Θερμικά τροποποιημένο ξύλο

Θερμικά τροποποιημένο ξύλο (αγγλ. thermally modified wood) είναι συμπαγές ξύλο που έχει τροποποιηθεί με ελεγχόμενη πυρόλυση όταν αυτό θερμαίνεται (σε θερμοκρασία πάνω από 180°C) απουσία οξυγόνου. Προκαλούνται έτσι χημικές μεταβολές στη χημική δομή των τριών πολυμερών - συστατικών του κυτταρικού τοιχώματος (λιγνίνη, κυτταρίνη, ημικυτταρίνες) του ξύλου και αυξάνεται σημαντικά η ανθεκτικότητά του. Κατά την ειδική αυτή πυρόλυση, η έλλειψη του οξυγόνου εμποδίζει το ξύλο από το να καεί. Ποικίλες τεχνολογίες έχουν χρησιμοποιηθεί, με διαφορετικά μέσα (λ.χ., αέριο άζωτο - ατμός - καυτό έλαιο).

 Η πρώτη τεχνολογική προσέγγιση των διαδικασιών θερμικής τροποποίησης του ξύλου ήταν η ερευνητική δημοσίευση του Burmester, το 1973.Υπάρχουν πέντε διαφορετικές διαδικασίες θερμικής τροποποίησης: Thermowood στη Φινλανδία Retification (Retiwood, New Option Wood) και Les Bois Perdure στη Γαλλία Plato στην Ολλανδία, και OHT στη Γερμανία. Τρεις από τις διαδικασίες εκτελούνται σε ένα βήμα, χρησιμοποιώντας λάδι (επεξεργασία λαδιού-θερμότητας), άζωτο (ξύλο Reti) και ατμό (Le-Bois Perdure). Η διαδικασία Thermo wood αποτελείται από ξήρανση, θερμική επεξεργασία και τελικά ψύξη / κλιματισμό και διαρκεί έως και 72 ώρες. Η διαδικασία του Πλάτωνα αποτελείται από υδροθερμόλυση, ξηρή σκλήρυνση και περιποίηση και μπορεί να διαρκέσει έως και 7 ημέρες. Ο απαιτούμενος χρόνος εξαρτάται από τα είδη ξύλου, το πλάτος και την αρχική περιεκτικότητα σε υγρασία. Η Westwood είναι η πιο προηγμένη σύγχρονη διαδικασία θερμικής τροποποίησης, κατοχυρωμένη με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 2004. Η διαδικασία αναπτύχθηκε αρχικά για την επεξεργασία σκληρών ξύλων, τα οποία είναι πιο περίπλοκα σε σύγκριση με τα μαλακά ξύλα λόγω θερμο-χημικών αντιδράσεων που εμφανίστηκαν στα σκληρά ξύλα κατά τη διάρκεια της θερμο-επεξεργασίας. Το πλήρως αυτοματοποιημένο σύστημα ελέγχου Westwood επιτρέπει τη διαχείριση θερμικής επεξεργασίας οποιουδήποτε είδους σκληρού ξύλου και μαλακού ξύλου. Μια τεχνολογία δύο σταδίων, όπου η ξυλεία υποβάλλεται υδροθερμική επεξεργασία -υπό περιβάλλον κεκορεσμένο σε υδρατμούς- στους 160 ° C – 190 ° C σε υψηλή πίεση. Όταν το ποσοστό υγρασίας στο ξύλο μειωθεί στο 10%, τότε ακολουθεί ένα στάδιο πολυμερισμού στους 170 ° C – 190 ° C, υπό κανονικές συνθήκες (δηλ. πίεση 1 ατμόσφαιρας). Το Retification αναφέρεται στη γαλλική λέξη retification, η οποία είναι το portmanteau της επαναφοράς (δημιουργία χημικών δεσμών μεταξύ πολυμερών αλυσίδων) και torréfaction (ψήσιμο). Το ξύλο σε αυτή τη διαδικασία πρέπει να έχει περιεκτικότητα σε υγρασία 12% ή χαμηλότερη, η οποία μπορεί να επιτευχθεί με απλές διαδικασίες ξήρανσης. Στη συνέχεια, το ξύλο τοποθετείται σε ατμόσφαιρα υψηλού αζώτου με περιεκτικότητα σε οξυγόνο όχι περισσότερο από 2%. Η φρέσκια ξυλεία πρέπει πρώτα να στεγνώσει και στη συνέχεια να θερμανθεί σε ατμό περιβάλλον χρησιμοποιώντας την υπολειπόμενη υγρασία στο ξύλο. Το ξύλο τοποθετείται σε λουτρό λαδιού μεταξύ 180 ° C και 220 ° C. Αυτή η διαδικασία μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί με χημικά πρόσθετα για την αλλοίωση του ξύλου με άλλους τρόπους. Αυτή η διαδικασία είναι παρόμοια με την επεξεργασία Les Bois Perdure στο ότι χρησιμοποιεί ατμό περιβάλλον σε ατμοσφαιρική πίεση για την επεξεργασία του ξύλου. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε "πράσινο" ξύλο και ήταν η πιο διαδεδομένη εμπορική διαδικασία από το 2004. Το κύριο πλεονέκτημα είναι ότι το μαλακό ξύλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή αντοχή, η οποία μπορεί να θεωρηθεί φιλική προς το περιβάλλον. Η κατηγορία αντοχής 1-3, σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό Πρότυπο EN 350-2, μπορεί να ληφθεί από μη ανθεκτικά είδη (κατηγορία 5) μαλακού ξύλου. Το κύριο μειονέκτημα είναι ότι η αντοχή μειώνεται ως αποτέλεσμα των υψηλών θερμοκρασιών. Γενικά, η αντοχή κάμψης μειώνεται έως και 30% με μεγαλύτερη μείωση σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Η βιολογική αντοχή έναντι μερικών (όχι όλων) μικροοργανισμών και εντόμων βελτιώνεται. Ωστόσο, λόγω της διάσπασης των πτητικών οργανικών ενώσεων (VOC) οι αντιμικροβιακές ιδιότητες του ξύλου μπορεί επίσης να μειωθούν. Η συρρίκνωση και το πρήξιμο μειώνεται έως και 50-90%. Το επεξεργασμένο ξύλο είναι κάπως σκούρο χρώμα. Κατ 'αρχήν, η διαδικασία θερμικής επεξεργασίας μπορεί να γίνει σε όλα τα είδη ξύλου. Το θερμικά τροποποιημένο ξύλο δεν είναι απλώς ένα νέο ερευνητικό ζήτημα. Η θερμική επεξεργασία ξύλου έχει ήδη διεισδύσει στην αγορά εδώ και αρκετά χρόνια. Υπάρχει επίσης κάποια βιομηχανική συμβολή στην έρευνα και ανάπτυξη. Το Ινστιτούτο Ερευνών Φυσικών Πόρων στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα διαθέτει πιλοτική μονάδα για να μελετήσει την αποτελεσματικότητα της θερμικής τροποποίησης σε μη χρησιμοποιούμενα είδη ξύλου, της πολιτείας, για την επέκταση της συγκεκριμένης αγοράς. Στην αγορά των μουσικών οργάνων (λ.χ. κιθάρας), αυτή η διαδικασία ονομάζεται, μεταξύ άλλων, "Thermo Curing", "Baked" και "Roasted". Μερικοί κατασκευαστές κιθάρων έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούν ακουστικές σανίδες και ηλεκτρικές σανίδες κιθάρας που έχουν θερμικά επεξεργαστεί, για να αποτρέψουν τη στρέβλωση και τις ραγάδες που συμβαίνουν συχνά από εποχιακές μεταβολές της υγρασίας. Στις ΗΠΑ, ο μεγαλύτερος παραγωγός θερμικά τροποποιημένης ξυλείας είναι η Westwood, η οποία ήταν η πρώτη που ξεκίνησε την παραγωγή το 2007. Στην Ευρώπη, η παραγωγή τέτοιου ξύλου σε εμπορική κλίμακα συγκεντρώθηκε σε μεγάλο βαθμό στην Εσθονία. Τρεις κύριοι παραγωγοί θερμικά τροποποιημένου ξύλου εμφανίστηκαν στα τέλη της δεκαετίας του 1990: οι Brenstol OU, Tre-Timber OU και Ha-Serv. Στις αρχές της δεκαετίας του 2000, η Brenstol έγινε ο μεγαλύτερος παραγωγός θερμικά τροποποιημένου ξύλου. Η αγορά του θερμικά τροποποιημένου ξύλου επεκτάθηκε πολύ, από την παραδοσιακή εφαρμογή σε υλικά σάουνας, σε εξωτερικές εφαρμογές: ξύλινα δάπεδα και επενδύσεις τοιχοποιίας. Η αγορά τέτοιας ξυλείας για αποκλειστικά εξωτερικές χρήσεις αυξήθηκε πολύ γρήγορα, καθώς οι Ευρωπαίοι καταναλωτές αναζητούσαν όλο και περισσότερο εναλλακτικές λύσεις, αντί για τα τροπικά είδη ξυλείας από την τροπική και υποτροπική Ασία, Αφρική και Ν. Αμερική. Το 2012, η Brenstol ίδρυσε θυγατρική στις ΗΠΑ, Thermory USA και άρχισε να επεκτείνεται σε αγορές σε όλο τον κόσμο. Η μάρκα Thermory έχει καθιερωθεί στις ΗΠΑ και τον Καναδά και πραγματοποιεί εξαγωγές σε περισσότερες από 55 χώρες σε όλο τον κόσμο. Τοπικοί παραγωγοί θερμικά τροποποιημένου ξύλου συνεχίζουν να εμφανίζονται σε κάθε χώρα. Ο κατάλληλος εξοπλισμός θερμικής τροποποίησης είναι εξαιρετικά ακριβός. Επιπλέον, επειδή η τεχνολογία δεν είναι ευρέως γνωστή, υπάρχουν λίγες τεχνικές πληροφορίες σχετικές με τα προγράμματα ξήρανσης. Αρκετοί νέοι παραγωγοί θερμικά τροποποιημένων ξύλων αντιμετωπίζουν υψηλό ποσοστό ελαττωμάτων, όπως λ.χ. ξήρανσης, μεταχρωματισμών, ευθραυστότητας (λ.χ. μειωμένη αντοχή σε κάμψη) και δυσλειτουργίες στην παραγωγή. Υπάρχει συνεχής έρευνα για τη βελτιστοποίηση των βιομηχανικών διεργασιών και των διαφόρων παραμέτρων για την παραγωγή της εν λόγω τροποποιημένης ξυλείας. Η έρευνα συνεχίζεται σε μια προσπάθεια να αποσαφηνιστούν οι χημικές αλλαγές που έχει υποστεί το ξύλο κατά τη διάρκεια της διαδικασίας της θερμικής επεξεργασίας. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/thermal-modification http://www.wfdt.teilar.gr/research.files/2004_09.pdf https://opencourses.auth.gr/modules/document/file.php/OCRS442/%CE%A0%CE%B1%CF%81%CE%BF%CF%85%CF%83%CE%B9%CE%AC%CF%83%CE%B5%CE%B9%CF%82/08%20-%20%CE%A4%CF%81%CE%BF%CF%80%CE%BF%CF%80%CE%BF%CE%AF%CE%B7%CF%83%CE%B7%20%CF%84%CE%BF%CF%85%20%CE%BE%CF%8D%CE%BB%CE%BF%CF%85%20%CE%99%20Opencourses%20AUTh.pdf