Chenyang Cai

Effects of long-term moisture and weather exposure on the structure and properties of thermally modified wood

Cai C. (2020). Effects of long-term moisture and weather exposure on the structure and properties of thermally modified wood. https://doi.org/10.14214/df.298

Tiivistelmä

Puun lämpökäsittely on laajalti käytetty menetelmä, jolla vähennetään puuaineen muodonmuutoksia ja parannetaan sen biologista kestävyyttä. Lämpökäsitellyn puun käyttäytymistä muuttuvissa sää- ja kosteusolosuhteissa ei kuitenkaan täysin tunneta. Tässä väitöskirjassa tutkittiin lämpökäsiteltyjen kuusi-, mänty-, saarnikoekappaleiden kemiallisia, rakenteellisia ja fysikaalisia muutoksia lämpötila- ja kosteusaltistuksessa sekä pitkäaikaisessa säärasituksessa.

Tulokset osoittavat, että korkeampi käsittelylämpötila alentaa puun tasapainokosteutta ja parantaa sen mittapysyvyyttä erityisesti tangentiaalisuunnassa. Lämpökäsittely ei vaikuttanut puulajien Brinell-kovuuteen, mutta tasapainokosteuden kohoaminen alensi kovuutta. Pitkäaikainen kosteusrasitus muutti erityisesti hemiselluloosien ja selluloosan rakennetta ja lisäsi puun hygroskooppisuutta sekä lämpökäsitellyissä että -käsittelemättömissä koekappaleissa. Lämpökäsitellyn puun happamuus nopeutti soluseinämän hajoamista, kun koekappale upotettiin veteen lämpökäsittelyn jälkeen.

Säärasituksessa ligniinin pilkkoutuminen ja hajoamistuotteiden huuhtoutuminen aiheuttavat koekappaleen pinnan harmaantumisen ja pintaosan suhteellisen selluloosa- ja hemiselluloosapitoisuuden kohoamisen. Koska lämpökäsitellyn puun hygroskooppisuus on alhaisempi kuin käsittelemättömän, muuttuivat lämpökäsiteltyjen koekappaleiden ligniinin rakenne ja pinnan väri säärasituksen aikana vähemmän kuin käsittelemättömien verrokkien. Lämpökäsitellyn puun alhaisempi tasapainokosteus ja puun syiden kyllästymispiste aiheuttavat sen, että lämpökäsitelty puu pysyy säärasituksessa käsittelemätöntä puuta kuivempana. Niinpä lämpökäsitelty puu myös kupertuu kastuessaan vähemmän kuin käsittelemätön puu. Säärasituskokeen seurauksena puun pinnan Brinell-kovuus aleni kaikilla puulajeilla hieman soluseinämien rapautumisen ja tasapainokosteuden kohoamisen vuoksi. Korkeammassa lämpötilassa käsiteltyjen koekappaleiden kemialliset muutokset säärasituksen seurauksena olivat vähäisempiä kuin käsittelemättömien ja alemmassa lämpötilassa käsiteltyjen koekappaleiden. Korkeampi käsittelylämpötila alentaa puun huokoisuutta ja veden pääsyä puuhun, mikä selittää parantunutta säänkestoa.

Avainsanat
fysikaaliset ominaisuudet; kemia; hajoaminen; mikrorakenne; lämpökäsitelty puu; säärasitus

Julkaistu 29.5.2020

Katselukerrat 4276

Saatavilla https://doi.org/10.14214/df.298 | Lataa PDF

Osajulkaisut

Cai C., Antikainen J., Luostarinen K., Mononen K., Heräjärvi H. (2018). Wetting-induced changes on the surface of thermally modified Scots pine and Norway spruce wood. Wood Science and Technology 52: 1181–1193.

https://doi.org/10.1007/s00226-018-1030-1

Cai C., Heräjärvi H., Haapala A. (2019). Effects of environmental conditions on physical and mechanical properties of thermally modified wood. Canadian Journal of Forest Research 49(11): 1434–1440.

http://dx.doi.org/10.1139/cjfr-2019-0180

Cai C., Haapala A., Rahman M.H., Tiitta M., Tiitta V., Tomppo L., Lappalainen R., Heräjärvi H. (2020) Effects of Two-year Weather Exposure on Thermally Modified Picea abies, Pinus sylvestris, and Fraxinus excelsior Wood. Canadian Journal of Forest Research (accepted).

Cai C., Javed M.A., Komulainen S., Telkki V.-V., Haapala A., Heräjärvi H. (2020). Effect of natural weathering on water absorption and pore size distribution in thermally modified wood determined by nuclear magnetic resonance. Cellulose 27: 4235-4247.

https://doi.org/10.1007/s10570-020-03093-x

---