Moderan materijal za podne elemente
Pregrijano drvo, tj. toplinski obrađeno drvo, već se nekoliko godina naširoko primjenjuje u Europi za gradnju, vanjski namještaj i za opremanje interijera. Mnogima je i u nas već poznato tamno obojeno drvo za koje se iskazuje da ima bitno smanjenu upojnost za vodu, stabilne dimenzije i veliku otpornost na trulež. Koja su, međutim, prava svojstva ovog modificiranog drvnog materijala, i koje su prednosti i nedostaci njegove primjene, još se ne zna točno. Odnedavno se u Hrvatskoj razvila i domaća industrijska proizvodnja pregrijanog drva, pa ovim člankom želimo omogućiti da se i naša parketarska i podopolagačka struka potpunije upozna sa svojstvima ovog atraktivnog materijala.
Slika 1. Postrojenje za pregrijavanje drva u pari (kapaciteta do 15 m3) poduzeća za proizvodnju parketa PPS Galeković u Majuru.
Toplinski obrađeno drvo poznato je već gotovo cijelo stoljeće, ali se njegova primjena nije industrijski proširila zbog relativno visoke cijene postupka. Kako u zadnje vrijeme drvo postaje sve vrednija sirovina, a raznim se sustavima modifikacije nastoji poboljšati njegova svojstva i trajnost, tako je i ovaj postupak doživio svoj novi tehnološki razvoj i široku praktičnu primjenu. Različiti postupci termičke modifikacije komercijalno se primjenjuju posljednjih desetak godina. Evropski kapaciteti pregrijanog drva već prelaze 50000 m3, a u Hrvatskoj je poznata parketarska tvrtka Galeković instalirala u svom pogonu PPS Majur novu komoru za pregrijavanje kapaciteta do 15 m3 (slika 2), poglavito za proizvodnju parketnih elemenata.
Nazivlje procesa odražava njegovu fizikalnu bit: na njemačkom se toplinski obrađeno drvo najčešće zove Thermoholz ili Wärmebehandeltes Holz, na engleskom se kaže Heat-treated wood ili Thermally modified wood; izraz Torrefied wood mogli bismo prevesti kao pečeno ili prženo drvo (ovisno o tome je li medij zagrijavnaja plin ili ulje), a mi uvodimo univerzalni izraz pregrijano drvo. Toplinska obrada ili pregrijavanje drva postupak je kojim se bez unošenja dodatnih kemikalija, samo pod utjecajem topline i tlaka (eventualno i vlage) mijenja kemijska struktura staničnih stijenki drva. Promjenom kemizma stanične stijenke smanjuje se njen afinitet prema vodi, te se poboljšava dimenzionalna stabilnost. Toplinska obrada drva donosi prednosti njegove manje vodoupojnosti, poboljšane dimenzijske stabilnosti, veće otpornosti prema biološkoj razgradnji i dubinske, ravnomjerne promjene boje u tamnije tonove. Pri tome četinjače dobijaju izgled starog drva i koriste se za imitaciju rustikalne gradnje, a pregrijane listače odaju dojam egzotičnog drva. Manje vrijedna sirovina, kao što je npr. neprava srž bukovine i jasenovine, može se ovim postupkom pretvoriti u estetski i tehnički vrijedne proizvode (npr. ekskluzivni parket), a pregrijana brezovina i topolovina se u Skandinaviji rabi za saune i namještaj. Ipak, pregrijano se drvo najčešće koristi u vanjskim konstrukcijama za pročelja i ograde, nenosive konstrukcije, vanjske podove te za prozore i vrata.
Komercijalno se ističu prednosti pregrijanog drva u smislu «eliminiranog» bubrenja i utezanja i «biološke otpornosti», no treba biti svjestan i nedostataka ovog materijala: mehanička svojstva bitno su smanjena, promjena boje nije stalna na suncu, drvo je sklono pojavi površinskih pukotina i ne može ga se primijeniti u doticaju s tlom. Osim toga, proizvodi dulje vrijeme, čak mjesecima, odaju miris paljevine u prostoriju.
Termička se modifikacija odvija pri temperaturama od 120° do 280 °C, u trajanju od 15 minuta do 24 sata, ovisno o vrsti procesa, vrsti drva, dimenzijama, sadržaju vode, te o ciljanim svojstvima proizvoda, a to su potrebna mehančika svojstva, željena otpornost prema biološkoj razgradnji, dimenzijska stabilnost proizvoda te jakost promjene boje. Duljinom trajanja procesa definira se stupanj modifikacije drva. Što je ono dulje, to je dimenzionalna stabilnost i trajnost modificiranog drva veća, ali se gustoća i mehanička svojstva više smanjuju. Produljenjem vremena modifikacije mijenja se i boja drva, posebno svjetlina boje. Prisutnost kisika u toku procesa zagrijavanja može rezultirati znatnim oštećenjem celuloze, a kao posljedica nastaje jače smanjenje mehaničkih svojstava drva. Zato se za pregrijavanje najčešće koristi inertna atmosfera (vodena para, ugljični dioksid, dušik) ili se pak obradci pregrijavaju potopljeni u industrijsko biljno ulje.
Pri zagrijavanju drva bez kisika prvo se razgrađuju hemiceluloze, zatim celuloza te na kraju lignin. Zato pregrijano drvo ima postotno veće učešće lignina i krtije je nego normalno drvo. Naravno, razgradnja polisaharida prouzroči smanjenje gustoće i bitno umanji sva mehanička svojstava drva osim tvrdoće, što rezultira krtošću i skolonšću pojavi mnogobrojnih sitnih površinskih pukotina pregrijanog drva u uporabi.
Umrežavanjem formaldehida koji nastaje od toplinskih produkata smanjuje se udio vezane vode u staničnim stijenkama drva. Posljedica je smanjenje iznosa ravnotežnih sadržaja vode pregrijanog drva, te poboljšana dimenzijska stabilnost s promjenama vlage u okolini. Rezultati desetogodišnjeg izlaganja termički modificiranog drva vanjskim vremenskim utjecajima pokazali su vrlo male dimenzionalne promjene na termički modificiranim uzorcima u usporedbi s nemodificiranim. Ravnotežni sadržaj vode je i nakon tri godine izlaganja bio za 40-60% manji nego na nemodificiranim uzorcima, bez obzira na sustav površinske obrade. To znači da pri istoj relativnoj vlažnosti zraka drvo higroskopski poprimi skoro duplo manje vode, a to onda utječe na smanjenje promjena dimenzija utezanjem čak do 40%. Trenutno se provode pokusi na Šumarskom fakultetu kojima će se točnije utvrditi poboljšanje dimenzijske stabilnosti domaćih parketnih vrsta drva tretiranih u našim pogonima.
Slika 2. Blago i jako pregrijana bukovina (gore) i jasenovina (dolje) u usporedbi s prirodnim sirovinama.
Kod sobnih uvjeta, na primjer, gdje parket ima ravnotežni sadržaj vode od 7 do 9%, pregrijano drvo ustanovi ravnotežni sadržaj vode od samo 5 do 7%. Te je vrijednosti, međutim, i dosta teško izmjeriti, jer električni vlagomjeri u tom području već pokazuju velika odstupanja i dugo vrijeme stabiliziranja mjerene vrijednosti. Prethodni pokusi provedeni na Šumarskom fakultetu u Zagrebu ukazuju na to da se sadržaj vode pregrijanog drva može mjeriti istim oznakama na vlagomjerima kao i prirodno drvo iste vrste, s time da je očitanje za 1 – 2% vode više od stvarne vrijednosti. Kakogod, ispod 5% vode njezin točan sadržaj u pregrijanom drvu može se odrediti samo gravimetrijski.
Promjene boje prilikom termičke modifikacije ovise o temperaturi: što je ona veća, promjene boje su jače. Četinjače prilikom zagrijavanja na 240 °C postaju tamno smeđe. Na početku primjene metode termičke modifikacije promjena boje se smatrala nedostatkom, ali danas je ona jedan od razloga primjene jer je moguće postići boju drugih vrsta drva po cijelom poprečnom presjeku elementa. Da bi se željeni estetski izgled površine termički modificiranog drva zadržao neophodno je nanošenje zaštitnih prevlaka budući da je termički modificirano drvo podložno promjenama boje na suncu. Iako se prirodna boja drva toplinskim tretiranjem ujednači, njezin ton nije postojan na svjetlo, te ga treba stabilizirati. Izlaganjem UV svjetlu i povremenoj kondenzaciji, što približno odgovara polugodišnjem prirodnom vanjskom izlaganju, boja pregrijane jasenovine iskazuje malu, ali okom jasno uočljivu promjenu, dok bukovina očigledno i značajno posvijetli. Praktično iskustvo kaže da smeđa boja nezaštićene površine pregrijanog drva četinjača izblijedi tijekom vanjskog izlaganja od 3 do 6 mjeseci, dok za promjenu boje u interijeru (npr. kod parketa) nema podataka.
Pokusi u zemljama gdje se pregrijano drvo rabi za nenosive vanjske konstrukcije, kao što su npr. vrtni namještaj, ograde, drvni pločnici i slično, dokazali su povećanje trajnosti modificiranog drva prilikom vanjskosg izlaganja vremenskim utjecajima. S druge pak strane povećan koeficijent difuzije vode duž vlakanaca ukazuje na potrebu pojačanog zaštićivanja čelnih presjeka. Sve navedeno ipak nije spriječilo stvaranje pukotina na modificiranom drvu. Štoviše, krtost i naprezanja u pregrijanom drvu dovode u uporabi do finih površinskih pukotina čak i kod niskih sadržaja vode i njihovih malih kolebanja. Nezaštićena površina pregrijanog drva tada i nešto brže erodira nego u normalna drva, naročito na zonama ranog drva. Kakogod, ako se pregrijano drvo zaštiti slabo permeabilnim troslojnim slojem, pojava pukotina se eliminira. Ukoliko je modificirano drvo površinski obrađeno vrsta prevlake ima signifikantan utjecaj na smanjenje pucanja. Površinska obrada pregrijanog drva u osnovi je dobra, naročito kod četinjača, kod kojih se ulja, smole i voskovi ekstrahiraju na tempearturi iznad 180 °C. Svejedno, kvašenje površine pregrijanog drva, naročito vodotopivim premazima, je slabije nego u normalna drva, što upozorava na mogućnosti problema kod određenih kombinacija supstrata i premaza ili supstrata i ljepila. Svaku kombinaciju premaza i ljepila s pregrijanim drvom potrebno je prethodno provjeriti prije uporabe za industrijske proizvode.
Mehanička svojstva termički modificiranih uzoraka drva su se nakon desetogodišnjeg izlaganja smanjila bez obzira na parametre procesa, drvo je postalo krto, smanjene vlačne čvrstoće i čvrstoće na savijanje, a zabilježen je gubitak mase od 15%, to veći što je temperatura obrade bila veća. Obradom na temperaturama do 190 °C dinamička čvrstoća na savijanje se smanjuje 5% do 18%, a kod temperatura preko 200 °C čvrstoća se smanjuje i preko 50% (naročito čvrstoća na savijanje) i drvo postaje vrlo krto, što mu ograničava uporabu na nenosive građevne elemente. Kod primjene pregrijanog drva za parket ovi nedostaci nisu toliko izraženi, jer je kod parketa najvažnija tvrdoća okomito na vlakanca. Kod ostalih građevnih proizvoda, međutim, potrebno je vrlo pozorno razmotriti smanjenje čvrstoće uslijed provođenja tretmana.
Kombinacijom različitih parametara termičke modifikacije i njihovom pažljivom kontrolom neželjene posljedice termičke modifikacije mogu se smanjiti. Npr. vrlo visoka temperatura na kraju procesa osigurat će visoku trajnost proizvoda, ali mehanička svojstva takvog drva bit će jako smanjena. S druge strane, niska temperatura na kraju procesa samo će malo produljiti trajnost proizvoda, ali i samo malo smanjiti mehanička svojstva. Razvoj krtosti doprinosi i nepovoljnijim tehnološkim osobinama: pri obradi se razvija finija, agresivna prašina, površina pregrijanog drva je igličasta i hrapava, lako se zacjepljuje i odvaja u obliku oštrih ivera.
Manje vezane vode u pregrijanom drvu glavni je činitelj zaprečene biološke aktivnosti, a vjerojatno je i da mnogobrojni, uglavnom kiseli i blago toksični produkti razgradnje, djeluju usporavajuće na gljive uzročnice truleži. Istraživanja su pokazala da se otpornost termički modificiranog drva prema gljivama povećava s povećanjem stupnja modifikacije. Tako bi se pregrijavanjem prirodna otpornost smrekovine pomaknula iz razreda otpornosti 4 u razred 2 po EN 335-1 i mogla bi se rabiti potpuno izložena u vanjskim uvjetima iznad tla (razred opasnosti 3). Međutim, termički modificirano drvo ipak nije otporno na gljive plavila i plijesni u toj mjeri da se može koristiti na ovorenom bez kemijske ili površinske zaštite.
Procesi termičke modifikacije drva se i dalje istražuju. Iako pregrijano drvo iskazuje izuzetne prednosti u smislu estetskih svojstava (jednolična i efektna promjena boje) te nekih tehničkih značajki (jako smanjeno bubrenje i utezanje te poboljšana otpornost na gljlive), treba biti svjestan i njegovih nedostataka u odnosu na normalno drvo. Mehanička svojstva bitno su smanjena, tako da se ovaj materijal uglavnom rabi za nenosive konstrukcije i za parket, a površina je osjetljiva na izbjeljivanje na svjetlu i pojavu pukotina. U svakom slučaju potrebno je razviti iskustva o reakciji svake vrste drva na pregrijavanje, jer se pokazalo da reagiraju vrlo različito, te na odnos fizikalnih odrednica postupka obrade i posljedičnih promjena na drvu. Iskustva i uspjesi u domaćoj proizvodnji pregrijanog drva ponudit će našoj drvnotehnološkoj praksi vrlo atraktivan materijal stabilne i ujednačene kvalitete.
