6.1.4 UUDET PUUTUOTTEET - NS. MODIFIOIDUT PUUT

Puu on erinomainen materiaali moneen tarkoitukseen. Se on kevyttä, lujaa, joustavaa ja sitkeää. Se vaimentaa värähtelyjä ja eristää lämpöä ja sähköä. Varjopuolina ovat erityisesti puun kutistuminen ja turpoaminen kosteuden vaihdellessa sekä lahoaminen, jotka rajoittavat puun käyttöä. Lisäksi puu on altis sieni- ja hyönteistuhoille. Vaativiin käyttökohteisiin voidaan käyttää ulkomaisia, kovia puulajeja, joiden eläminen on pientä ja lujuus erinomaista. Ulkomaisten puiden korvaaminen kotimaisilla modifioiduilla puilla on ollut useiden tutkimusten tavoitteena. Huokoisia kotimaisia puulajeja voidaan muokata eri tarkoituksiin käyttäen hyväksi painetta, lämpöä tai puuhun imeytettyjä kemikaaleja. Valtion teknillinen tutkimuskeskus (VTT) on tutkinut puun ominaisuuksien parantamista erilaisilla käsittelyillä.

Seuraavassa on lyhyesti kuvattu erilaisia mekaanisia ja kemiallisia menetelmiä, joilla pyritään vaikuttamaan puun ominaisuuksiin. Prosesseissa vapautuvista aineista on olemassa tietoa, mutta tarkempia tutkimuksia menetelmien ympäristövaikutuksista ei ole vielä tehty.

Puristepuu

Suomalaisten havupuiden pinnan pehmeys asettaa niiden käytölle rajoituksia kulutukselle alttiiksi tulevissa kohteissa. Seuraavassa taulukossa on esitetty eräiden puulajien kovuuksia. Janka-kovuudella mitataan voimaa, joka tarvitaan painamaan poikkipinnaltaan yhden neliösentin kuula puolen läpimittansa syvyyteen. Brinell-kovuudessa mitataan tietyllä voimalla ja kuormitusnopeudella puuhun painetun kuulan aikaansaamaa painaumaa.

Puulaji Janka-kovuus Brinell-kovuus tiheys kg/m3
kuusi 160-230 1,2 370-440
mänty 250 1,9 450-500
koivu 420 2,2-2,7 580-620
tammi 550 2,4-4,1 650-720
pyökki 565-675 2,7-4,0 640-680

Puuta voidaan puristaa kokoon ja samalla saadaan sen tiheys kasvamaan. Tiheyden kasvaessa useat puun ominaisuudet, mm. pintakovuus ja taivutuslujuus, paranevat. Männyn pintakovuus on saatu tammen veroiseksi ja koivun jopa sitä paremmaksi. Teknologia perustuu puun puristuskuivaukseen, jonka jälkeen puu säilyttää puristuksessa annetun muodon, jollei ympäristön suhteellinen kosteus ylitä 90 prosenttia. Puristettu puu voidaan vakiinnuttaa muotoonsa maleiini- tai öljykäsittelyllä, jolloin se ei reagoi kosteuden muutoksiin. Prosessia säädellään kosteuden, lämmön ja puristuspaineen avulla, ja se on optimoitava erikseen eri puulajeille. Puristepuuta ei ole tällä hetkellä saatavilla vapaasti markkinoilta, vaan se on aina tilattava valmistajilta.

Lämpökäsitelty puu

Lämpökäsittely on prosessi, jossa puuta kuumennetaan hetkellisesti (2-5 h) yli 200 ºC lämpötilassa. Käsittely kestää kaikkine vaiheineen yhdeksästä tunnista vuorokauteen. Käsittelyaika riippuu mm. puutavaran alkulämpötilasta ja -kosteudesta sekä mitoista. Paksu, kostea puu vaatii pidemmän käsittelyajan kuin pieni ja valmiiksi kuiva, lämmin puu.

Puun lämpökäsittelyn on todettu vaikuttavan puun kemialliseen rakenteeseen ja sitä kautta puun ominaisuuksiin. Kansanomainen perinteinen sovellus puun lämpökäsittelystä on ollut aidanseipäiden polttaminen karrelle, millä on pidennetty heinäseipäiden ja aidan tolppien käyttöikää. Puusta veistettyjä astioita, kauhoja, lusikoita ja muita käyttöesineitä pidettiin uunin jälkilämmössä niin, etteivät ne hiiltyneet mutta muuttuivat halkeilemattomiksi ja helposti puhdistettaviksi.

Lämpökäsittely saa puussa aikaan mm. seuraavia muutoksia (arvot koskevat männyllä tehtyjen kokeiden tuloksia):

Lämpökäsittelyssä vapautuu mm. vesihöyryä, hiilimonoksidia, hiilidioksidia, etikkahappoa, muurahaishappoa, metanolia sekä tervaa. Näiden lisäksi vapautuu hyvin pieniä pitoisuuksia muita lähinnä hemiselluloosan hajoamistuotteita. Tutkimustulokset ovat tältä osin vielä vähäisiä ja vain suuntaa-antavia, koska vapautuvien aineiden erottaminen toisistaan on vaikeaa. Ympäristön ja hajun kannalta prosessissa vapautuvia yhdisteitä ei voi päästää ulkoilmaan, vaan ne puhdistetaan pesureilla.

Pitkät ja korkeita lämpötiloja vaativat lämpökäsittelyprosessit kuluttavat runsaasti energiaa. Arvioiden mukaan lämpöpuun tuottamiseen tarvitaan n. 38-70 litraa lämmitysöljyä/m³. Seitsemälläkymmenellä litralla öljyä lämmittäisi kymmenen neliömetrin suuruista asuinhuonetta noin puoli vuotta. Sähköä yhden kuutiometrin valmistamiseen kuluu n. 800-900 kWh. Samalla sähkömäärällä lämmittäisi saunaa kaksi kertaa viikossa vuoden ajan tai valaisisi kahden hengen asunnon vuodeksi.

Suomessa on tällä hetkellä (lokakuussa 1999) toiminnassa kuusi lämpökäsiteltyä puuta tuottavaa laitosta. Lämpöpuun varsinainen läpimurto tapahtunee lähivuosina kokemusten ja tutkimustulosten lisääntyessä.

Lämpökäsitellyn puun pintakäsittely

Lämpökäsittely ei korvaa puun pintakäsittelyä. Lahonkeston kannalta pintakäsittely ei ole välttämätöntä, mutta ulkonäölliset seikat pakottavat pintakäsittelemään myös lämpökäsitellyn puun. Käsittelemätön pinta nimittäin vaalenee auringon UV-säteilyn vaikutuksesta. Sade puolestaan harmaannuttaa vaalentunutta, pintakäsittelemätöntä puun pintaa. Sisäkäyttöön tarkoitettu pellavaöljy eivätkä kaikki luonnonmukaiset pintakäsittelyaineet anna riittävää sinistymä- ja homesuojaa ulkokäytössä. Puun värisävyn muuttumista voidaan vähentää käyttämällä pintakäsittelyaineita, joissa on puuta suojaavaa pigmenttiä. Aineen suojaava vaikutus on riippuvainen pigmenttikerroksen paksuudesta.

Kotimaiset pintakäsittelyaineiden valmistajat suosittelevat lämpöpuulle peittomaalausta, lakkausta tai öljyämistä. Peittomaalaus on tehokkain tapa, mutta se peittää alleen lämpöpuun kauniin pinnan. UV-suojan antavat lakat voidaan sävyttää halutun värisiksi. Ne antavat suhteellisen pitkän, 5-7 vuoden uusintavälin.

Lämpökäsitellyn puun liimaaminen

Lämpökäsitellyn puun liimattavuuteen vaikuttavat sekä käsittelylämpötila että -aika. Korkeissa lämpötiloissa käsitellyn puun liimasauman lujuutta heikentää puupinnan haurastuminen. Veden imeytyminen lämpökäsiteltyyn puuhun pienenee, mikä vaikeuttaa veden imeytymiseen perustuvien PVAc-liimojen tunkeutumista puuhun ja liimasauman kovettumisajat pidentyvät

Lämpökäsitellyn puun työstäminen

Lämpökäsitellyn puun työstössä on otettava huomioon materiaalin erityisominaisuudet. Puun sisäisenä liima-aineena toimiva ligniini hajoaa lämmön vaikutuksesta, samoin pihka ja hartsi havupuilla. Lastut eivät pysy ehjinä, vaan työilmaan vapautuu enemmän puupölyä kuin lämminilmakuivatun männyn työstössä. Tämä lisää tuntuvasti imureiden ja hengityssuojainten tarvetta verstaissa. Koska lämpökäsittely lisää puun haurautta, havupuut saattavat murtua työstössä ja leikkauslujuus pienenee. Höylättävyys ei muutu oleellisesti käsittelemättömästä puusta ja sahattavuutta pidetään vaivattomana. Halkaisulujuuden heikkeneminen vaikeuttaa erityisesti kappaleiden kiinnittämistä päistä. Halkeamista voidaan estää valitsemalla oikeat ruuvi- ja naulakoot sekä poraamalla esireiät kiinnittimille. Ulko-olosuhteissa ei tule käyttää galvanoituja eikä keltapassivoituja heloja niiden korroosio-ongelmista johtuen. Kuumasinkitty ja ruostumaton metalli kestävät ulkorakenteissa pitkän käyttöiän mukanaan tuomat rasitukset

Öljykäsittely

Kyllästämällä puu mänty-, pellava- tai rypsiöljyllä ja sitomalla öljy kemiallisesti puusolukkoon saadaan aikaan huoltovapaa, sään ja lahonkestävä 5-10 mm paksu kestopinnoite. Käsittely soveltuu kaikille puulajeille. Öljykäsitelty puu värjäytyy kauttaaltaan tummaksi. Kosteuseläminen vähenee ja lahonkestävyys paranee sekä kovuus lisääntyy. Öljykäsitelty tuote on hyödynnettävissä sekä kosteiden tilojen kalusteissa sisäkäytössä että erilaisissa ulkokäyttöön tulevissa rakenteissa, mm. siltapalkeissa.

Maleiinikyllästys

Teknologia perustuu puun happivetyryhmien sitomiseen maleiinihappoanhydridi-glyseroli-seoksella. Puun kosteuseläminen pienenee oleellisesti ja lahonkestävyys paranee, kun vapaiden happivetyryhmien määrä on pieni.

Maleiinikäsittelyllä puun kosteuseläminen on saatu vähennetyksi jopa alle kymmenesosaan käsittelemättömän puun elämisestä. Puun kovuus on saatu kaksinkertaistettua maleiinimäärästä riippuen. Käsittelyprosessiin liittyvä lämpövaihe yhdessä maleiinin kanssa tummentaa puun. Puulajiksi suositellaan koivua sen pintakovuuden ja hyvän modifiointiaineiden imukyvyn tähden. Maleiinilla kyllästetty puu tai puuviilu soveltuu hyvin kalusteisiin, parketteihin ym. tuotteisiin, joilta vaaditaan hyvää kulutuskestävyyttä ja kosteuden kestoa. Elämättömyyden ansiosta pintojen halkeilu ja kuluminen vähenevät.

Matriisikuitu

Modifioimalla puukuituja voidaan parantaa niiden yhteensopivuutta muiden materiaalien kanssa. Tällöin on kehitettävissä erityyppisiä sementtiin, bitumiin ja muoviin perustuvia yhdistelmä- eli komposiittituotteita. Selvityksiä on tehty laajasti, ja tuotannon asteelle ovat päässeet puukuitujen yhdistäminen betoniin sekä tiettyjen muovien jatkosaineeksi. Muita mahdollisia käyttökohteita ovat huonekalut (erityisesti taivutetut pinnat), sisätilojen seinäpaneelit, säilytysastiat ja pakkausmateriaali, kuten säiliöt ja kuormauslavat.