FI118958B - Lämpömodifioidun puun käsittely - Google Patents

Description

118958 Lämpömodifioidun puun käsittely

Keksintö kohdistuu menetelmään lämpömodifioidun puun käsittelemiseksi, menetelmällä saatavaan tuotteeseen sekä käsittelyaineiden käyttöön menetelmän yhtey-5 dessä.

Puun lämpömodifioinnilla tarkoitetaan puutavaran hallittua lämpökäsittelyä yli 100 °C:n lämpötilassa siten, että käsittelyllä parannetaan puun dimensiostabiiliutta ja alennetaan sen tasapainokosteutta ja kosteuselämistä. Lämpömodifioinnin muita edullisia vaikutuksia ovat lisääntynyt vastustuskyky lahoamista vastaan sekä alen-10 tunut pihkan erittyminen. Toisaalta lämpömodifioinnissa puu tummuu ja sen taivutus-ja halkaisulujuudet heikkenevät. Ominaisuuksiensa johdosta lämpömodifioidul-la puulla on käyttöä etenkin rakenteissa ja kalusteissa, jotka joutuvat ulkoilman kanssa kosketukseen.

Puun lämpömodifioinnin tekniikkaa on kuvattu julkaisussa WO 95/31680, jonka 15 keskeisenä sisältönä on puun ulkopinnan ja sisuksen välisen lämpötilaeron kontrollointi lämpötilan noston aikana siten, että puussa tapahtuvat murtumat estetään. Julkaisun mukaan mainittu lämpötilaero on välillä 10-30 °C ja pidetään lämmityksessä suurin piirtein vakiona. Vastaavaa hallittua 10-30 °C:n lämpötilaeroa puun sisuksen .. . ja ulkopinnan välillä voidaan julkaisun mukaan myös ylläpitää puuta jäähdytettäes- • · · : 20 sä, jolloin toisin kuin lämmityksessä, korkeampi lämpötila vallitsee puun sisällä.

• · *·· ····· Julkaisusta WO 94/27102 käy selville parannettu lämpömodifioidun puun valmis- tusmenetelmä, jossa puun käsittelylämpötila on yli 150 °C ja käsittelyssä käytetään : V. apuna vesihöyryä. Käsittelyn aikana puussa tapahtuu vähintään 3 %:n painohäviö.

• · • · »·

Julkaisussa WO 01/53812 kuvataan edelleen menettely puussa tapahtuneen lämpö-25 modifioitumisen todentamiseksi mittaamalla siinä olevien vapaiden radikaalien lu-:Y: kumäärä ja vertaamalla sitä vapaiden radikaalien määrään vastaavassa käsittelemät- :***: tömässä puussa. Lämpömodifioitumisen kriteeriksi julkaisussa esitetään, että puun * . vapaiden radikaalien määrä on vähintään 1,5-kertainen, mieluiten vähintään kaksin- ],.' kertainen käsittelemättömään puuhun verrattuna.

• · • · • · · ,·] : 30 Mainitut julkaisut WO 95/31680, WO 94/27102 ja WO 01/53812 sisällytetään tällä • · · j viittauksella osaksi esillä olevaa patenttiselitystä. Puun lämpömodifioinnilla tai 1 *! lämpömodifioidulla puulla tarkoitetaan seuraavassa sitä, että puu täyttää ainakin 118958 2 jonkin mainituista kolmesta julkaisusta mukaiset puun lämpökäsittelyn (lämpömo-difioinnin) tai lämpökäsitellyn (lämpömodifioidun) puun kriteerit.

Huolimatta lämpömodifioidun puun alentuneesta tasapainokosteudesta kosteutta sisältävässä ulkoilmassa on nyt havaittu, että se suorassa kosketuksessa veteen tai 5 kosteaan maaperään imee itseensä runsaasti vettä. Vaikka lämpömodifiointi sinänsä parantaa puun lahonkestoa, on etenkin pitempiaikaisella vettymisellä silti haitallinen vaikutus puun kestävyyteen. Lisäksi puuaineksen vettyminen lisää suuresti sen painoa.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on täten muodostaa ratkaisu lämpömodifioi-10 dun puun vettymisen estämiseksi. Keksinnön mukainen menetelmä käsittää sen, että lämpömodifioitu puu muutetaan vettä hylkiväksi imeyttämällä siihen liuosta, jossa on selluloosan suhteen reaktiivista hydrofobista liima-ainetta, joka on alkyyliketee-nidimeeri (AKD) ja/tai alkenyylimeripihkahappoanhydridi (ASA), liuotettuna orgaaniseen liuottimeen, ja poistamalla liuotin kuivaamalla.

15 Keksinnön mukaisesti on havaittu, että sopivaan orgaaniseen liuottimeen liuotettu liima on helppo imeyttää lämpömodifioituun puuhun, mikä johtuu samasta syystä kuin puun vettyminenkin, nimittäin puun rakenteen kasvaneesta huokoisuudesta. Keksinnöllä suoritetuissa alustavissa kokeissa on päästy yli 90°:n, jopa yli 100°:n kontaktikulmaan käsitellyn puun pinnan ja sille pudotetun vesipisaran välillä, mikä ·*·*; 20 on osoitus korkeasta vedenhylkivyydestä.

• φ • · · • * *···[ Liima-ainetta sisältävä liuos voidaan imeyttää puuainekseen kauttaaltaan valtiollisen liimapitoisuuden aikaansaamiseksi. Vaihtoehtoisesti puu voidaan pintakäsitellä *; * *: maalaamalla tai kastamalla se nopeasti upotusaltaaseen, jolloin liima tunkeutuu vain I puun pintakerroksiin.

• · · • · · 25 Keksinnön mukaisesti käytettäviä puun hydrofobisuutta kasvattavia liima-aineita . . ovat paperien ja kartonkien liimauksesta tunnetut alkyyliketeenidimeerit (AKD) se- • · · kä alkenyylimeripihkahappoanhydridit (ASA), jotka ovat selluloosan suhteen reak- tiivisia ja joilla liimaus tapahtuu neutraalilla tai alkalisella pH-alueella. Paperi- ja ·:·*: kartonkiteollisuus käyttää näitä liimoja vesiemulsioina, kun taas esillä olevan kek- .1·. 30 sinnön mukaisessa lämpömodifioidun puun imeytyksessä ne ovat käyttökelpoisia (· orgaaniseen liuottimeen, kuten asetoniin, liuotettuina. Imeytyvyyttä ajatellen liima- ♦ · *« *· liuos on mieluiten laimeaa; liiman pitoisuus liuoksessa voi olla 0,01-1 paino-%, edullisesti 0,05-0,2 paino-%. Kuitenkin myös AKD:n tai ASA:n käyttö väkevänä 3 118958 liuoksena on keksinnön puitteissa mahdollista. Edelleen on mahdollista AKD:n ja ASA:n yhtäaikainen käyttö toisiinsa sekoitettuina.

Alkyyliketeenidimeerien sisältämän alkyyliketjun pituus voi vaihdella. Kaupalliset AKD-liimat käsittävät tavallisesti suoran Ci6-C22-alkyyliketjun. Kuitenkin myös 5 haaroittuneet tai tyydyttämättömän hiiliketjun sisältävät AKD-liimat ovat keksinnössä käyttökelpoisia. AKD-liimavalmisteita on saatavilla sekä kiinteinä että nestemäisinä.

Vastaavasti alkenyylimeripihkahappoanhydrideissä alkenyyliketjun pituus voi vaihdella. Kaupalliset ASA-liimat käsittävät tavallisesti Ci6-C22-alkenyyliketjun.

10 Tekniikan tasoon liittyen, C.A.S. Hiirin ja S. Mallon’in artikkelista lehdessä Journal of Wood Chemistry and Technology, 18 (3), sivut 299-311 (1998) on selostettu puun kemiallista modifiointia, jossa eräänä kemikaalina oli ASA-liimoihin kuuluva 2-okten-l-yylimeripihkahappoanhydridi pyridiiniin liuotettuna. Kysymys ei kuitenkaan ollut lämpömodifioidusta puusta, eikä sillä pyritty lisäämään puun hydrofobi-15 suutta vaan tavoitteena olivat puun dimensiotabilisuuden ja kestävyyden kasvattaminen sekä reaktiivisten funktionaalisten ryhmien lisääminen puuhun kemiallisin keinoin. Artikkelin mukainen tekniikka rinnastuu siten ennemminkin puun lämpö-modifiointiin kuin sen hydrofobisointiin.

.. . Keksinnön mukaisen liimauksen ja liuottimen poiston jälkeen puu voidaan jatkokä- \.l* 20 sitellä kuumentamalla, esim. saattamalla se 100-140 °C:n lämpötilaan 15-60 minuu- • · *···| tin ajaksi. Kuumennustarve riippuu valitusta liima-aineesta; alustavien kokeiden * : mukaan AKD-liimauksissa tällaisella jälkikuumennuksella ei juuri ole merkitystä, kun taas ASA:lla saavutettavaa hydrofobiteettia se parantaa aivan oleellisesti.

·· · • ♦ · • ♦ .···. Keksinnön mukaiselle, edellä esitetyn mukaisesti käsitellylle lämpömodifioidulle • ♦ 25 puulle on tunnusomaista se, että siinä on imeytettynä hydrofobista, selluloosan suh- . . teen reaktiivista liima-ainetta, joilla puu on tehty paremmin vettä hylkiväksi, liima- * * * aineen ollessa AKD tai ASA. Mieluiten liimaa on puussa kauttaaltaan tasaisesti ja- • · *»· kautuneena niin, että liimapitoisuus käsitellyssä puussa on suurin piirtein vakio.

* ·

Keksintö käsittää edelleen AKD:n tai ASA:n käytön orgaaniseen liuottimeen liuo- *·;·* 30 tettuna lämpömodifioidun puun käsittelyyn puun tekemiseksi vettä hylkiväksi.

• * • · · • · · | Keksintöä valaistaan lähemmin seuraavilla suoritusesimerkeillä, • ·« • »

Esimerkki 1 4 118958 AKD-liimaa, joka sisälsi Cjö/Cig-alkyyliketjun, liuotettiin asetoniin 0,1 paino-% liuokseksi, ja Thermowood nimellä markkinoitu lämpöpuu imeytettiin läpikotaisin tällä liuoksella. Puu kuivattiin haihduttamalla siitä asetoniliuotin, ja kuivattu, AKD-5 käsitelty puu kuumennettiin 130 °C:een 15, 30 ja 60 min. ajaksi. Puun vedenhylkivyys testattiin pisaratestillä, jossa puulle saatetun vesipisaran puun pinnan kanssa muodostama kontaktikulma mitattiin 1, 5 ja 10 s. pituisen kontaktiajan jälkeen. Oheisen piirustuksen kuvan 1 pylväsdiagrammi esittää tulokset viidestä näytteestä, jotka olivat referenssinäyte (ref.), so. lämpöpuu, jota ei oltu käsitelty AKD:llä, 10 AKD-käsitelty lämpöpuu, joka oli kuivattu mutta jolle ei suoritettu kuumennuskä-sittelyä, sekä AKD käsitelty lämpöpuu, joka oli kuivattu ja sen jälkeen kuumennettu 130 °C:een 15, 30 tai 60 minuutiksi. Tuloksista nähdään AKD-käsittelemättömän puun hydrofiilisyys, joka ilmenee matalana kontaktikulmana, joka lisäksi nopeasti alenee kontaktin jatkuessa. AKD-käsitelyllä lämpöpuulla päästiin noin 90-100° 15 kontaktikulmiin, jotka osoittivat pinnan olevan vettä hylkivä ja vailla alttiutta veden imeytymiseen puun sisään. Nähdään myös, että AKD-liimausta seuraavalla kuu-mennuskäsittelyllä on vain marginaalinen vaikutus puun vedenhylkivyyteen ja että liian pitkään jatketun kuumennuksen vaikutus voi kääntyä negatiiviseksi.

Esimerkki 2 20 Esimerkin 1 kokeet toistettiin siten, että AKD:n asemasta liima-aineena oli ASA, • · .·1·. joka sisälsi Ci8-C22-alkenyyliketjun. Käsittelyliuoksella joka sisälsi 0,1 % ASA:a liuotettuna asetoniin, imeytetystä ja kuivatusta lämpöpuusta sellaisenaan tai 15, 30 • · tai 60 minuutin kuumennuskäsittelyn 130 °C:ssa jälkeen mitattiin vesipisaran kon- .. .1 taktikulmat 1, 5 ja 10 s. pituisen kontaktin jälkeen. Kuten esimerkissä 1, referenssi- • · · :t ;' 25 nä (ref.) oli kaupallinen liimaamaton lämpöpuu sellaisenaan. Tulokset käyvät selvil- ’···1 le piirustuksen kuvion 2 pylväsdiagrammista. Nähdään, että pelkällä ASA- liimauksella ilman kuumennusta ei saavuteta merkittävää parannusta lämpöpuun • · ·',1,·1 vedenhylkivyyteen, mutta noin 100°:n kontaktikulmana ilmenevä erinomainen ve- : ' denhylkivyys saavutetaan, kun ASA-liimatulle ja kuivatulle lämpöpuulle suorite- 30 taan lisäksi lyhytkestoinen kuumennuskäsittely.

· t1· • · • · ··· • · • · · • ·· • · · • · · • 1· • ·

Claims (9)

1. Menetelmä lämpömodifioidun puun käsittelemiseksi, tunnettu siitä, että puu muutetaan vettä hylkiväksi imeyttämällä siihen liuosta, jossa on selluloosan suhteen reaktiivista hydrofobista liima-ainetta, joka on alkyyliketeenidimeeri (AKD) ja/tai 5 alkenyylimeripihkahappoanhydridi (ASA), liuotettuna orgaaniseen liuottimeen, ja poistamalla liuotin kuivaamalla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liima-ainetta sisältävä liuos imeytetään puuhun kauttaaltaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 10 että kuivauksen j älkeen puuta kuumennetaan.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puu kuumennetaan 100-140 °C:n lämpötilaan 15-60 min ajaksi.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liuotin on asetoni.

5. i 89f5 8

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liiman pitoisuus käsittelyliuoksessa on 0,01-1 paino-%, edullisesti 0,05 - 0,2 paino-%. ·· m • * :tt;‘

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisesti käsitelty lämpömodifioitu • · *···* puu, tunnettu siitä, että siihen on imeytetty hydrofobista, selluloosan suhteen reak- 20 tiivistä liima-ainetta, jolla puu on tehty vettä hylkiväksi, liima-aineen ollessa alkyy-liketeenidimeeri (AKD) ja/tai alkenyylimeripihkahappoanhydridi (ASA).

·· · • · · • « *···, 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen lämpömodifioitu puu, tunnettu siitä, että • · *** liima-ainetta on imeytetty puuhun kauttaaltaan siten, että liimapitoisuus käsitellyssä . . puussa on pääasiallisesti vakio. i · · • · · • · :***: 25

9. Selluloosan suhteen reaktiivisen hydrofobiliiman, joka on alkyyliketeenidi- \ meeri (AKD) ja/tai alkenyylimeripihkahappoanhydridi (ASA) käyttö orgaaniseen ]..* liuottimeen liuotettuna lämpömodifioidun puun käsittelyyn sen tekemiseksi vettä • · *·"* hylkiväksi. • m • · · * ·· • · • « φ · • ·· • · 6 118958