Обладает ли термообработанная древесина лучшей устойчивостью к влаге?

Что такое термообработанная древесина и как термическая модификация повышает устойчивость к влаге?

Определение и процесс термической модификации в термообработанной древесине

Когда древесину подвергают термообработке, она проходит специальный процесс нагревания без использования химических веществ. Температура варьируется от примерно 180 градусов Цельсия до около 220 в этих камерах, наполненных паром. Что происходит внутри? По сути, этот процесс трансформации состоит из трёх этапов. Сначала идёт фаза сушки, на которой вся влага удаляется из древесины. Затем значительно повышается температура, что приводит к разложению тех компонентов древесины, которые легко впитывают воду. Наконец, всё медленно охлаждается, чтобы обеспечить стабильность древесины после обработки. Этот метод отличается от традиционной пропитки под давлением, поскольку для сохранения древесины не добавляется абсолютно ничего токсичного. Всё основано на том, что происходит, когда древесина подвергается интенсивному нагреву, что делает её более долговечной и устойчивой к повреждениям от влаги со временем.

Как термообработка снижает гигроскопичность и способность впитывать воду

Когда термическая модификация разрушает гемицеллюлозу — часть древесины, которая удерживает влагу сильнее всего, — количество гидроксильных групп снижается примерно на половину, согласно исследованию Института лесоведения в прошлом году. Это делает древесину в целом значительно менее впитывающей воду по сравнению с обычной немодифицированной древесиной — на 30–40 процентов меньше. Особенно интересно, насколько стабильно остаётся равновесное содержание влаги даже при уровнях влажности до 90%. Это означает, что вероятность непредсказуемого расширения или сжатия древесины значительно снижается, что может вызывать проблемы как для строителей, так и для производителей мебели.

Научный обзор: ключевые структурные изменения при термической модификации

Воздействие тепла вызывает два критических структурных изменения:

1. Сшивка лигнина : Образует устойчивые к влаге связи, улучшая размерную стабильность
2. Кристалличность целлюлозы : Уменьшает расстояние между микрофибриллами, ограничивая проникновение воды

Исследование 2021 года в журнале Лесоведение и технология древесины установлено, что эти преобразования уменьшают деформацию, связанную с влагой, на 40–60%, что объясняет, почему термомодифицированная древесина сохраняет форму в условиях повышенной влажности.

Химические изменения в древесине при термической обработке, повышающие устойчивость к влаге

Деградация гемицеллюлозы и её роль в снижении поглощения влаги

Контролируемый пиролиз в процессе термообработки разрушает гемицеллюлозу, устраняя до 85% ацетильных групп — ключевых участков связывания воды. Это снижает способность древесины поглощать и удерживать влагу на 50% по сравнению с необработанной древесиной, кардинально изменяя её гигроскопические свойства.

Структурные изменения лигнина и целлюлозы в термомодифицированной древесине

Тепловая обработка вызывает три синергетических химических изменения:

1. Реструктуризация лигнина : реакции сшивки увеличивают гидрофобность
2. Частичная кристаллизация целлюлозы : снижает количество доступных гидроксильных групп на 30–40%
3. Деполимеризация гемицеллюлозы : Удаляет сахаросодержащие влагопоглотители

Эти модификации в совокупности минимизируют гигроскопичность, сохраняя при этом механическую прочность.

Снижение содержания гидроксильных групп и общее улучшение водоотталкивающих свойств

Когда древесина подвергается термообработке, это влияет на аморфные области в структуре целлюлозы, где гидроксильные группы (-OH) обычно удерживают молекулы воды. Далее происходит довольно интересное изменение: поверхностная энергия резко меняется. Вместо того чтобы быть гидрофильной (примерно 45–50 мН/м), древесина становится гидрофобной, и значения снижаются до около 28–32 мН/м. Это означает, что дождевая вода остаётся на поверхности в виде капель, не впитываясь. Испытания показали впечатляющие результаты: после 24 часов непрерывного погружения образцы, прошедшие термообработку, поглощают примерно на 60 процентов меньше влаги по сравнению с обычной необработанной древесиной в аналогичных условиях.

Научные данные: химический анализ термообработанной древесины

Недавние исследования с помощью ИК-спектроскопии подтверждают, что термообработка:

• Снижает содержание гемицеллюлозы на 42–65% в зависимости от вида древесины
• Увеличивает относительную концентрацию лигнина с 25–30% до 35–40%
• Образует сложноэфирные связи, устойчивые к гидролизу

Эти химические изменения объясняют, почему термомодифицированная древесина сохраняет равновесную влажность ниже 12% даже при относительной влажности 90%.

Пониженное равновесное содержание влаги (EMC) в термомодифицированной древесине: причины и преимущества

Термически модифицированная древесина достигает до на 50% более низкого равновесного содержания влаги по сравнению с необработанной древесиной, что изменяет её реакцию на изменения влажности окружающей среды.

Понимание снижения EMC в древесине, обработанной нагреванием, при различной влажности

Воздействие температур в диапазоне от 180 °C до 230 °C приводит к деградации гемицеллюлозы и снижению плотности гидроксильных групп — основных факторов, вызывающих поглощение влаги. В результате термообработанная древесина сохраняет 9–12% РВМ при относительной влажности 85%. В отличие от необработанной древесины, которая набухает во влажных условиях, модифицированная древесина демонстрирует изменение размеров на €1%.

Сравнительные данные: уровни РВМ в необработанной и термически модифицированной древесине

Мета-анализ 2024 года по 27 видам древесины показал:

Эта стабильность сохраняется в течение циклов: термообработанная древесина повторно поглощает только 35%вытесненной влаги при повторном увлажнении по сравнению с 90% в необработанных образцах.

Долгосрочные эксплуатационные преимущества благодаря стабильному содержанию влаги

Сниженное ЭМС обеспечивает измеримые преимущества:

• 12–15 лет увеличение срока службы в применениях для настила полов
• на 83 % меньше претензий, связанных с грибковым разложением (Ассоциация по защите древесины, 2023)
• Исключение обслуживания, связанного с короблением, во влажных климатах

Поддержание внутренней влажности ниже 10 % позволяет термообработанной древесине противостоять как биологическому разложению, так и механическим нагрузкам, что делает её идеальной для наружных столярных изделий, саун и других условий с высокой влажностью.

Стабильность размеров термически модифицированной древесины во влажных и наружных условиях

Как термообработка минимизирует набухание и усадку во влажных условиях

Когда древесина подвергается термической обработке, гемицеллюлоза разрушается, а количество гидроксильных групп уменьшается, что снижает поглощение влаги примерно на 60%. Исследование, опубликованное в прошлом году в области материаловедения, показало, что термодревесина сохраняет всего около 40% способности обычной древесины реагировать на изменения влажности. Испытания при высокой влажности (около 90%) выявили снижение набухания и усадки на 60–70%. Внутренние процессы также довольно интересны: в клеточных стенках начинают формироваться водоотталкивающие полимеры, которые фактически действуют как барьеры против расширения и сжатия вследствие обычных колебаний влажности в окружающей среде.

Эксплуатационные характеристики термодревесины в условиях изменяющегося климата

Исследования показали, что термообработанная древесина изменяется по размерам всего на 0,8 процента или меньше при воздействии влажности в диапазоне от 30 до 90 процентов в течение двух недель. Полевые наблюдения в очень холодных регионах, где зимой температура может опускаться до минус 25 градусов Цельсия, а летом подниматься до плюс 35, также демонстрируют интересные результаты. Облицовка из Термодревесины сохраняет выравнивание в пределах примерно 1,2 миллиметра на метр после пяти полных лет эксплуатации. Это на самом деле в три раза лучше, чем обычно наблюдается у обычной древесины, обработанной под давлением. Причина в том, что клеточная структура изменяется в процессе обработки, и древесина больше не поглощает воду через мельчайшие каналы внутри. Это означает, что при частых циклах замораживания и оттаивания в холодных климатах внутренние напряжения в материале возникают значительно меньше.

Кейс-исследование: Термообработанная древесина в напольных покрытиях на открытом воздухе и фасадных применениях

5-летнее исследование термообработанной зольной древесины для настилов в прибрежных районах Балтийского моря показало:

• Поглощение воды : на 23% меньше, чем у необработанной древесины
• Образование зазоров : вариация ширины 0,5% против 2,1% у кедра
• Поверхностные трещины : средняя глубина 0,8 мм против 2,4 мм у тропических твердых пород

Фасады из этого материала требовали на 73% меньше регулировок после установки по сравнению с обычными пиломатериалами.

Отраслевая информация: высокая стабильность без химических консервантов

Согласно последним данным деревообрабатывающей промышленности за 2024 год, около 84 процентов производителей архитектурных изделий выбирают термомодифицированную древесину, когда им требуется прочный и точный материал для наружных проектов. Почему? Дело в том, что этот тип древесины сохраняет влажность ниже 6 % даже при нормальных климатических условиях, что ставит её в один ряд с пластиковыми композитными материалами, но при этом она со временем естественным образом разлагается. Возможность этого обеспечивается не добавлением сложных химикатов на поздних этапах, а теми природными процессами, которые происходят при нагревании древесины. В процессе обработки лигнин внутри превращается в устойчивые сетчатые структуры, аналогичные процессу карамелизации сахара, придавая древесине особые свойства без необходимости дополнительной обработки.

Поглощение влаги и эксплуатационные характеристики при воздействии воды у термообработанной древесины

Экспериментальные результаты по поглощению влаги в термомодифицированной древесине

Исследования показывают, что термообработанная древесина поглощает на 35–50 процентов меньше влаги по сравнению с обычной необработанной древесиной при размещении в одинаковых условиях. Анализируя данные исследования, опубликованного в серии конференций IOP в 2021 году, было выявлено интересное наблюдение относительно термически модифицированной сосны. Обработанная древесина достигала точки равновесия по влажности примерно в 2,3 раза быстрее, чем обычные образцы древесины, и останавливалась на уровне всего 12% влажности, даже будучи подвержена очень высокому уровню влажности, например, 90%. Почему так происходит? Оказывается, процесс нагрева разрушает компонент, называемый гемицеллюлозой, внутри структуры древесины. А этот конкретный компонент отвечает примерно за 85% того, сколько влаги обычная древесина естественным образом стремится поглотить.

Поведение при циклическом воздействии влажности и практическое значение

При воздействии повторяющихся циклов влажности от 30 до 90% термообработанная древесина демонстрирует:

• на 72 % меньше изменение размеров по сравнению с необработанной древесиной (по стандарту долговечности EN 335)
• Отсутствие образования трещин после 50 и более циклов
• Стабильная адгезия для красок и покрытий

Такая надежная производительность делает материал идеально подходящим для ванных комнат, саун и прибрежных сооружений, где часто наблюдаются суточные колебания влажности.

Прямое сравнение: термообработанная и необработанная древесина по степени поглощения воды

Лабораторные испытания на погружение выявляют резкие различия:

Постоянное уменьшение гидроксильных групп за счёт термической модификации создаёт гидрофобную клеточную структуру, снижая способность к поглощению воды на 54–68% у различных пород дерева.

Часто задаваемые вопросы

Что такое термообработанная древесина?

Термообработанная древесина — это древесина, подвергнутая процессу тепловой обработки без использования химических веществ. Эта обработка повышает её долговечность и устойчивость к влаге.

Как термическая модификация снижает поглощение воды древесиной?

Термическая модификация включает разложение гемицеллюлозы, уменьшение количества гидроксильных групп и увеличение содержания лигнина, что в совокупности приводит к снижению поглощения воды.

Какие преимущества даёт термообработанная древесина?

Термообработанная древесина обеспечивает повышенную устойчивость к влаге, размерную стабильность, более длительный срок службы и меньшую подверженность гниению. Она идеально подходит для наружных применений.

Является ли термообработанная древесина экологически чистым материалом?

Да, процесс не использует химикаты и усиливает естественные свойства древесины, делая её экологически чистой и устойчивой.