Φυσικοχημικές και μηχανικές ιδιότητες θερμικά τροποποιημένου ξύλου
Authors: Καμπερίδου Βασιλική 
Published: August 2021

Στην παρούσα διατριβή πραγματοποιήθηκε θερμική τροποποίηση ξύλου μαύρης πεύκης (Pinus nigra) και λεύκης (Populus sp.) σε θερμοκρασία 180οC και 200οC, για 3, 5 και 7 ώρες, παρουσία αέρα και ελέγχθηκαν βασικής σημασίας φυσικές, χημικές και μηχανικές ιδιότητες. Παρατηρήθηκε ότι όσο η ένταση του χειρισμού αυξάνεται, τόσο το ποσοστό απώλειας μάζας των πλακών πεύκης και λεύκης εξαιτίας του χειρισμού αυξάνεται, η οποία οφείλεται στην απώλεια υγρασίας των δοκιμίων και της υποβάθμισης και απώλειας χημικών συστατικών του ξύλου. Μετά τον χειρισμό, το ποσοστό ανάκτησης του αρχικού βάρους των πλακών πεύκης και λεύκης μειώνεται, εξαιτίας της μειωμένης ανάκτησης υγρασίας, ενώ το ποσοστό ισοδύναμης περιεχόμενης υγρασίας η φαινομενική πυκνότητα των θερμικά τροποποιημένων δοκιμίων και των δύο ειδών μειώνεται. Ο θερμικός χειρισμός βελτιώνει σε μεγάλο βαθμό την υγροσκοπική συμπεριφορά πεύκης και λεύκης (προσρόφηση, εφαπτομενικη-ακτινική-κατά μήκος διόγκωση) και μειώνει περισσότερο τα επίπεδα διόγκωσης σε εφαπτομενική, σε σχέση με την ακτινική διεύθυνση, συμβάλλοντας στον περιορισμό της ανισοτροπίας του ξύλου. Όσο αυξάνει η ένταση του χειρισμού, το ξύλο σκουραίνει και ο δείκτης L* μειώνεται και στις τρεις επιφάνειες των δοκιμίων εφαπτομενικής, ακτινικής και εγκάρσιας τομής. Οι χειρισμοί βελτίωσαν σε ποσοστό 24,47% έως 93,13% τη βιολογική αντοχή των δοκιμίων πεύκης απέναντι σε προσβολή μυκήτων Coniofora puteana, σε σχέση με τον μάρτυρα, ενώ απέναντι στη δράση του μύκητα Poria placenta η απώλεια μειώθηκε κατά 28,75% - 68,46%. Το ποσοστό απώλειας μάζας της λεύκης εξαιτίας της προσβολής του Coriolus versicolor μειώνεται μετά τον χειρισμό κατά 13,25% - 46,08% σε σχέση με τον μάρτυρα, και κατά 31,98% - 64,72% απέναντι στη δράση του μύκητα Poria placenta. Η θερμική τροποποίηση δεν προστάτευσε αποτελεσματικά το ξύλο πεύκης και λεύκης από την ανάπτυξη ευρωτίασης, αλλά συνέβαλε στην επιβράδυνση της ανάπτυξή της. Στα πρώτα στάδια του θερμικού χειρισμού, τα εκχυλίσματα εμφανίζουν μείωση, ενώ όσο η διάρκεια και η θερμοκρασία χειρισμού αυξάνεται, σχηματίζονται νέα εκχυλίσματα. Το ποσοστό λιγνίνης αυξήθηκε στους χειρισμούς θερμοκρασίας 180οC και ακόμη περισσότερο στους χειρισμούς θερμοκρασίας 200οC. Το ποσοστό της ολοκυτταρίνης σε όλους τους χειρισμούς βρέθηκε χαμηλότερο, σε σχέση με το ποσοστό του μάρτυρα, γεγονός που οφείλεται στην έντονη αποσύνθεση ημικυτταρινών. Στην περίπτωση ξύλου λεύκης, το ποσοστό της ολοκυτταρίνης σημείωσε πολύ μικρή μείωση στον πιο ήπιο χειρισμό, ενώ αυξάνοντας διάρκεια και θερμοκρασία, το ποσοστό ολοκυτταρίνης σημειώνει αύξηση. Οι χειρισμοί θερμοκρασίας 180οC προκάλεσαν βελτίωση της αντοχής του πεύκου σε κάμψη, ενώ οι χειρισμοί θερμοκρασίας 200οC εμφάνισαν μείωση της αντοχής κατά 1,52%-16,97%. Η ελαστικότητα των δοκιμίων πεύκης σημείωσε αύξηση εξαιτίας του θερμικού χειρισμού, ανεξαρτήτως διάρκειας ή επιπέδου θερμοκρασίας χειρισμού. Στα δοκίμια λεύκης η αντοχή σε δυνάμεις κάμψης μειώθηκε εξαιτίας του χειρισμού κατά 2,05%-44,65% σε σύγκριση με τον μάρτυρα. Η ελαστικότητα των δοκιμίων λεύκης σημείωσε μείωση σε όλες τις περιπτώσεις θερμικού χειρισμού (5,66%- 24,86%). Στους χειρισμούς θερμοκρασίας 180οC η εφαπτομενική σκληρότητα πεύκης αυξάνεται κατά 6,58% - 15,13%, ενώ σε χειρισμούς θερμοκρασίας 200οC η βελτίωση περιορίζεται καταγράφοντας αύξηση σκληρότητας κατά 4,20% και μείωση σκληρότητας στους επόμενους χειρισμούς (2,79%-13,53%). Η ακτινική σκληρότητα αυξήθηκε κατά 2,45% μόνο στον ηπιότερο χειρισμό, ενώ αυξάνοντας την ένταση μειώθηκε μεταξύ 1,36% και 30%. Η εφαπτομενική σκληρότητα της τροποποιημένης λεύκης σε θερμοκρασία 180οC για 3 και 5 ώρες, μειώθηκε κατά 10,24% και 14,59% και στις 7 ώρες αυξήθηκε κατά 2,35%, ενώ χειρισμοί θερμοκρασίας 200οC την μείωσαν κατά 17,04%-26,05%. Η ακτινική σκληρότητα μειώθηκε κατά 2,81%- 11,06% σε χειρισμούς θερμοκρασίας 180οC (3 και 5 ώρες) και η διάρκεια 7 ωρών την αύξησε κατά 9,28%, ενώ θερμοκρασία 200οC μείωσε τα επίπεδα ακτινικής σκληρότητας των δοκιμίων κατά 2,68% - 18,86%. Οι χειρισμοί θερμοκρασίας 180οC φαίνεται να βελτιώνουν την αντοχή των δοκιμίων πεύκης σε δυνάμεις κρούσης, σε σχέση με τον μάρτυρα, κατά 41,81%, 27,59% και 7,33%, ενώ οι χειρισμοί θερμοκρασίας 200οC την μειώνουν σε σχέση με τον μάρτυρα. Όλοι οι χειρισμοί μείωσαν την αντοχή των δοκιμίων λεύκης σε δυνάμεις κρούσης, καταγράφοντας μείωση 24,27%-62,02%. Όλοι οι χειρισμοί αύξησαν τα επίπεδα αντοχής πεύκης και λεύκης σε δυνάμεις θλίψης σε σχέση με τον μάρτυρα. Μόνο οι ηπιότεροι χειρισμοί μείωσαν ελαφρώς την τραχύτητα επιφάνειας πεύκης και λέυκης, ενώ αυξάνοντας τη διάρκεια και την θερμοκρασία, ο βαθμός τραχύτητας παρουσιάζει έντονη αύξηση σε σχέση με τον μάρτυρα. Μετά από 100 ημέρες έκθεσης των πλακών πεύκης και λεύκης σε εξωτερικές συνθήκες, παρατηρήθηκε παρόμοιος βαθμός αποχρωματισμού των πλακών μάρτυρα σε σχέση με αυτόν των θερμικά τροποποιημένων πλακών, που αποδεικνύεται και από την πορεία των δεικτών L*, a* και b* των επιφανειών λεύκης και πεύκης, γεγονός που πιθανόν οφείλεται στην έκπλυση των υδατοδιαλυτών εκχυλισμάτων, το ξύλο απέκτησε πιο άγρια όψη, εμφανίστηκαν νέες ρωγμές στο ξύλο και εμφανίστηκαν σημάδια προσβολής μυκήτων πιο έντονα στον μάρτυρα και στους μικρότερης έντασης χειρισμούς. Η τραχύτητα όλων των πλακών βρέθηκε αυξημένη σε σχέση με τις τιμές τραχύτητας προ έκθεσης. Οι μικρής έντασης χειρισμοί έδρασαν προστατευτικά στο ξύλο μειώνοντας την τραχύτητα σε σύγκριση με τον μάρτυρα, ενώ οι μεγαλύτερης έντασης χειρισμοί παρουσίασαν επιφάνειες υψηλότερης τραχύτητας. Συμπερασματικά, ο θερμικός χειρισμός βελτιώνει πολλές κρίσιμες για την αξιοποίηση αυτών των ειδών ιδιότητες, αμβλύνει σε μεγάλο βαθμό κάποια από τα σημαντικότερα μειονεκτήματά τους και τα εισάγει σε ένα εκτενές εύρος εφαρμογών μελλοντικής χρήσης τους.