Czy drewno termooprawione lepiej odpiera wilgoć?

Czym jest drewno termooprawione i jak modyfikacja termiczna poprawia odporność na wilgoć?

Definicja i proces modyfikacji termicznej w drewnie termooprawionym

Gdy drewno jest poddawane obróbce termicznej, przechodzi specjalny proces ogrzewania bez udziału jakichkolwiek chemicznych substancji. Temperatura waha się od około 180 stopni Celsjusza do około 220 w tych komorach wypełnionych parą. Co się dzieje wewnątrz? W zasadzie transformacja ta składa się z trzech etapów. Pierwszy to faza suszenia, podczas której cała wilgoć jest usuwana z drewna. Następnie znacznie zwiększamy temperaturę, co prowadzi do rozkładu tych części drewna, które tak łatwo wchłaniają wodę. Na końcu temperatura powoli obniża się, aby zapewnić stabilność drewna po obróbce. To podejście różni się od tradycyjnych metod impregnacji pod ciśnieniem, ponieważ nie dodaje się żadnych toksycznych substancji w celu konserwacji drewna. Chodzi tu wyłącznie o to, co się dzieje, gdy drewno napotyka intensywne ciepło, dzięki czemu staje się bardziej trwałe i odporno na uszkodzenia spowodowane wilgocią w czasie.

Jak obróbka cieplna zmniejsza higroskopijność i przyciąganie wody

Gdy modyfikacja termiczna rozkłada hemicelulozę, czyli część drewna, która najbardziej zatrzymuje wilgoć, redukuje ona grupy hydroksylowe o około połowę, według badań Instytutu Nauki o Drewnie przeprowadzonych w zeszłym roku. Powoduje to znacznie mniejsze wchłanianie wody przez drewno w porównaniu do zwykłego, niemodyfikowanego drewna – o 30 do 40 procent mniej. Co szczególnie interesujące, zawartość wilgoci w stanie równowagi pozostaje bardzo stabilna, nawet gdy poziom wilgotności osiąga aż 90%. Oznacza to, że ryzyko niespodziewanego rozszerzania się lub kurczenia drewna jest znacznie mniejsze, co może stanowić problem zarówno dla budowniczych, jak i wytwórców mebli.

Przegląd naukowy: Kluczowe zmiany strukturalne podczas modyfikacji termicznej

Narażenie na ciepło powoduje dwie kluczowe zmiany strukturalne:

1. Sieciowanie ligniny : Tworzy wiązania odporne na wilgoć, poprawiające stabilność wymiarową
2. Krystaliczność celulozy : Zmniejsza odstępy między mikrofibrylami, ograniczając penetrację wody

Badanie z 2021 roku opublikowane w Nauka o Drewnie i Technologia stwierdzono, że te przemiany zmniejszają odkształcenia związane z wilgocią o 40–60%, co wyjaśnia, dlaczego drewno modyfikowane termicznie zachowuje integralność kształtu w warunkach wysokiej wilgotności.

Zmiany chemiczne w drewnie podczas obróbki cieplnej, które zwiększają odporność na wilgoć

Rozkład hemicelulozy i jego rola w obniżeniu pochłaniania wilgoci

Kontrolowana piroliza podczas obróbki cieplnej rozkłada hemicelulozę, eliminując do 85% jej grup acetylowych – kluczowych miejsc wiązania wody. Ten rozkład zmniejsza zdolność drewna do pochłaniania i zatrzymywania wilgoci nawet o 50% w porównaniu z drewnem nieprzetworzonym, co zasadniczo zmienia jego higroskopijność.

Modyfikacje strukturalne ligniny i celulozy w drewnie modyfikowanym termicznie

Proces cieplny wywołuje trzy synergistyczne zmiany chemiczne:

1. Rekonstrukcja ligniny : Reakcje sieciowania zwiększają hydrofobowość
2. Cząstkowa krystalizacja celulozy : Zmniejsza dostępne grupy hydroksylowe o 30–40%
3. Depolimeryzacja hemicelulozy : Usuwa cukrowe cząsteczki przyciągające wilgoć

Te modyfikacje łącznie minimalizują powinowactwo do wody, zachowując jednocześnie wytrzymałość mechaniczną.

Redukcja grup hydroksylowych i ogólna poprawa odporności na wodę

Gdy drewno poddawane jest obróbce termicznej, proces ten wpływa na amorficzne obszary struktury celulozy, gdzie grupy hydroksylowe (-OH) normalnie wiążą cząsteczki wody. Następnie zachodzi zjawisko o dużym znaczeniu: energia powierzchniowa zmienia się diametralnie. Zamiast być wodoosłodniona (ok. 45–50 mN/m), drewno staje się wodoodporne, a wartości spadają do około 28–32 mN/m. Oznacza to, że woda deszczowa pozostaje na powierzchni w formie kropelek, zamiast wsiąkać. Badania wykazały również imponujące wyniki: po 24 godzinach ciągłego zanurzenia próbki poddanej obróbce termicznej wchłaniają o około 60% mniej wilgoci niż zwykłe, nieprzetworzone drewno w podobnych warunkach.

Wnioski badań: Analiza chemiczna drewna poddanego obróbce termicznej

Najnowsze badania spektroskopii FTIR potwierdzają, że obróbka termiczna:

• Zmniejsza zawartość hemicelulozy o 42–65%, w zależności od gatunku
• Zwiększa względną koncentrację ligniny z 25–30% do 35–40%
• Tworzy wiązania estrów odpornych na hydrolizę

Te zmiany chemiczne wyjaśniają, dlaczego drewno poddane obróbce termicznej utrzymuje wilgotność równowagową poniżej 12%, nawet przy wilgotności względnej wynoszącej 90%.

Niższa wilgotność równowagowa (EMC) w drewnie termomodyfikowanym: przyczyny i korzyści

Drewno modyfikowane termicznie osiąga nawet o 50% niższą wilgotność równowagową niż drewno nieprzetworzone, co zmienia jego reakcję na wilgotność otoczenia.

Zrozumienie obniżenia wilgotności równowagowej w drewnie poddanym obróbce cieplnej przy różnej wilgotności powietrza

Narażenie na temperatury w zakresie od 180°C do 230°C prowadzi do degradacji hemicelulozy i zmniejszenia gęstości grup hydroksylowych — kluczowych czynników pochłaniania wilgoci. W rezultacie drewno modyfikowane termicznie utrzymuje 9–12% EMC przy wilgotności względnej 85%. W przeciwieństwie do drewna nieprzetworzonego, które pęcznieje w wilgotnych warunkach, drewno modyfikowane wykazuje jedynie 1% zmianę wymiarów.

Dane porównawcze: poziomy EMC w drewnie nieprzetworzonym a drewnie modyfikowanym termicznie

Metaanaliza z 2024 roku obejmująca 27 gatunków drewna ujawniła:

Ta stabilność utrzymuje się przez wiele cykli: drewno poddane obróbce termicznej ponownie wchłania jedynie 35%wilgoci uwalnianej podczas odwodnienia, w porównaniu do 90% w przypadku próbek nieprzetworzonych.

Długoterminowe zalety wydajności dzięki stabilnej zawartości wilgoci

Zmniejszona wartość EMC przekłada się na mierzalne korzyści:

• 12–15 lat wydłużenie żywotności w zastosowaniach tarasowych
• 83% redukcja roszczeń związanych z pleśnieciem (Stowarzyszenie Ochrony Drewna 2023)
• Wyeliminowanie konieczności konserwacji spowodowanej wyginaniem się w klimacie wilgotnym

Utrzymywanie wilgotności wewnętrznej poniżej 10% pozwala drewnu poddanemu termoobróbce na odporność zarówno na biologiczne procesy rozkładu, jak i na naprężenia mechaniczne, co czyni je idealnym rozwiązaniem do użycia w stolarkach zewnętrznych, saunach oraz innych środowiskach o wysokiej wilgotności.

Stabilność wymiarowa drewna modyfikowanego termicznie w warunkach wilgotnych i zewnętrznych

W jaki sposób obróbka termiczna minimalizuje pęcznienie i kurczenie się w warunkach wilgotnych

Gdy drewno poddawane jest obróbce cieplnej, hemiceluloza ulega rozkładowi, a grupy hydroksylowe zmniejszają się, co obniża jego pochłanianie wilgoci o około 60%. Badania opublikowane w zeszłym roku w dziedzinie nauk materiałowych wykazały, że termodrewno zachowuje jedynie około 40% zdolności drewna zwykłego do reakcji na zmiany wilgotności. Testy przeprowadzone przy wysokiej wilgotności (około 90%) ujawniły, że pęcznienie i kurczenie zmniejszyły się o 60–70%. To, co dzieje się wewnątrz, jest również bardzo interesujące. Ściany komórkowe zaczynają tworzyć polimery odporniejsze na wodę, które działają jak bariery chroniące przed rozszerzaniem i kurczeniem się spowodowanym normalnymi wahaniami wilgotności w środowisku.

Wydajność termodrewna w warunkach klimatu o dużych wahaniach

Badania wykazały, że drewno termicznie modyfikowane zmienia swoje wymiary jedynie o około 0,8 procent lub mniej, gdy jest narażone na wilgotność w zakresie od 30 do 90 procent przez dwa tygodnie. Obserwacje terenowe w bardzo zimnych regionach, gdzie temperatury mogą spadać do minus 25 stopni Celsjusza zimą i wzrastać do plus 35 stopni latem, pokazują również ciekawe wyniki. Obróbka drewna termicznego utrzymuje równoległość w granicach około 1,2 milimetra na metr po pięciu pełnych latach. To aż trzy razy lepszy wynik niż ten, który zwykle obserwuje się dla standardowych opcji drewna impregnowanego pod ciśnieniem. Dlaczego? Otóż struktura komórkowa ulega zmianie podczas obróbki, przez co drewno nie wchłania już wody przez drobne kanały wewnątrz. Oznacza to mniejsze naprężenia wewnętrzne w materiale podczas cykli zamrażania i rozmrażania, które często występują w chłodniejszych klimatach.

Studium przypadku: Drewno termicznie modyfikowane w zastosowaniach tarasowych i elewacyjnych

5-letnie badanie kompozytu z piły termoobrobionej stosowanego w przybrzeżnych warunkach Bałtyku wykazało:

• Wchłanianie wody : o 23% niższe niż u drewna nieprzetworzonego
• Tworzenie się szczelin : 0,5% zmienność szerokości w porównaniu do 2,1% u cedru
• Pęknięcia powierzchniowe : średnia głębokość 0,8 mm w porównaniu do 2,4 mm u twardych gatunków drewna tropikalnego

Elewacje wykonane z tego materiału wymagały o 73% mniej regulacji po montażu niż tradycyjne drewno.

Wgląd Branżowy: Wysoka stabilność bez środków chemicznych konserwujących

Patrząc na najnowsze dane z branży tartacznej z 2024 roku, około 84 procent producentów wyrobów architektonicznych wybiera drewno modyfikowane termicznie, gdy potrzebują czegoś trwałego i precyzyjnego do projektów zewnętrznych. Dlaczego? Ten rodzaj drewna utrzymuje zawartość wilgoci poniżej 6%, nawet przy normalnych warunkach klimatycznych, co umieszcza je na tym samym poziomie co materiały kompozytowe plastikowe, ale nadal ulega naturalnemu rozkładowi w czasie. To, co to umożliwia, nie są żadne zaawansowane chemiczne dodatki, lecz procesy zachodzące naturalnie podczas ogrzewania drewna. W trakcie obróbki lignina wewnątrz drewna przekształca się w stabilne struktury sieciowe, podobnie jak przy karmelizowaniu cukru, nadając drewnu specjalne właściwości bez konieczności stosowania dodatkowych środków.

Pochłanianie wilgoci i właściwości związane z wodą w drewnie modyfikowanym termicznie

Wyniki eksperymentalne dotyczące poboru wilgoci w drewnie modyfikowanym termicznie

Badania wskazują, że drewno poddane obróbce cieplnej wchłania o około 35–50 procent mniej wilgoci w porównaniu do zwykłego, nieprzetworzonego drewna, gdy oba znajdują się w podobnych warunkach. Analizując dane z badania opublikowanego w serii konferencyjnej IOP z 2021 roku, stwierdzono ciekawostkę dotyczącą konkretnie termicznie modyfikowanej sosny. Przetworzone drewno osiągało punkt równowagi wilgotnościowej aż 2,3 razy szybciej niż zwykłe próbki drewna, ustabilizowując się na poziomie zaledwie 12% wilgoci, nawet przy narażeniu na bardzo wysokie poziomy wilgotności, takie jak 90%. Dlaczego to się dzieje? Okazuje się, że proces ogrzewania rozkłada składnik zwany hemicelulozą w strukturze drewna. A wiecie co? Ten właśnie składnik odpowiada za około 85% ilości wilgoci, jaką zwykłe drewno naturalnie chce wchłonąć.

Zachowanie przy cyklicznym narażeniu na wilgoć i implikacje praktyczne

Podczas narażania na powtarzające się cykle wilgotności 30–90% drewno poddane obróbce termicznej wykazuje:

• 72% mniejsza zmiana wymiarów niż u drewna nieprzetworzonego (zgodnie ze standardem trwałości EN 335)
• Brak powstawania pęknięć po ponad 50 cyklach
• Stałe przyleganie farb i powłok

Ta niezawodna wydajność czyni je idealnym wyborem do łazienek, saun oraz konstrukcji nadmorskich, gdzie często występują dzienne wahania wilgotności.

Porównanie bezpośrednie: Drewno termicznie modyfikowane vs. Drewno nieprzetworzone pod względem pochłaniania wody

Testy laboratoryjne zanurzeniowe wykazują wyraźne różnice:

Trwałe zmniejszenie ilości grup hydroksylowych dzięki modyfikacji cieplnej tworzy hydrofobową strukturę komórkową, redukując powinowactwo do wody o 54–68% w różnych gatunkach drewna.

Często zadawane pytania

Co to jest drewno termoobrobione?

Drewno termoobrobione to drewno poddane procesowi obróbki cieplnej bez użycia chemikaliów. Ta obróbka zwiększa jego trwałość i odporność na wilgoć.

W jaki sposób modyfikacja cieplna zmniejsza pochłanianie wody przez drewno?

Modyfikacja cieplna polega na rozkładzie hemicelulozy, zmniejszeniu liczby grup hydroksylowych oraz zwiększeniu zawartości ligniny, co wszystko przyczynia się do mniejszego pochłaniania wody.

Jakie korzyści oferuje drewno termoobrobione?

Drewno termoobrobione oferuje zwiększoną odporność na wilgoć, stabilność wymiarową, dłuższą żywotność oraz mniejsze zagrożenie pleśnią. Jest idealne do zastosowań zewnętrznych.

Czy drewno termoobrobione jest przyjazne dla środowiska?

Tak, proces nie wykorzystuje chemicznych środków i wzmocnia naturalne właściwości drewna, czyniąc je przyjaznym dla środowiska i zrównoważonym.