Amerikan markkinat huutavat lämpökäsiteltyä puuta

Puuta ei voida käyttää rajoittamattomasti kaikissa mekaanisissa sovelluksissa sen huonon mitanvakauden ja rajallisen luontaisen kestävyyden vuoksi. Siksi puuta on muokattava sen ominaisuuksien parantamiseksi, ja lämpömuokkaus on teollisuudessa yleisimmin käytetty menetelmä. Tämä artikkeli keskittyy puun lämpökäsittelyyn, sekä tekee yleiskatsauksen tuotantoprosesseihin.

Lämpökäsittely, jota kutsutaan myös termiseksi muokkaukseksi, on tekniikka, jossa puuta kuumennetaan eri lämpötiloihin 170 ja 260 celsiusasteen välillä. Menetelmä muokkaa puun kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia, tuottaen paljon kestävämmän, vakaamman ja vahvemman rakenteen. Lämpökäsittelyn avulla puutuotteiden laatu ja kestävyys voivat parantua merkittävästi,minkä vuoksi menetelmä on saavuttanut huomattavaa suosiota.

Historiallinen tausta

Harry Tiemann, kuivaushuoneiden erikoisasiantuntija Wisconsinin Madisonissa toimivassa ForestProducts Laboratoryssa, löysi hygroskooppisuuden vähenemisen lämpökäsittelemällä kuivaa puutaylikuumennetussa höyryssä 150 celsiusasteessa vuonna 1915. Tämä oli ensimmäisiä kertoja, kun puun termistä muokkausta tutkittiin. Yhdysvalloissa tehtiin varhaisia yrityksiä tämän tekniikan käyttämiseksi, ja puuta kuumennettiin upotettuna sulaan metalliin eri lämpötiloissa 160 ja 260celsiusasteen välillä. 1990-luvulla kiinnostus termistä muokkausta kohtaan heräsi uudelleen, ja kaupallinen ympäristö oli vihdoin otollinen sen käyttöönottoa varten. Ympäristöhuolet ja säädösten täytäntöönpano lisäsivät kiinnostusta erityisesti Euroopassa.

Miksi puuta lämpökäsitellään?

Puun mitanvakauden ja kestävyyden puute rajoittaa sen käyttöä verrattuna muovisiin ja muihin synteettisiin materiaaleihin. Puu on materiaalina huokoista sekä hygroskooppista, ja se muodostuu soluseinistä. Se on biohajoavaa ja erittäin herkkää tuholaisten, sienten ja muiden organismien aiheuttamalle rappeutumiselle.

Puun vähäisen kestävyyden syitä ovat korkean hiilihydraattipitoisuuden vuoksi parenkymaalisoluihin varastoituvat aineet sekä myrkyllisten aineiden puuttuminen. Puu on myös herkkä useille puuta hajottaville aineille, kuten Basidiomycota-sienille. Näiden hajoavia kemikaaleja sisältävien aineiden läsnäolo puurakenteessa voi vahingoittaa tuotteita lyhyessä ajassa, mikä aiheuttaa taloudellisia tappioita ja haitallisia ympäristövaikutuksia. Muokkaus auttaa vähentämään puun hygroskooppista luonnetta, mikä on välttämätöntä sen mitanvakauden parantamiseksi ja biologisen hajoamisen estämiseksi. ”Kuivat” ja ”märät” termiset muokkaukset eroavat toisistaan.

Kuivan termisen muokkauksen ensimmäisissä vaiheissa lämpötila nousee ja puu menettää imeytynyttä kosteutta. Märässä prosessissa puolestaan lämmitys voidaan suorittaa myös optimoitujen lämpötilojen avulla, jotka säilyttävät veden puun soluseinässä.

Märät olosuhteet määritellään käsittelyprosesseiksi, joissa puun soluseinä säilyttää vettä koko syklin ajan, kun taas kuivissa olosuhteissa puu kuivataan lähes nollakosteuteen ennen termistä karkaisuprosessia. Kuivissa termisissä muokkausmenetelmissä puuta voidaan käsitellä typpipeitteen alla, tyhjiössä, ylikuumennetussa höyryssä tai ympäristön ilmassa.

Muodollisesti märät olosuhteet voidaan jakaa menetelmiin, joissa käytetään kyllästettyä höyryä lämmön siirtovälineenä, ja menetelmiin, joissa puu upotetaan veteen. Märän käsittelyn aikana syntyvät hajoamistuotteet pysyvät soluseinässä, kunnes liuotusvaihe suoritetaan.

Lämpökäsittelyn edut

Puukuidut imevät tai vapauttavat vettä ympäröivän ympäristön suhteellisen kosteuden mukaan. Tämä aiheuttaa puun laajenemista ja kutistumista, mikä voi ajan myötä johtaa rappeutumiseen, vääntymiseen ja murtumiseen. Lämpökäsittelemätön puu on vähemmän vakaa kuin lämpökäsitelty puu. Menetelmä poistaa tiettyjä orgaanisia yhdisteitä puun soluseinistä ja vähentää puun säilyttämän veden määrää. Tämä tekee lämpökäsitellystä puusta kestävämmän ilmastollisille ja ilmakehän muutoksille. Lämmitysprosessi poistaa kaikki puuhartsiaineet, joten parkkihapon vuotaminen ei ole mahdollista.

Lämpökäsittelyprosessi on kemikaaliton, mikä tekee tuotteista orgaanisia ja myrkyttömiä. Ne eivät aiheuta haitallisia vaikutuksia ihmisten terveydelle sisätiloissa käytettäessä eivätkä vaikuta haitallisesti kasvien elämään maisemissa ja luonnonympäristöissä. Lisäksi lämpökäsitelty puu on eristysominaisuuksiltaan ylivertainen käsittelemättömään puuhun verrattuna. Näin ollen lämpökäsittely antaa puulle edullisia ominaisuuksia.

Rajoitukset, jotka liittyvät lämpökäsittelyyn

Lämpökäsittelyprosessi on kallis, ja käsittelyprosessi nostaa tuotteen kokonaiskustannuksia. Yksi suurimmista haitoista on puun lujuuden väheneminen, erityisesti sen murtumisvastus heikkenee;lämpökäsittely voi tehdä puusta hauraampaa.

Mikä on hydrotermistä muokkausta?

Polymers-lehdessä julkaistun tutkimusartikkelin mukaan hydrotermisessä muokkauksessa käytetään paineistettua höyryä tai nestemäistä vettä vaihtelevissa lämpötiloissa. Normaalit käsittelylämpötilat vaihtelevat 180–260 celsiusasteen välillä. Yleisesti ottaen puun hydrotermisessä käsittelyssä voidaan erottaa kolme pääluokkaa: superkriittinen veden käsittely, subkriittinen veden käsittely ja nestemäinen vesi huoneenlämpötilassa.

Prosessit eroavat toisistaan käsittelylämpötilan suhteen. Superkriittisen veden käsittely tapahtuu yli 374 ºC:ssa, kun taas subkriittisen ja huoneenlämpöisen nestemäisen veden käsittelylämpötilat ovat vastaavasti 100–374 ºC ja 25–100 ºC. Hydrotermisellä muokkauksella vähennetään käsiteltyjen puunäytteiden tasapainoista kosteuspitoisuutta, mikä johtaa mitanvakauden lisääntymiseen. Kosteuspitoisuuden vähentymisen aiheuttavat lämpöindusoidut tekijät, kuten hydroksyyliryhmien poistuminen, ja se katsotaan ympäristöystävälliseksi ja kustannustehokkaaksi strategiaksi, koska siinä ei käytetä kemikaaleja.

Haasteet

Lämpökäsittelytekniikka kohtaa useita teknisiä ja taloudellisia haasteita. Puu on hyvin monimutkainen materiaali, joten ensimmäinen este on raaka-aineen ja reaktio-olosuhteiden monimutkaisuus. Testausten toteutus luo myös lisäesteitä. Tällaiset testit ovat välttämättömiä laadunvarmistuksen ja -valvonnan kannalta. Ne voivat kuitenkin olla kalliita ja aikaa vieviä. Hyvien laboratoriotulosten saavuttamiseksi muokkausprosessi on skaalattava täysikokoiselle puulle ja teollisuuskoneille.

Markkinan arviointi

Maailmanlaajuinen lämpökäsitellyn puun markkinan arvo oli arviolta 534 miljoonaa dollaria vuonna 2022 ja sen ennustetaan kasvavan 828,7 miljoonaan dollariin vuoteen 2028 mennessä, 7,6% kasvuvauhdilla ennustejaksolla. Nykyään lämpökäsitellyn puun markkinoilla on useita kilpailijoita. Stora Enso, Thermory AS, Oy Lunawood Ltd, Oy SWM-Wood Ltd Novawood ja Thermoarena ovat keskeisiä yrityksiä kaupallisessa lämpökäsitellyn puun tuotannossa.

Jos haluat puutuotteesi maailman suurimmille markkinoille, ota yhteyttä

simo.lahtinen@capteeni.com
+1 641 451 1906