Možná jste již o dřevě thermowood slyšeli. Při hledání vhodného interiérového i fasádního řešení pro oLAB nás zaujalo svými pozměnenými fyzikálními vlastnostmi, které přesně odpovídali našim požadavkům na estetiku i dlouhodobost řešení.
Zajímavé jsou jeho nově nabyté vlastnosti, ale také samotný výrobní proces, jak se z "obyčejného" dřeva stane thermo-dřevo, neboli thermowood.
Pokud vás téma zajímá více a máte chvíli času, můžete se začíst níže (zdroj informací pochází z článku na webu: https://www.drevostavitel.cz).
Dobré čtení,
Ondřej
_ _ _
Tepelná modifikace dřeva - úvod
Tepelná modifikace dřeva je způsob úpravy vlastností dřeva působením vysokých teplot, který využívali již naši předkové.Ti opalovali konce plotových stojek, aby tak zvýšili jejich trvanlivost.
Samotný proces tepelné modifikace, jak jej známe dnes, byl teoreticky popsán již ve 20. letech minulého století, avšak jeho náročnost neumožňovala plné a bezproblémové technologické zvládnutí. Moderní technologie tento problém vyřešily a v 90. letech 20. století se ve Finsku začala modifikace dřeva provádět průmyslově. Nyní je tento materiál nejčastěji nazýván jako ThermoWood. ThermoWood je jedna z obchodních značek označující tento materiál, ale je ze všech neznámější.
Primárním cílem průmyslové tepelné modifikace je přetvořit domácí a snadno dostupné dřeviny v produkt, který bude mít obdobné vlastnosti jako dřeviny tropické.
Tepelná modifikace dřeva se skládá zpravidla ze tří částí:
1. První část je zahřátí a vysušení dřeva na velmi nízkou vlhkost (2-4%), tento proces probíhá do maximální teploty 150°C.
2. Druhou fází je samotná tepelná modifikace, která probíhá v rozmezí 150-280°C.
3. Poslední třetí fází je klimatizování tepelně modifikovaného dřeva na vlhkost, která odpovídá rovnovážné vlhkosti prostředí do kterého je materiál určen.
Jakým způsobem funguje u ThermoWoodu ochrana dřeva jeho tepelnou modifikací?
Tepelná modifikace probíhá v intervalu 150-280°C, ale dalo by se všeobecně říci, že čím vyšší teplota, tím lepší má dané dřevo vlastnosti z hlediska ochrany. Problém je, že spolu se zvyšující se teplotou klesá pevnost dřeva. Proto se používá teplota, která má vliv na odolnost daného dřeva, ale zásadním způsobem neovlivní jeho pevnost.
Typickým znakem modifikovaného dřeva (ThermoWoodu) je podstatně tmavší barva než je na danou dřevinu odvyklé. Často je změna barvy doprovázena změnou původní vůně dřeva na lidově řečeno "připečenou".
Jakým způsobem je tedy dřevo chráněné?
Tepelná modifikace výrazně mění fyzikální vlastnosti dřeva - dochází k výraznému snížení koeficientu bobtnání a sesychání a také se podstatně mění rovnovážná vlhkost dřeva. Tyto modifikace jsou způsobeny změnou chemických látek, které dřevo utváří, jako jsou lignin, celulóza, hemicelulózy a doprovodné složky v různém množství podle druhu dřeviny. Právě doprovodné složky mají nejnižší teplotu degradace a jsou ze dřeva odstraněny téměř všechny.
Další látky lehce podléhající termickému rozkladu jsou hemicelulózy, a to v teplotním intervalu 170-240°C. Celulóza začíná degradovat od 250°C a aktivní rozklad ligninu probíhá mezi 300-400°C. Celulóza a hemicelulóza (uhlovodíky) obsahují hydroxylové skupiny, na které se váže voda vázaná. Po tepelné modifikaci byl zaznamenán výrazný úbytek hemicelulóz, které při svém rozkladu tvoří kyselinu octovou, která způsobí depolymerizaci dlouhých řetězců celulózy. Dále se zvětší podíl krystalické celulózy a zvětší se i velikost těchto krystalů. Tím pádem klesne podíl amorfní celulózy.
Tepelná modifikace dřeva - ochrana dřeva změnou chemické báze
Při procesu tepelné modifikace probíhá ve dřevě značné množství procesů, které mění částečně jeho mechanické, ale především jeho fyzikální vlastnosti. V minulém díle našeho seriálu jsme nakousli základní principy ochrany dřeva jeho modifikací. V tomto pokračování se blíže zaměříme na jednotlivé chemické procesy, které se při modifikaci dřeva odehrávají. Dozvíte se, jaký mají konkrétní dopad z hlediska odolnosti proti biotickým škůdcům.
Částečným rozkladem hemicelulóz při tepelné modifikaci dřeva výrazně klesá počet sorpčních míst na -OH skupinách. Zkrácením řetězců celulózy, zvýšenou krystalizací a zvětšenými krystaly narůstá počet vazeb mezi jednotlivými polymerními řetězci celulózy přes -OH skupiny a tedy i tímto způsobem klesne počet sorpčních míst. Dojde také ke zvětšení počtu vazeb mezi ligninem a hemicelulózami.
Takto snížená schopnost dřeva absorbovat vodu vede až k poloviční rozměrové nestálosti, ale také k výraznému snížení rovnovážné vlhkosti dřeva. Má-li neupravené dřevo v pokojových podmínkách vlhkost 10-12%, tepelně modifikované dřevo bude mít vlhkost jen 5-7%. Sníženou vlhkostí dřeva je změněn celý průběh sorpční izotermy a také již nelze aplikovat klasický nomogram pro stanovení rovnovážné vlhkosti dřeva v závislosti na vzdušné vlhkosti a teplotě prostředí. Mez hygroskopicity je tím pádem také výrazně snížena.
Modifikace vs. dřevokazní škůdci - chemický vzorec ligninu
Veškeré materiály uvádí, že tepelná modifikace zvyšuje ochranu dřeva proti biotickým činitelům. Např. ThermoWood uvádí, že tepelnou modifikací se dřeviny ze třídy odolnosti 2 a 3 posouvají do třídy odolnosti 1.
Obecně je redukcí vlhkosti ve dřevě pod 12% výrazně snížena pravděpodobnost napadení dřeva biotickými škůdci. Dalším faktorem přispívajícím k odolnosti dřeva je rozklad hemicelulóz jako potravy pro dřevokazné houby. Hemicelulózy jsou totiž nejsnáze štěpitelnými cukry ve dřevě a tedy nejrychlejšími a nejsnadnějšími zdroji energie.
Dalším možným způsobem ochrany dřeva proti dřevokazným houbám je eliminace kyslíku vázaného ve dřevě. I houby totiž potřebují kyslík ke svému životu a rozmnožování. Nejstabilnější složkou dřeva je lignin, ale i na něm jsou po tepelné modifikaci zaznamenány výrazné změny. V modifikovaném dřevě dochází ke zvýšení hladiny obsahu uhlíku, což bylo vysvětleno ztrátou kyslíku v acetylových, karboxylových a hydroxylových skupinách v aromatickém systému ligninu.
Zvýšením hladiny obsahu uhlíku také vznikají nové toxické extrakty (aceton, metanol), které způsobují částečnou rozpustnost ligninu ve vodě. Tyto extrahované látky mají vliv na celkové prostředí ve dřevě a tato modifikace je nejlépe vidět na změně PH. Např. Nemodifikovaná Pinus radiata má PH 5,0-5,5, po provedení tepelné modifikace kleslo její PH na 3,5-4,0. Změna PH je dalším důležitým faktorem pro napadení dřeva škůdci. Ostatní extrahované látky mají vliv např. na změnu štěpících enzymů dřevokazných hub.
Modifikované dřevo nevoní
Doprovodné látky obsažené v nemodifikovaném dřevě (např. silice, terpeny aj.) jsou procesem tepelné modifikace prakticky zničeny, což také ovlivňuje ochranu dřeva. Dřevokazný hmyz rozpoznává borovice podle vůně terpenů a určuje tak správné místo pro kladení vajíček. Vůně terpenu je však po tepelné modifikaci zcela odstraněna.
Dalším aspektem, který provází tepelnou modifikaci dřeva, je zápach připečeného či spáleného dřeva, který se objeví po ukončení procesu. Zápach sice po čase slábne, ale pravděpodobně nikdy nezmizí zcela, přestože jej lidský čich téměř nerozpozná. Vliv tohoto faktoru na působení škůdců nebyl doposud vědecky zkoumán, není však jedno z možných vysvětlení, že živým organizmům tento zápach skutečně připomíná oheň a pálící se dřevo a pud sebezáchovy jim velí se tomuto prostředí vyhnout?
V příštím a posledním dílu tohoto seriálu se zaměříme na konkrétní výsledky tepelné modifikace a dozvíte se, proti jakým škůdcům je tepelná modifikace dřeva účinná a proti kterým nepůsobí.
Tepelná modifikace dřeva - výsledky a východiska ochrany proti škůdcům
Oblast průmyslové tepelné modifikace dřeva je stále poměrně mladá a bude třeba množství dalších výzkumů a testů na stanovení přesnějších vlastností produktu. Jednou ze zkoumaných vlastností je právě výčet biotických škůdců, proti kterým je daný produkt chráněn.
Otázkou do budoucna je, zda se oblast trhu s modifikovaným dřevem rozvine dostatečně. Se zvětšující se poptávkou bude totiž i větší tlak na přesnější informace o vlastnostech modifikovaného dřeva a v ideálním případě i vyšší prostředky pro výzkumy a testy.
Zkornatělé dřevo
Současné testy tepelně modifikovaného dřeva jsou z největší části empirické. Polní zkoušky přináší výsledky, avšak někdy chybí dostatečné teoretické podklady. Obecně se přijímá formulace, že tepelně modifikované dřevo je dřevo vystavené teplotě 220°C při délce trvání procesu 3 hodiny. Takto modifikovaný materiál vykazuje velmi dobrou odolnost vůči degradaci dřeva biotickými činiteli, tedy hmyzem a houbami.
Dřevokazný hmyz
Empirické zkoušky dokazují, že po tepelné modifikaci je dřevo rezistentní vůči Anobium punctatum (Červotoč proužkovaný) a Lyctus brunneus (Hrbohlav hnědý). Oproti tomu jsou výsledky ochrany např. proti napadením termity neuspokojivé.
Dřevokazné houby
Nejvíce zkoumané napadení dřevokaznými houbami je těmito třemi druhy: Coniophora puteana (Koniofora sklepní), Poria placenta (Pórnatka placentová) a Coriolus versicolor (Outkovka pestrá). C. puteana a P. placenta jsou houby hnědého tlení, avšak testy prokázaly, že tepelná modifikace borovice lesnípři stejné teplotě a délce modifikace je mnohem účinnější proti C. Puteana než proti P. Placenta. Nabízí se hypotéza o degradaci hemicelulóz a modifikaci celulózy, jakožto složek, které rozkládají houby hnědého tlení, avšak stejné testy pro C. versicolor, zástupce hub bílého tlení, při stejné teplotě a času neprokázaly zvýšenou odolnost. Naopak při modifikaci borovice montereyské za stejných podmínek, bylo zvýšení odolnosti proti C. versicolor významné. Zkoušky prokázaly, že spíše než na typu hub závisí účinnost ochrany dřeva více na druhu dřeviny, teplotě a času tepelné modifikace.
Současnost a východiska tepelné modifikace dřeva
I když autoři nabízí různá vysvětlení, proč je tepelnou modifikací dřevo chráněno, jsou to v některých případech často předpoklady nebo hypotézy. Pravděpodobně nikdo nedokáže s naprostou přesností popsat, co se přesně za dané teploty ve dřevě skutečně odehrává.
Veškeré procesy jsou natolik komplikované, že zvládnutí jejich teoretických základů je velmi obtížný cíl. Současné trendy směřují spíše cestou polních zkoušek a testování. Další zkoumání chemických reakcí probíhajících ve dřevě během tepelné modifikace a přesné zjištění enzymů, kterými biotičtí škůdci dřevo degradují, by možná naznačilo další směr. Ideální postup zjišťování vlivu tepelné modifikace dřeva pro každou jednotlivou dřevinu, každého biotického škůdce a současná optimalizace samotného procesu modifikace je však v současné době nemyslitelný.