ไม้ที่ผ่านการอบร้อนทนต่อความชื้นได้ดีกว่าหรือไม่

ไม้ที่ผ่านการอบร้อนคืออะไร และการปรับปรุงคุณสมบัติด้วยความร้อนช่วยเพิ่มความต้านทานความชื้นได้อย่างไร

คำจำกัดความและขั้นตอนการปรับปรุงคุณสมบัติด้วยความร้อนในไม้ที่ผ่านการอบร้อน

เมื่อไม้ผ่านกระบวนการบำบัดด้วยความร้อน (thermo treated) จะมีการให้ความร้อนพิเศษโดยไม่มีสารเคมีใดๆ เข้ามาเกี่ยวข้อง อุณหภูมิจะอยู่ในช่วงประมาณ 180 องศาเซลเซียส ไปจนถึงประมาณ 220 องศาเซลเซียสภายในห้องที่เต็มไปด้วยไอน้ำ เกิดอะไรขึ้นภายในไม้? โดยพื้นฐานแล้ว การเปลี่ยนแปลงนี้มีสามขั้นตอน ก่อนอื่นคือขั้นตอนการอบแห้ง ซึ่งจะนำความชื้นทั้งหมดออกจากเนื้อไม้ จากนั้นจะเพิ่มอุณหภูมิสูงขึ้นอย่างมาก เพื่อทำลายส่วนของไม้ที่ดูดซับน้ำได้ง่าย สุดท้าย ระบบจะค่อยๆ ลดอุณหภูมิลงอย่างช้าๆ เพื่อให้มั่นใจว่าไม้จะคงความเสถียรหลังการบำบัด วิธีนี้แตกต่างจากการรักษาไม้แบบดั้งเดิมที่ใช้แรงดัน เพราะไม่มีการเติมสารพิษใดๆ เพื่อป้องกันการเน่าเปื่อยของไม้ แต่เป็นผลลัพธ์จากการที่ไม้สัมผัสกับความร้อนจัด ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานและทนต่อความเสียหายจากความชื้นได้ดีขึ้นตามกาลเวลา

การบำบัดด้วยความร้อนช่วยลดความสามารถในการดูดซับความชื้นและแรงดึงดูดน้ำของไม้ได้อย่างไร

เมื่อการดัดแปลงทางความร้อนทำให้เฮมิเซลลูโลสซึ่งเป็นส่วนของไม้ที่ยึดจับความชื้นได้มากที่สุดเสื่อมสภาพลง จะทำให้จำนวนหมู่ไฮดรอกซิลลดลงประมาณครึ่งหนึ่ง ตามผลการวิจัยจากสถาบันวิทยาศาสตร์ไม้เมื่อปีที่แล้ว ส่งผลให้ไม้ดูดซับน้ำได้น้อยลงอย่างมากเมื่อเทียบกับไม้ธรรมดาที่ไม่ผ่านการบำบัด โดยลดลงระหว่าง 30 ถึง 40 เปอร์เซ็นต์ ที่น่าสนใจคือ ปริมาณความชื้นสมดุลย์ยังคงมีความเสถียรภาพสูงแม้อัตราความชื้นจะสูงถึง 90% ซึ่งหมายความว่าโอกาสที่ไม้จะขยายตัวหรือหดตัวอย่างไม่คาดฝันนั้นมีน้อยลงมาก ซึ่งเป็นปัญหาที่อาจเกิดขึ้นกับช่างก่อสร้างและช่างทำเฟอร์นิเจอร์

ภาพรวมเชิงวิทยาศาสตร์: การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างหลักในระหว่างการดัดแปลงทางความร้อน

การสัมผัสกับความร้อนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่สำคัญสองประการ:

1. การเชื่อมโยงข้ามของลิกนิน : สร้างพันธะที่ทนต่อความชื้น ซึ่งช่วยเพิ่มความมั่นคงด้านมิติ
2. ความเป็นผลึกของเซลลูโลส : ลดช่องว่างระหว่างไมโครไฟบริล จำกัดการซึมผ่านของน้ำ

การศึกษาในปี 2021 เกี่ยวกับ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีไม้ พบว่าการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ช่วยลดการเสียรูปจากความชื้นได้ 40–60% ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมไม้ที่ผ่านการปรับอุณหภูมิถึงสามารถคงรูปร่างไว้ได้ดีในสภาวะที่มีความชื้นสูง

การเปลี่ยนแปลงทางเคมีของไม้ระหว่างกระบวนการให้ความร้อนที่ช่วยเพิ่มความต้านทานต่อความชื้น

การเสื่อมสภาพของเฮมิเซลลูโลสและบทบาทในการลดการดูดซับความชื้น

ไพโรไลซิสที่ควบคุมได้ในระหว่างการให้ความร้อนจะทำลายเฮมิเซลลูโลส โดยกำจัดหมู่อะซิทิลซึ่งเป็นตำแหน่งหลักที่จับกับน้ำออกไปได้มากถึง 85% การเสื่อมสภาพนี้ช่วยลดความสามารถของไม้ในการดูดซับและกักเก็บความชื้นลงได้มากถึง 50% เมื่อเทียบกับไม้ที่ไม่ได้ผ่านการบำบัด ทำให้พฤติกรรมดูดซับความชื้นของไม้เปลี่ยนแปลงไปอย่างสิ้นเชิง

การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของลิกนินและเซลลูโลสในไม้ที่ผ่านการปรับอุณหภูมิ

กระบวนการให้ความร้อนกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีสามประการที่ทำงานร่วมกัน

1. การจัดเรียงใหม่ของลิกนิน : ปฏิกิริยาการสร้างพันธะขวางเพิ่มความต้านทานต่อน้ำ
2. การตกผลึกบางส่วนของเซลลูโลส : ลดหมู่ไฮดรอกซิลที่สามารถเข้าถึงได้ลง 30–40%
3. การสลายพอลิเมอร์ของเฮมิเซลลูโลส : ขจัดสารดูดความชื้นที่มีฐานเป็นน้ำตาลออก

การปรับปรุงเหล่านี้ร่วมกันช่วยลดความสามารถในการดูดซับน้ำ ขณะที่ยังคงรักษากำลังเชิงกลไว้

การลดจำนวนหมู่ไฮดรอกซิลและการปรับปรุงโดยรวมในด้านการกันน้ำ

เมื่อไม้ผ่านกระบวนการบำบัดด้วยความร้อน จะส่งผลต่อพื้นที่ที่ไม่มีระเบียบในโครงสร้างเซลลูโลส ซึ่งปกติหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) จะยึดน้ำอยู่ สิ่งที่เกิดขึ้นต่อไปนั้นน่าสนใจมาก: พลังงานผิวเปลี่ยนแปลงอย่างมาก แทนที่จะดูดซับน้ำได้ดีที่ประมาณ 45-50 มิลลินิวตันต่อเมตร ไม้จะกลายเป็นวัสดุกันน้ำ โดยค่าพลังงานผิวลดลงเหลือประมาณ 28-32 มิลลินิวตันต่อเมตร หมายความว่าน้ำฝนจะอยู่บนพื้นผิวเป็นหยดกลมๆ แทนที่จะซึมเข้าไป การทดสอบแสดงให้เห็นถึงผลลัพธ์ที่น่าประทับใจบางประการด้วย เช่น หลังจากจุ่มอยู่ในน้ำเป็นเวลา 24 ชั่วโมงต่อเนื่อง ตัวอย่างไม้ที่ผ่านการบำบัดด้วยความร้อนดูดซับความชื้นได้น้อยลงประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับไม้ธรรมดาที่ไม่ผ่านการบำบัดภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน

ข้อมูลจากการวิจัย: การวิเคราะห์ทางเคมีของไม้ที่ผ่านการบำบัดด้วยความร้อน

การศึกษาล่าสุดด้วยเทคนิคสเปกโทรสโกปี FTIR ยืนยันว่า การให้ความร้อน:

• ลดปริมาณฮีมิเซลลูโลสลง 42–65% ขึ้นอยู่กับชนิดไม้
• เพิ่มความเข้มข้นสัมพัทธ์ของลิกนินจาก 25–30% เป็น 35–40%
• สร้างพันธะเอสเทอร์ที่ต้านทานการไฮโดรไลซิส

การเปลี่ยนแปลงทางเคมีเหล่านี้อธิบายได้ว่าทำไมไม้ที่ผ่านการให้ความร้อนจึงยังคงมีค่าความชื้นสมดุล (EMC) ต่ำกว่า 12% แม้ในสภาวะความชื้นสัมพัทธ์ 90%

ค่าความชื้นสมดุล (EMC) ที่ต่ำลงในไม้ที่ผ่านการให้ความร้อน: สาเหตุและประโยชน์

ไม้ที่ผ่านการปรับสภาพด้วยความร้อนสามารถทำให้ค่าความชื้นสมดุล ต่ำลงได้ถึง 50% เมื่อเทียบกับไม้ที่ไม่ได้ผ่านการบำบัด ซึ่งเปลี่ยนแปลงการตอบสนองต่อความชื้นในสิ่งแวดล้อม

การเข้าใจกลไกการลดลงของค่าความชื้นสมดุล (EMC) ในไม้ที่ผ่านการให้ความร้อนภายใต้ระดับความชื้นสัมพัทธ์ที่แตกต่างกัน

การสัมผัสกับอุณหภูมิระหว่าง 180°C ถึง 230°C จะทำให้เฮมิเซลลูโลสเสื่อมสภาพ และลดความหนาแน่นของหมู่ไฮดรอกซิล ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่ก่อให้เกิดการดูดซับความชื้น ส่งผลให้ไม้ที่ผ่านการบำบัดด้วยความร้อนคงอยู่ที่ 9–12% EMC ที่ความชื้นสัมพัทธ์ 85% ในทางตรงกันข้ามกับไม้ธรรมชาติที่จะบวมเมื่ออยู่ในสภาวะชื้น ไม้ที่ผ่านการปรับปรุงจะมีการเปลี่ยนแปลงมิติเพียง €1%

ข้อมูลเปรียบเทียบ: ระดับ EMC ของไม้ธรรมชาติ เทียบกับไม้ที่ผ่านการบำบัดด้วยความร้อน

การวิเคราะห์รวมข้อมูลจากงานวิจัย 27 ชนิดในปี 2024 พบว่า:

ความคงทนนี้ยังคงอยู่ตลอดหลายรอบ: ไม้ที่ผ่านการบำบัดด้วยความร้อนสามารถดูดซับความชื้นกลับได้เพียง 35%ของความชื้นที่ถูกขับออกในระหว่างการเติมน้ำใหม่ เมื่อเทียบกับ 90% ในตัวอย่างไม้ธรรมชาติ

ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพในระยะยาวเนื่องจากมีความชื้นคงที่

ค่า EMC ที่ลดลงให้ประโยชน์ที่วัดได้:

• 12–15 ปี การยืดอายุการใช้งานในงานระแนงไม้
• ลดการร้องเรียนเกี่ยวกับการเน่าเสียจากเชื้อราลง 83% (สมาคมป้องกันไม้ 2023)
• กำจัดการบำรุงรักษาที่เกิดจากการบิดงอในสภาพอากาศชื้น

ด้วยการควบคุมความชื้นภายในให้ต่ำกว่า 10% ไม้ที่ผ่านการอบร้อนจะทนต่อการเสื่อมสภาพทางชีวภาพและการเครียดทางกล ทำให้เหมาะสำหรับงานประกอบภายนอก ซาวน่า และสิ่งแวดล้อมที่มีความชื้นสูงอื่นๆ

ความมั่นคงของขนาดของไม้ที่ผ่านการปรับอุณหภูมิในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นและกลางแจ้ง

การบำบัดด้วยความร้อนช่วยลดการบวมและหดตัวในสภาวะที่มีความชื้นสูงอย่างไร

เมื่อไม้ได้รับการบำบัดด้วยความร้อน เซลลูโลสจะสลายตัวและหมู่ไฮดรอกซิลลดลง ซึ่งทำให้ความสามารถในการดูดซับความชื้นลดลงประมาณ 60% การวิจัยที่เผยแพร่ปีที่แล้วในสาขาวิทยาศาสตร์วัสดุแสดงให้เห็นว่า ไม้เทอร์โม (thermowood) มีการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของความชื้นเหลือเพียงประมาณ 40% เมื่อเทียบกับไม้ธรรมดา การทดสอบในสภาพความชื้นสูง (ประมาณ 90%) เปิดเผยว่า การขยายตัวและหดตัวลดลงระหว่าง 60 ถึง 70% สิ่งที่เกิดขึ้นภายในก็น่าสนใจเช่นกัน ผนังเซลล์เริ่มสร้างพอลิเมอร์ที่ทนต่อการซึมน้ำ ซึ่งทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันการขยายตัวและหดตัวจากความชื้นที่เปลี่ยนแปลงตามปกติในสิ่งแวดล้อม

สมรรถนะของไม้เทอร์โมภายใต้สภาวะภูมิอากาศที่เปลี่ยนแปลง

การทดสอบพบว่า ไม้ที่ผ่านการอบด้วยความร้อนจะมีการเปลี่ยนแปลงมิติเพียงประมาณ 0.8 เปอร์เซ็นต์หรือน้อยกว่า เมื่อสัมผัสกับระดับความชื้นระหว่าง 30 ถึง 90 เปอร์เซ็นต์เป็นระยะเวลาสองสัปดาห์ การสังเกตในพื้นที่จริงในเขตอากาศหนาวจัด ซึ่งอุณหภูมิสามารถลดลงถึงลบ 25 องศาเซลเซียสในฤดูหนาว และสูงขึ้นถึงบวก 35 องศาในฤดูร้อน ก็แสดงผลลัพธ์ที่น่าสนใจเช่นกัน แผ่นไม้เทอร์โมวูดที่ใช้ทำฝ้าผนังยังคงความเรียบแนวภายในระยะเบี่ยงเบนประมาณ 1.2 มิลลิเมตรต่อหนึ่งเมตร หลังจากติดตั้งมาแล้วครบห้าปี ซึ่งดีกว่าไม้ที่ผ่านการบำบัดด้วยแรงดันทั่วไปถึงสามเท่า สาเหตุคือโครงสร้างเซลล์ของไม้จะถูกเปลี่ยนแปลงในระหว่างกระบวนการอบ ทำให้ไม้ไม่สามารถดูดซับน้ำผ่านช่องเล็กๆ ภายในเนื้อไม้อีกต่อไป ส่งผลให้ความเครียดภายในวัสดุมีน้อยลงเมื่อไม้ต้องเผชิญกับภาวะการแข็งตัวและละลายตัวซ้ำๆ ซึ่งเกิดขึ้นบ่อยครั้งในสภาพอากาศหนาวเย็น

กรณีศึกษา: ไม้ที่ผ่านการอบด้วยความร้อนในงานระแนงพื้นกลางแจ้งและการใช้งานผนังภายนอก

การศึกษาเป็นเวลา 5 ปีเกี่ยวกับไม้ปูพื้นจากเถ้าไม้ที่ผ่านกระบวนการให้ความร้อนในสภาพแวดล้อมชายฝั่งทะเลบอลติกแสดงให้เห็นว่า:

• การดูดซึมน้ํา : ต่ำกว่าไม้ธรรมชาติ 23%
• การเกิดช่องว่าง : การเปลี่ยนแปลงความกว้าง 0.5% เทียบกับ 2.1% ในไม้ซีดาร์
• การแตกร้าวบนผิวหน้า : ความลึกเฉลี่ย 0.8 มม. เทียบกับ 2.4 มม. ในไม้เขตร้อนแข็ง

ผนังภายนอกที่ทำจากวัสดุนี้ต้องการการปรับหลังติดตั้งน้อยลง 73% เมื่อเทียบกับไม้ทั่วไป

ข้อมูลเชิงลึกของอุตสาหกรรม: เสถียรภาพสูงโดยไม่ใช้สารกันเสียเคมี

เมื่อดูจากตัวเลขล่าสุดของอุตสาหกรรมไม้แปรรูปในปี 2024 พบว่าประมาณ 84 เปอร์เซ็นต์ของผู้ผลิตงานก่อสร้างเลือกใช้ไม้ที่ผ่านการปรับอุณหภูมิทางความร้อน (thermally modified wood) เมื่อต้องการวัสดุที่ทนทานและแม่นยำสำหรับโครงการกลางแจ้ง ทำไมถึงเป็นเช่นนั้น? เนื่องจากไม้ประเภทนี้สามารถคงระดับความชื้นต่ำกว่า 6% ได้แม้อยู่ในสภาพอากาศปกติ ซึ่งทำให้มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับวัสดุคอมโพสิตพลาสติก แต่ยังสามารถย่อยสลายตามธรรมชาติได้เมื่อเวลาผ่านไป สิ่งที่ทำให้เกิดขึ้นได้นี้ไม่ใช่สารเคมีพิเศษใดๆ ที่เติมเข้าไปภายหลัง แต่เป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติขณะที่ไม้ถูกให้ความร้อน ในระหว่างกระบวนการผลิต ลิกนินภายในไม้จะเปลี่ยนตัวเองกลายเป็นโครงสร้างเครือข่ายที่มีเสถียรภาพคล้ายกับการคาราเมลไนซ์น้ำตาล ซึ่งทำให้ไม้มีคุณสมบัติพิเศษโดยไม่จำเป็นต้องใช้การบำบัดเพิ่มเติม

การดูดซับความชื้นและการทำงานที่เกี่ยวข้องกับน้ำของไม้ที่ผ่านการบำบัดด้วยความร้อน

ผลการทดลองเกี่ยวกับการดูดซับความชื้นในไม้ที่ผ่านการปรับอุณหภูมิทางความร้อน

การวิจัยระบุว่า ไม้ที่ผ่านการอบด้วยความร้อนจะดูดซับความชื้นได้น้อยลงประมาณ 35 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับไม้ธรรมชาติที่ไม่ได้ผ่านการบำบัด เมื่อนำไปวางในสภาพแวดล้อมที่เหมือนกัน โดยพิจารณาจากข้อมูลของการศึกษาที่ตีพิมพ์ใน IOP Conference Series เมื่อปี ค.ศ. 2021 พบสิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับสนิดที่ผ่านการปรับเปลี่ยนทางความร้อนโดยเฉพาะ ไม้ที่ผ่านการบำบัดสามารถเข้าสู่จุดสมดุลของความชื้นได้เร็วกว่าตัวอย่างไม้ธรรมดาประมาณ 2.3 เท่า และหยุดอยู่ที่ความชื้นเพียง 12% แม้จะถูกเปิดเผยต่อระดับความชื้นสูงถึง 90% ก็ตาม เหตุใดสิ่งนี้จึงเกิดขึ้น? ปรากฏว่ากระบวนการให้ความร้อนทำให้สารประกอบที่เรียกว่า เฮมิเซลลูโลส (hemicellulose) ในโครงสร้างไม้สลายตัวลง และทราบหรือไม่? องค์ประกอบตัวนี้มีส่วนรับผิดชอบในการดูดซับความชื้นตามธรรมชาติของไม้ธรรมดาประมาณ 85%

พฤติกรรมภายใต้การสัมผัสความชื้นแบบวงจร และนัยสำคัญในโลกแห่งความเป็นจริง

เมื่อสัมผัสกับวงจรความชื้นซ้ำๆ ระหว่าง 30–90% ไม้ที่ผ่านการอบด้วยความร้อนแสดงให้เห็นดังนี้:

• การเปลี่ยนแปลงมิติน้อยลง 72% เมื่อเทียบกับไม้ที่ไม่ผ่านการแปรรูป (ตามมาตรฐานความทนทาน EN 335)
• ไม่มีการเกิดรอยแตกหลังจากผ่านรอบการทดสอบมากกว่า 50 รอบ
• การยึดติดที่สม่ำเสมอสำหรับสีและชั้นเคลือบ

ประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้นี้ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในห้องน้ำ ซาวน่า และโครงสร้างบริเวณชายฝั่ง ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงของความชื้นประจำวันบ่อยครั้ง

การเปรียบเทียบโดยตรง: ไม้ที่ผ่านการบำบัดด้วยความร้อน เทียบกับไม้ที่ไม่ผ่านการแปรรูป ในด้านความสามารถในการดูดซับน้ำ

ผลการทดสอบการจุ่มน้ำในห้องปฏิบัติการแสดงความแตกต่างอย่างชัดเจน:

การลดลงอย่างถาวรของหมู่ไฮดรอกซิลผ่านกระบวนการปรับปรุงด้วยความร้อน จะทำให้โครงสร้างเซลล์ของไม้มีลักษณะเป็นไฮโดรโฟบิก ซึ่งช่วยลดความสามารถในการดูดซับน้ำลงได้ 54–68% ขึ้นอยู่กับชนิดของไม้

คำถามที่พบบ่อย

ไม้เทอร์โมทรีตเมนต์คืออะไร?

ไม้เทอร์โมทรีตเมนต์คือไม้ที่ผ่านกระบวนการให้ความร้อนโดยไม่ใช้สารเคมี การรักษานี้ช่วยเพิ่มความทนทานและความต้านทานความชื้น

การปรับปรุงด้วยความร้อนช่วยลดการดูดซับน้ำของไม้อย่างไร?

การปรับปรุงด้วยความร้อนเกี่ยวข้องกับการสลายเฮมิเซลลูโลส การลดหมู่ไฮดรอกซิล และการเพิ่มปริมาณลิกนิน ซึ่งทั้งหมดนี้มีส่วนช่วยลดการดูดซับน้ำ

ไม้เทอร์โมทรีตเมนต์มีประโยชน์อย่างไร?

ไม้เทอร์โมทรีตเมนต์มีข้อดีคือ เพิ่มความต้านทานความชื้น ความคงตัวทางมิติ อายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น และลดปัญหาการเน่าเสียจากเชื้อรา เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานภายนอกอาคาร

ไม้เทอร์โมทรีตเมนต์เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมหรือไม่?

ใช่ กระบวนการนี้ไม่ใช้สารเคมี และช่วยเสริมคุณสมบัติธรรมชาติของไม้ ทำให้เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและยั่งยืน