي نيوتن/متر، يصبح خشبيًا كارهًا للماء مع انخفاض القيم إلى حوالي 28-32 ملي نيوتن/متر. وهذا يعني أن ماء المطر يبقى على شكل قُطيرات فوق السطح بدلًا من امتصاصه. وقد أظهرت الاختبارات أيضًا نتائج مثيرة للإعجاب. بعد غمر العينات لمدة 24 ساعة متواصلة، تمتص العينات المعالجة حراريًا رطوبة أقل بنسبة تقريبًا 60 بالمئة مقارنة بالخشب العادي غير المعالج في ظروف مماثلة.

رؤى بحثية: التحليل الكيميائي للخشب المعالج حراريًا

تؤكد دراسات حديثة في مطيافية الأشعة تحت الحمراء القريبة (FTIR) أن المعالجة الحرارية:

• تقلل من محتوى الهيميسليلوز بنسبة 42–65%، حسب النوع النباتي
• تزيد من التركيز النسبي للينتين من 25–30% إلى 35–40%
• تُنتج روابط إستر مقاومة للتحلل المائي

هذه التغيرات الكيميائية تفسر سبب بقاء الخشب المعالج حرارياً عند محتوى رطوبة متوازن (EMC) أقل من 12% حتى عند رطوبة نسبية تبلغ 90%.

محتوى الرطوبة المتوازن المنخفض (EMC) في الخشب المعالج حرارياً: الأسباب والفوائد

يحقق الخشب المعدّل حرارياً انخفاضاً يصل إلى 50% في محتوى الرطوبة المتوازن مقارنة بالخشب غير المعالج، مما يغيّر استجابته للرطوبة البيئية.

فهم انخفاض محتوى الرطوبة المتوازن في الخشب المعالج حرارياً تحت مستويات مختلفة من الرطوبة

التعرض لدرجات حرارة بين 180°م و230°م يؤدي إلى تدهور الهيميسليلوز ويقلل من كثافة مجموعات الهيدروكسيل، وهي عوامل رئيسية في امتصاص الرطوبة. ونتيجة لذلك، يحتفظ الخشب المعالج حرارياً بمستوى رطوبة متوازنة (EMC) يتراوح بين 9–12% عند رطوبة نسبية تبلغ 85%. على النقيض من الخشب غير المعالج الذي يتضخم في الظروف الرطبة، فإن الخشب المُعدَّل يُظهر تغيراً أبعادياً بنسبة 1%.

بيانات مقارنة: مستويات الرطوبة المتوازنة (EMC) في الخشب غير المعالج مقابل الخشب المُعالَج حرارياً

كشف تحليل ميتاوي عام 2024 شمل 27 نوعاً من أنواع الخشب عن الآتي:

تستمر هذه الثباتية عبر دورات التعرض: حيث يعيد الخشب المعالج حرارياً امتصاص 35%من الرطوبة التي تم طردها أثناء إعادة الترطيب، بالمقارنة مع 90% في العينات غير المعالجة.

مزايا الأداء طويلة المدى بسبب محتوى الرطوبة المستقر

يوفر محتوى الرطوبة المتوازن (EMC) فوائد قابلة للقياس:

• 12–15 سنة تمديد عمر الخدمة في تطبيقات الأرضيات الخارجية
• انخفاض بنسبة 83٪ في مطالبات التحلل الفطري (رابطة حماية الخشب 2023)
• إزالة الصيانة المرتبطة بالالتواء في المناخات الرطبة

من خلال الحفاظ على رطوبة داخلية أقل من 10٪، يقاوم الخشب المعالج حرارياً التحلل البيولوجي والإجهاد الميكانيكي، مما يجعله مثالياً للأعمال النجارة الخارجية، والساونا، وباقي البيئات ذات الرطوبة العالية.

الثبات البُعدي للخشب المعدل حرارياً في البيئات الرطبة والخارجية

كيف تقلل المعالجة الحرارية من التمدد والانكماش في الظروف الرطبة

عندما يتعرض الخشب للعلاج الحراري، فإن مادة الهيميسليلوز تنحل وتقل المجموعات الهيدروكسيلية، مما يقلل من امتصاصه للرطوبة بنسبة تقارب 60%. أظهرت دراسة نُشرت العام الماضي في علوم المواد أن الخشب المعالج حرارياً يحتفظ بنحو 40% فقط من قدرة الخشب العادي على الاستجابة للتغيرات الرطوبية. وكشفت اختبارات أجريت عند مستويات رطوبة عالية (حوالي 90%) أن التمدد والانكماش انخفضا بنسبة تتراوح بين 60 و70%. ما يحدث داخلياً مثيرٌ للاهتمام أيضاً. فجدران الخلايا تبدأ بتكوين بوليمرات طاردة للماء تعمل كحواجز تمنع التمدد والانكماش الناتج عن التغيرات الرطوبية الطبيعية في البيئة.

أداء الخشب المعالج حرارياً في الظروف المناخية المتغيرة

أظهرت الاختبارات أن الخشب المعالج حراريًا يتغير أبعاده بنسبة 0.8 بالمئة أو أقل عند تعرضه لمستويات رطوبة تتراوح بين 30 و90 بالمئة على مدى أسبوعين. كما تُظهر الملاحظات الميدانية في المناطق الباردة جدًا، حيث يمكن أن تنخفض درجات الحرارة إلى ناقص 25 مئوية في الشتاء وترتفع إلى زائد 35 في الصيف، أمرًا مثيرًا أيضًا. فلقد ظل القشرة الخشبية المصنوعة من الخشب الحراري (Thermowood) متماسكة ضمن هامش يقارب 1.2 مليمتر لكل متر بعد خمس سنوات كاملة من التعرض للعوامل الجوية. وهذا يفوق بثلاث مرات الأداء المعتاد للخشب العادي المُعالَج كيميائيًا تحت الضغط. والسبب؟ يكمن في أن البنية الخلوية للخشب تتغير أثناء عملية المعالجة الحرارية، ما يجعلها غير قادرة على امتصاص الماء عبر القنوات الدقيقة داخل الخشب. وبالتالي، فإن هذا يقلل من الإجهادات الداخلية التي تتكون داخل المادة عند مرورها بفترات التجمد والذوبان المتكررة في المناخات الباردة.

دراسة حالة: الخشب المعالج حراريًا في تطبيقات الأرضيات الخارجية والواجهات

أظهرت دراسة استمرت 5 سنوات حول أرضيات الرماد المعالج حراريًا في البيئات الساحلية لبحر البلطيق ما يلي:

• امتصاص الماء : أقل بنسبة 23% مقارنة بالخشب غير المعالج
• تكوّن الفراغات : تغير في العرض بنسبة 0.5% مقابل 2.1% في خشب الأرز
• تشقق السطح : عمق متوسط 0.8 مم مقابل 2.4 مم في الأخشاب الاستوائية الصلبة

استلزمت واجهات هذا المكوّن إجراء تعديلات بعد التركيب أقل بنسبة 73% مقارنةً بالأخشاب التقليدية.

معلومة صناعية: ثباتية عالية دون استخدام مواد حافظة كيميائية

بالنظر إلى أحدث الأرقام من صناعة النجارة في عام 2024، يتبنّى حوالي 84 بالمئة من مصنّعي المنتجات المعمارية الخشب المعالج حرارياً عندما يحتاجون إلى مادة متينة ودقيقة للمشاريع الخارجية. لماذا؟ هذا النوع من الخشب يحافظ على محتواه من الرطوبة أقل من 6% حتى في الظروف المناخية العادية، ما يجعله مماثلاً للمواد المركبة البلاستيكية من حيث الأداء، مع بقائه قابلاً للتحلل الطبيعي بمرور الوقت. ما يجعل ذلك ممكناً ليس إضافة مواد كيميائية معقدة لاحقاً، بل ما يحدث طبيعياً عند تسخين الخشب. أثناء المعالجة، تتحول اللجنين الموجودة داخل الخشب فعلاً إلى هياكل شبكة مستقرة تشبه عملية تكرمل السكر، مما يمنح الخشب خصائصه الخاصة دون الحاجة إلى أي علاجات إضافية.

امتصاص الرطوبة والأداء المرتبط بالماء في الخشب المعالج حرارياً

النتائج التجريبية حول امتصاص الرطوبة في الخشب المعالج حرارياً

تشير الأبحاث إلى أن الخشب المعالج حرارياً يمتص حوالي 35 إلى 50 بالمئة أقل من الرطوبة مقارنة بالخشب العادي غير المعالج عند وضعه في بيئات مماثلة. وعند النظر إلى بيانات من دراسة نُشرت في سلسلة مؤتمرات IOP عام 2021، وُجد أمر مثير للاهتمام حول صنوبر الصنوبر المعدل حرارياً على وجه التحديد. فقد توصل الخشب المعالج إلى حالة توازنه من الرطوبة أسرع بحوالي 2.3 مرة مقارنة بعينات الخشب العادية، وانخفض مستوى امتصاصه إلى 12% فقط من الرطوبة حتى عند التعرض لمستويات رطوبة عالية جداً مثل 90%. فلماذا يحدث ذلك؟ اتضح أن عملية التسخين تؤدي إلى تحلل مادة تُعرف باسم الهيميسليلوز داخل هيكل الخشب. وما الغريب في ذلك؟ إن هذا المكون بالذات يُفسر نحو 85% من كمية الرطوبة التي يميل الخشب العادي إلى امتصاصها طبيعياً.

السلوك تحت التعرض الدوري للرطوبة والآثار في العالم الواقعي

عند التعرض لدورات رطوبة متكررة تتراوح بين 30–90%، يُظهر الخشب المعالج حرارياً ما يلي:

• انخفاض بنسبة 72٪ في التغيرات الأبعاد مقارنة بالخشب غير المعالج (وفقًا لمعيار المتانة EN 335)
• عدم تكوّن شقوق بعد أكثر من 50 دورة
• تماسك متسق للدهانات والطلاءات

تجعل هذه الأداء الموثوق به مناسبًا جدًا للحمامات والساونا والهياكل الساحلية التي تكون فيها التقلبات اليومية في الرطوبة شائعة.

مقارنة مباشرة: الخشب المعالج حراريًا مقابل الخشب غير المعالج من حيث امتصاص الماء

تُظهر اختبارات الغمر المختبرية فروقًا واضحة:

إن التقليل الدائم لمجموعات الهيدروكسيل من خلال التعديل الحراري يُنشئ بنية خلوية كارهة للماء، ويقلل من امتصاص الخشب للماء بنسبة 54–68% عبر الأنواع المختلفة.

الأسئلة الشائعة

ما هو الخشب المعالج حرارياً؟

الخشب المعالج حرارياً هو خشب تعرّض لعملية معالجة بالحرارة دون استخدام مواد كيميائية. هذه المعالجة تحسّن متانته ومقاومته للرطوبة.

كيف يقلل التعديل الحراري من امتصاص الخشب للماء؟

يشمل التعديل الحراري تحليل الهيميسيلولوز، وتقليل مجموعات الهيدروكسيل، وزيادة محتوى اللجنين، وكلها عوامل تسهم في تقليل امتصاص الماء.

ما الفوائد التي يقدّمها الخشب المعالج حرارياً؟

يقدّم الخشب المعالج حرارياً مقاومة أعلى للرطوبة، واستقراراً أبعادياً، وعمر خدمة أطول، وتقليل حالات فساده بسبب الفطريات. وهو مثالي للتطبيقات الخارجية.

هل الخشب المعالج حرارياً صديق للبيئة؟

نعم، لا تستخدم العملية مواد كيميائية، وتحسّن الخصائص الطبيعية للخشب، مما يجعلها صديقة للبيئة ومستدامة.