Artikkelit jotka sisältää sanan 'drying'

Lämpökäsitellyn ja kuumakuivatun kuusipuun (Picea abies) rakenteeseen ja ominaisuuksiin vaikuttavat mekanismit Puu on luonnon polymeerimateriaali, jota yleisesti käytetään rakentamisessa, huonekaluissa ja muissa tuotteissa. Moni sovellus vaatii puun kuivaamista johonkin soluseinämän kyllästymispistettä alempaan kosteuteen. Kuivauksessa puun rakenne ja ominaisuudet muuttuvat. Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena on ollut tutkia mekanismeja, jotka ilmenevät puun kuivauksessa sekä selvittää näiden mekanismien vaikutusta puun rakenteeseen ja ominaisuuksiin. Mekanismien vaikutusten ymmärtäminen on tärkeää, jos halutaan kehittää materiaaliominaisuuksia parantavia kuivausmenetelmiä. Tulosten mukaan puun pitkäaikainen lämpökäsittely aiheuttaa termistä hajoamista. Hajoamislämpötila alenee kosteuden vaikutuksesta, esimerkiksi jos puuta kuivataan normaalia kosteammissa olosuhteissa. Termisen hajoamisen aiheuttama massahäviö heikentää puun mekaanisia ominaisuuksia ja alentaa kostumistaipumusta. Jälkimmäinen alenee myös palautumattomien vetysidosten muodostuessa kuivauksen aikana ns. sarveistumisilmiössä. Sarveistuminen lisääntyy kuivausolojen muuttuessa rajummiksi. Tuotteen jäykkyyden ja lujuuden kannalta massahäviö ja sarveistuminen ovat kilpailevia mekanismeja. Kuivaus aiheuttaa mikroskooppisia vaurioita, kun puun soluseinien kerrokset kutistuvat anisotrooppisesti. Korkeassa lämpötilassa tapahtuva hidas kuivaus minimoi nämä vauriot. Termisen hajoamisen vaikutukset kuitenkin kompensoivat jännitysten laukeamisen tuomat edut tuotteen mekaanisissa ominaisuuksissa. Näitä ominaisuuksia voidaan parantaa nopealla kuivauksella korkeassa lämpötilassa termistä hajoamista välttäen ja sarveistumista edistäen. Vähentyvä kostumistaipumus parantaa myös muita ominaisuuksia kuten mittapysyvyyttä. Kevätpuun makrohuokosia sulkeutui kuumakuivauksessa, mikä voidaan tulkita palautumattomien vetysidosten muodostumiseksi. Jännityksen relaksaatio hitaassa kuumakuivauksessa vähensi mikrohalkeamia kevätpuussa ja tästä seurasi pienempi jäätymättömän veden määrä. Jäätymättömän veden määrä ylipäätään oli pienempi kuin aiemmin on raportoitu, kun laskelmissa otettiin huomioon faasimuutoksen vaikutus veden lämpökapasiteettiin.

• Borrega, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: marc.borrega@aalto.fi

Rauduskoivun (Betula pendula) puuaines sopii ominaisuuksiensa puolesta erinomaisesti mekaanisen metsäteollisuuden käyttöön, mutta ongelmana on sahatavaran tummuminen kuivauksen aikana. Tässä tutkimuksessa selvitettiin rauduskoivun puuaineksen kuivauksen aikana tapahtuvan tummumisen syitä, tarkoituksena löytää keino, jolla värin tummuminen kuivauksen aikana pystyttäisiin minimoimaan tai jopa välttämään. Tässä tutkimuksessa koivu sahattiin laudoiksi, joiden mitat vastasivat parketin pintalamellien aihioissa käytettävän sahatavaran mittoja. Osa koivulaudoista kuivattiin lämminilmamenetelmällä, osa alipainemenetelmällä laboratoriokokoisissa kuivausuuneissa. Puun värin muutokset samoin kuin proantosyanidiinipitoisuuden muutokset mitattiin puusta lämminilmakuivauksen aikana ja kummallakin tavalla kuivatuista laudoista kuivauksien päätyttyä huomioiden puutavaran käsittely (kaatoaika, varastointi) sekä puiden ympäristötekijät (kasvupaikka) ja runkojen sisäiset tekijät (puuaineksen sijainti rungossa; puuaineksen ikä). Solukkomittauksia tehtiin kuivatuista laudoista otetuista näytteistä; lisäksi puuaineksen tummumista havainnoitiin visuaalisesti. Erilaisia lämminilmakuivauskaavoja verrattaessa havaittiin, että mitä korkeampi kuivauslämpötila oli, sitä tummemmaksi puu muuttui kuivauksen aikana. Kaksi kriittistä kosteusaluetta värin muuttumisen suhteen havaittiin: kuivauksen aloittamisen jälkeen puun väri vaaleni noin 30 % kosteussuhteeseen asti, jolloin se alkoi tummua ja tummui 15-20 %:n kosteussuhteeseen saakka. Tämän jälkeen puun kuivuessa edelleen sen väri jälleen vaaleni hieman, mutta lopullinen väri oli kuitenkin selvästi tuoreväriä tummempi. Samanaikaisesti tummumisen kanssa proantosyanidiinipitoisuus puussa aleni, mikä merkitsee ko. yhdisteiden polymeroitumista ja/tai hapettumista puna-ruskeasävyisiksi yhdisteiksi. Eri tavoin kuivatuissa puuaineksissa havaittiin täysin eri solukkotekijät, jotka korreloivat puun värin kanssa. Lämminilmakuivauksessa merkittävä tummentava solukkotekijä oli kesäpuukerroksen paksuus, kun taas alipainekuivatussa puussa ydinsäteiden suuri leveys ja pitkittäisparenkyymin suuri määrä tummensivat puuta. Tämän tutkimuksen tulosten perusteella koivun puuaineksen tummumista kuivauksen aikana saattaakin olla mahdollista kontrolloida ottamalla huomioon solukkorakenne. Sekundaarinen ksyleemi kehittyy puun koko elämän aikana, jolloin koivuja voitaisiin yrittää jalostaa värin kannalta merkittävien solukkorakenteiden suhteen tai ko. solut ja solukot voitaisiin yrittää minimoida metsänhoidon avulla. Tämä onnistuu parhaiten istutuskoivikoiden perustamisen yhteydessä. Tällöin voidaan valita siemenalkuperä niin, että värinmuutosalttius on huomioitu, ja kasvupaikka voidaan valita niin, että sen olot eivät suosi parenkyymin ja kesäpuun muodostumista suuressa määrin. Puun fysiologiaan voidaan kasvupaikan valinnalla vaikuttaa, sillä eri solutyyppien muodostumisen fysiologinen tausta, mm. hormonien vaikutukset, tunnetaan varsin hyvin.

• Luostarinen, University of Joensuu, Faculty of Forestry Sähköposti: katri.luostarinen@joensuu.fi

Koivu on puutuoteteollisuuden näkökulmasta katsoen tärkein kotimainen lehtipuulajimme. Rauduskoivun (Betula pendula Roth) istutustoiminta käynnistyi Suomessa laajamittaisena 1960-luvulla. Lähitulevaisuudessa istutusrauduskoivun osuus saha- ja vaneriteollisuudessa tulee kasvamaan merkittävästi ensimmäisten istutuskoivikoiden ehtiessä harvennus- ja päätehakkuuvaiheeseen. On todennäköistä, että istutuskoivuista saatava puumateriaali on ominaisuuksiltaan erilaista kuin luontaisesti syntyneiden, puhtaiden tai sekametsissä kasvaneiden koivujen, johtuen istutusalojen suuremmasta kasvunopeudesta ja erilaisesta metsänhoidosta. Myös erilaisten ympäristötekijöiden, kuten kasvupaikan, korjuuajankohdan ja puutavaran varastoinnin, tiedetään vaikuttavan puun ominaisuuksiin, mutta näiden tekijöiden vaikutusmekanismista ja niiden hallinnasta jalostusprosessissa ei ole riittävästi tietoa. Koivusahatavaran jatkojalostuksessa kuivaus on yksi vaikeimmin hallittavista tuotantovaiheista; värinmuutokset, muodonmuutokset ja kosteuden vaihtelu kuivatussa sahatavarassa ovat tyypillisiä kuivauksessa syntyviä vikoja. Tämän väitöskirjatyön tavoitteena oli tutkia istutuskoivusahatavaran käyttäytymistä kuivauksessa ja siihen liittyen puuaineen ja sahatavaran ominaisuuksia puutuoteteollisuuden raaka-aineena. Korjuuajankohdan ja varastoinnin vaikutusta tukittiin puuaineen ominaisuuksien ja kuivauskäyttäytymisen vaihtelun aiheuttajana. Työssä käytettiin kuivausmenetelminä koivusahatavaralle yleistä lämminilmakuivausta eli kamarikuivausta sekä alipainekuivausta. Kuivausmenetelmittäin tutkittiin puun väriä, kutistumista, kuivatiheyttä, loppukosteutta, Brinell-kovuutta ja puun tasapainokosteutta. Värinmuutosten kemiallisen taustan selvittämiseksi tutkittiin proantosyanidiinejä (kondensoituneita tanniineja) ja niiden polymerisoitumista kuivauksen aikana. Korjuuajankohtien välinen puun ominaisuuksien vaihtelu aiheutti eroja sahatavaran kuivauskäyttäytymiseen. Lisäksi kuivausprosessit erityisesti lämminilmakuivauksessa erosivat eri ajankohtina toisistaan kuivausprosessin alussa käytetyn alhaisen lämpötilan vuoksi. Puun lähtökosteus, kuiva-tuoretiheys ja proantosyanidiinipitoisuus vaihtelivat korjuuajankohtien välillä. Tämä vaihtelu oli seurausta puiden fysiologisesta vuodenaikaisvaihtelusta ja sillä havaittiin olevan vaikutusta kuivatun puun väriin, tiheyteen, tasapainokosteuteen ja Brinell-kovuuteen. Värinmuutosten mekanismi oli erilainen eri kuivaustavoilla. Lämminilmakuivauksessa värinmuutos oli voimakkainta kesällä korjatulle puutavaralle kun taas alipainekuivauksessa muutos oli voimakkainta talvella korjatulle puutavaralle. Lämminilmakuivauksessa värinmuutos oli voimakkainta saheiden sisäosissa kun taas alipainekuivauksessa se oli voimakkainta saheiden pintakerroksessa. Puutavaran varastointi tukkeina ennen sahausta lisäsi kuivauksenaikaisen värinmuutoksen voimakkuutta sekä kesällä että talvella korjatuista puista peräisin olevalla sahatavaralla. Istutuskoivusahatavaran käytön lisääntyminen voi lisätä koivupuutuotteiden ominaisuuksien vaihtelua mikä tulisi ottaa huomioon jatkojalostuksen eri vaiheissa.

• Möttönen, University of Joensuu, Faculty of Forestry Sähköposti: veikko.mottonen@joensuu.fi