Ko termisesti käsitelty puu kestää kosteutta paremmin?

Mikä on termisesti käsitelty puu ja kuinka lämpökäsittely parantaa kosteuden kestävyyttä?

Termin määritelmä ja prosessi termisesti käsitellyssä puussa

Kun puuta käsitellään lämpökäytöllä, se läpikäy erityisen lämmitysprosessin ilman minkäänlaisia kemikaaleja. Lämpötila vaihtelee noin 180 asteesta Celsius-asteikolla noin 220 asteeseen näissä höyrytäyttyneissä kammioissa. Mitä tapahtuu sisällä? Muutoksessa on oleellisesti kolme vaihetta. Ensin tulee kuivatusvaihe, jossa kaikki kosteus poistetaan puusta. Sitten nostamme huomattavasti lämpötilaa, mikä hajottaa ne osat puussa, jotka helposti imevät vettä. Lopuksi kaikki jäähtyy hitaasti varmistaakseen, että puu pysyy stabiilina käsittelyn jälkeen. Tämä menetelmä eroaa perinteisestä painekäsittelystä siinä, ettei puun säilyttämiseksi lisätä mitään myrkyllistä. Sen sijaan kaikki perustuu siihen, mitä tapahtuu, kun puu kohtaa voimakasta kuumuutta, mikä tekee siitä kestävämmän ja vastustuskykyisemmän kosteuden aiheuttamia vaurioita vastaan ajassa.

Kuinka lämpökäsittely vähentää hygroskooppisuutta ja veden sitoutumiskykyä

Kun lämpökäsittely hajottaa selluloosan, joka on puun osa, joka pitää kiinni kosteudesta eniten, se vähentää hydroksyyliryhmiä noin puoleen viime vuoden Puutieteellisen instituutin tutkimusten mukaan. Tämä tekee puusta huomattavasti vähemmän vesipitoista verrattuna tavalliseen käsitemättömään puuhun, noin 30–40 prosenttia vähemmän. Erityisen mielenkiintoista on, kuinka stabiili tasapainokosteus säilyy jopa silloin, kun ilmankosteus nousee jopa 90 prosenttiin. Tämä tarkoittaa, että puun laajenemisella tai kutistumisella on paljon pienempi todennäköisyys aiheuttaa yllätyksellisiä ongelmia rakentajille ja huonekalutekijöille.

Tieteellinen katsaus: Keskeiset rakenteelliset muutokset lämpökäsittelyn aikana

Lämmön vaikutus aiheuttaa kaksi kriittistä rakenteellista muutosta:

1. Ligniinin ristikkoaminen : Muodostaa kosteutta vastustavia sidoksia, jotka parantavat mitallista stabiilisuutta
2. Selluloosan kiteytyminen : Vähentää mikrokuitujen välistä etäisyyttä, rajoittaen veden tunkeutumista

Vuoden 2021 tutkimus julkaisussa Puutiede ja teknologia löydettiin, että nämä muutokset vähentävät kosteuteen liittyvää muodonmuutosta 40–60 %, mikä selittää, miksi lämpökäsitelty puu säilyttää muotonsa kosteissa olosuhteissa.

Puun kemialliset muutokset lämpökäsittelyn aikana, jotka parantavat kosteuden kestävyyttä

Hemiiselluloosan hajoaminen ja sen rooli kosteuden absorboitumisen alentamisessa

Lämpökäsittelyn aikainen ohjattu puhdistus hajottaa hemiiselluloosan, poistaen jopa 85 % sen asetyyliryhmistä – avaintunnisteista vedelle sitoutumisessa. Tämä hajoaminen vähentää puun kykyä imeä ja sitoa kosteutta jopa 50 % verrattuna käsittelemättömään puuhun, muuttaen perustavanlaatuisesti sen hygroskooppista käyttäytymistä.

Ligniinin ja selluloosan rakenteelliset muutokset lämpökäsitellyssä puussa

Kuumakäsittely aiheuttaa kolme synergististä kemiallista muutosta:

1. Ligniinin uudelleenjärjestäytyminen : Ristiinisidoksia lisäävät reaktiot lisäävät hydrofobisuutta
2. Osittainen selluloosan kiteytyminen : Vähentää saatavilla olevia hydroksyyliryhmiä 30–40 %
3. Hemiselluloosan depolymerisaatio : Poistaa sokeripohjaiset kosteuden houkuttimet

Nämä muutokset vähentävät yhdessä vesihyökkäystä samalla kun säilytetään mekaaninen lujuus.

Hydroksyyliryhmien väheneminen ja kokonaisvesikarkaistuksen parantuminen

Kun puuta käsitellään lämpökäsittelyllä, se vaikuttaa selluloosarakenteen amorfisiin alueisiin, joissa hydroksyyliryhmät (-OH) tavallisesti sitovat vesimolekyylejä. Seuraavaksi tapahtuu melko mielenkiintoinen ilmiö: pinnan energia muuttuu dramaattisesti. Sen sijaan, että olisi vettä rakastava noin 45–50 mN/m, puu muuttuu vettä hylkiväksi, ja arvot laskevat noin 28–32 mN/m. Tämä tarkoittaa, että sadevesi vain lojuu pinnalla kuin helminä eikä imeydy sisään. Testit ovat osoittaneet myös vaikuttavia tuloksia. Jatkuvan 24 tunnin upotuksen jälkeen lämpökäsitellyt näytteet ottavat noin 60 prosenttia vähemmän kosteutta verrattuna tavalliseen käsitemättömään puuhun samanlaisissa olosuhteissa.

Tutkimustiedot: Lämpökäsitellyn puun kemiallinen analyysi

Uusimmat FTIR-spektroskopia-tutkimukset vahvistavat, että lämpökäsittely:

• Vähentää hemieselluloosapitoisuutta 42–65 %, riippuen lajista
• Kasvattaa ligniinin suhteellista pitoisuutta 25–30 %:sta 35–40 %:iin
• Muodostaa esterisidoksia, jotka ovat resistenteitä hydrolyysille

Nämä kemialliset siirtymät selittävät, miksi lämpökäsitelty puu säilyttää tasapainokostean arvon alle 12 %, myös 90 %:n ilmankosteudessa.

Matalampi tasapainokosteus (EMC) lämpökäsitellyssä puussa: Syyt ja hyödyt

Lämpökäsitelty puu saavuttaa jopa 50 % matalamman tasapainokosteuden kuin käsittelemätön puu, mikä muuttaa sen reaktiota ympäristön kosteuteen.

Tasapainokosteen alenemisen ymmärtäminen lämpökäsitellyssä puussa eri ilmankosteusoloissa

Lämpötilojen 180°C ja 230°C aiheuttama altistuminen hajoaa hemieselluloosaa ja vähentää hydroksyyliryhmien tiheyttä – nämä ovat keskeisiä tekijöitä kosteuden absorptiossa. Tämän seurauksena lämpökäsitelty puu säilyttää 9–12 % tasapainokostean määrän 85 %:n suhteellisessa kosteudessa. Toisin kuin käsittelemätön puu, joka laajenee kosteissa olosuhteissa, muunnettu puu osoittaa alle 1 %:n mitallisen muutoksen.

Vertaileva tieto: Tasapainokosteet käsittelemättömässä ja lämpökäsitellyssä puussa

Vuoden 2024 meta-analyysi 27 eri puulajista osoitti:

Tämä stabiilius säilyy useissa kierroissa: lämpökäsitelty puu imee takaisin ainoastaan 35%päästetystä kosteudesta uudelleenneljäytymisen aikana, kun taas käsittelemättömät näytteet imaisevat takaisin 90 %.

Pitkän aikavälin suorituskykyetulyötteet vakion kosteuspitoisuuden ansiosta

Alhaisempi EMC tarjoaa havaittavia etuja:

• 12–15 vuotta palveluelinkaaren pidentyminen terassikäytössä
• 83 % vähennys sieniturmallisissa vaateissa (Wood Protection Association 2023)
• Kimmokkeiden liittyvän huollon poistaminen kosteissa ilmastoissa

Sisäisen kosteuspitoisuuden pitämällä alle 10 %:n, lämpökäsitelty puu kestää sekä biologista hajoamista että mekaanista rasitusta, mikä tekee siitä ideaalisen ulkoisiin ikkunoihin, saunoihin ja muihin korkean kosteuden ympäristöihin

Lämpökäsitellyn puun mitallinen stabiilius kosteissa ja ulkoisissa olosuhteissa

Miten lämpökäsittely vähentää turpoamista ja kutistumista kosteissa olosuhteissa

Kun puuta käsitellään lämpökäsittelemällä, hemieselluloosa hajoaa ja hydroksyyliryhmät vähenevät, mikä vähentää kosteuden absorptiota noin 60 prosentilla. Viime vuonna julkaistu materiaalitieteiden tutkimus osoitti, että lämpökäsitelty puu sitoo noin 40 prosenttia siitä määrästä kosteutta, jonka tavallinen puu ottaa vastaan muuttuvissa kosteusolosuhteissa. Korkealla ilmankosteudella (noin 90 %) tehdyt testit osoittivat, että puun turpoaminen ja kutistuminen väheni 60–70 prosenttia. Myös sisäisesti tapahtuu mielenkiintoisia muutoksia: soluseinien sisälle alkaa muodostua vedenpitäviä polymeerejä, jotka toimivat esteinä ympäristön normaaleja kosteusvaihteluja vastaan laajentumista ja kutistumista vastaan.

Lämpökäsitellyn puun suorituskyky vaihtelevissa ilmastollisissa olosuhteissa

Testit ovat osoittaneet, että lämpökäsitellyn puun mitat muuttuvat noin 0,8 prosenttia tai vähemmän, kun sitä altistetaan kosteustasolle 30–90 prosenttia kahden viikon ajan. Kenttätarkkailut erittäin kylmissä alueissa, joissa lämpötila voi laskea miinus 25 celsiusasteeseen talvella ja nousta plus 35 asteeseen kesällä, paljastavat myös mielenkiintoisia tuloksia. Viiden vuoden jälkeen Thermowood-ulkopuupaneeli säilyttää tasaisuutensa noin 1,2 millimetrin tarkkuudella metriä kohti. Tämä on itse asiassa kolme kertaa parempi kuin mitä tavallisilla painekäsitellyillä puumateriaaleilla yleensä saavutetaan. Syy tähän on se, että kuumakäsittelyn aikana puun solurakenne muuttuu siten, ettei se enää ime vettä puun sisällä olevien pienten kanavien kautta. Tämä tarkoittaa, että materiaalin sisälle ei synny yhtä paljon jännitystä jäätyessä ja sullessa, mikä tapahtuu usein kylmemmissä ilmastoissa.

Tapaus: Lämpökäsitelty puu ulkokäytössä terassien ja julkisivujen sovelluksissa

Viisivuotinen tutkimus lämpökäsitellystä tuhkapuusta valmistetuista katualueista Itämeren rannikkoalueilla osoitti:

• Vesimahdollisuus : 23 % alhaisempi kuin käsittelemättömässä puussa
• Rakojen muodostuminen : 0,5 % leveysvaihtelu verrattuna 2,1 %:iin ceder-puussa
• Pintahalkeamat : keskimäärin 0,8 mm syvyys verrattuna 2,4 mm:iin trooppisissa havupuissa

Tästä materiaalista valmistetut julkisivut vaativat 73 % vähemmän jälkiasennuksen jälkeisiä säätöjä kuin perinteiset puutavara.

Alatieto: Korkea stabiilisuus ilman kemiallisia säilytysaineita

Katsottaessa viimeisimpiä lukuja sahatavarateollisuudelta vuodelta 2024, noin 84 prosenttia arkkitehtuurivalmistajista käyttää lämpökäsiteltyä puuta, kun tarvitaan kestävää ja tarkkaa materiaalia ulkotiloihin. Miksi? Tämäntyyppinen puu pitää kosteuspitoisuuden alle 6 prosenttia normaalissa ilmasto-olosuhteissa, mikä asettaa sen samalle tasolle muovikomposiittimateriaalien kanssa, mutta se hajoaa silti luonnollisesti ajan myötä. Tämän mahdollistaa ei jälkikäteen lisättyjä monimutkaisia kemikaaleja, vaan se, mitä tapahtuu luonnollisesti puun kuumennuksen yhteydessä. Käsittelyn aikana puun sisällä oleva ligniini muuttuu stabiileiksi verkkorakenteiksi, jotka muistuttavat sokerin karamellisoitumista, antaen puulle sen erityiset ominaisuudet ilman lisäkäsittelyitä.

Lämpökäsitellyn puun kosteudenottokyky ja veteen liittyvä suorituskyky

Kokeellisia tuloksia lämpökäsitellyn puun kosteudenottokyvystä

Tutkimukset osoittavat, että lämpökäsitelty puu imee noin 35–50 prosenttia vähemmän kosteutta verrattuna tavalliseen käsittelemättömään puuhun samanlaisissa olosuhteissa. Tarkasteltaessa vuonna 2021 julkaistussa IOP Conference Series -julkaisusarjassa esitettyjä tietoja, tehtiin mielenkiintoinen havainto erityisesti lämpökäsitellystä mäntyputkesta. Käsitelty puu saavutti kosteustasapainonsa noin 2,3 kertaa nopeammin kuin tavalliset puunäytteet ja pysähtyi vain 12 prosentin kosteuspitoisuuteen, vaikka sitä altistettiin hyvin korkeille ilmankosteuden tasoille, kuten 90 prosentille. Miksi näin tapahtuu? Ovuksi osoittautuu, että lämmitysprosessi hajottaa puurakenteessa olevaa hemieselluloosia. Ja arvaa mitä? Juuri tämä komponentti vastaa noin 85 prosentista siitä, kuinka paljon kosteutta tavallinen puu luonnostaan haluaa imeä.

Käyttäytyminen syklisten kosteusvaihteluiden alaisena ja käytännön merkitykset

Kun lämpökäsiteltyä puuta altistetaan toistuville 30–90 prosentin kosteusvaihteluille, se osoittaa:

• 72 % vähemmän muutoksia mitoissa verrattuna käsitemattoon puuhun (EN 335 -kestävyysstandardin mukaan)
• Ei halkeamien kehittymistä yli 50 syklin jälkeen
• Vakaa tarttuvuus maaleille ja pinnoitteille

Tämä luotettava suorituskyky tekee siitä erinomaisen soveltuvan käyttöön kylpyhuoneisiin, saunoihin ja rannikkoalueiden rakenteisiin, joissa päivittäiset kosteuden vaihtelut ovat yleisiä.

Suora vertailu: Lämpökäsitelty vs. Käsitematon puu veden imeytymisessä

Laboratoriotestit veden imeytymisestä korostavat selviä eroja:

Hydroksyyliryhmien pysyvä vähentyminen lämpökäsittelyllä luo hydrofobisen solurakenteen, joka vähentää veden imeytymistä 54–68 % eri puulajeissa.

UKK

Mikä on lämpökäsitelty puu?

Lämpökäsitelty puu on puuta, joka on käsitelty lämmöllä ilman kemikaalien käyttöä. Tämä käsittely parantaa sen kestävyyttä ja kosteudenkestävyyttä.

Kuinka lämpökäsittely vähentää puun veden absorptiota?

Lämpökäsittely sisältää hemieselluloosin hajottamisen, hydroksyyliryhmien vähentämisen ja ligniinin pitoisuuden kasvattamisen, mikä kaikki vaikuttaa alhaisempaan veden absorptioon.

Mitä hyötyjä lämpökäsitellyllä puulla on?

Lämpökäsitelty puu tarjoaa parantuneen kosteudenkeston, mitallisen stabiilisuuden, pidemmän käyttöiän ja vähentää sieniturpeutumisvaarat. Se soveltuu erinomaisesti ulkokäyttöön.

Onko lämpökäsitelty puu ympäristöystävällistä?

Kyllä, prosessi ei käytä kemikaaleja, ja se parantaa puun luonnollisia ominaisuuksia, mikä tekee siitä ympäristöystävällisen ja kestävän.