Termopuit

Termopuit on naturaalpuidust värvuse poolest tumedam, mädaniku- ja ilmastikukindlam. Puidu soojusisolatsiooniomadused on tunduvalt paremad. Võrreldes naturaalpuiduga on termopuidu deformatsioonid minimaalsed – keerdumine, kaardumine, pundumine ja kahanemine. Lisaks on tasakaaluniiskus võrreldes naturaalpuiduga ligi 50% väiksem, ning see on suur eelis termopuidu kasutamisel välitingimustes. Puidu tugevus termotöötlemisel väheneb mõnevõrra, mida suurem on temperatuur, seda enam laguneb. Lisaks puidu tugevust mõjutavad tegurid: puidu liik, toorme kvaliteet ja struktuurivead, näiteks oksakohad. Seepärast ei soovitata termopuitu kasutada kandedetailidena.

Eri temperatuuridel töödeldud puit

Kuumtöötlemine muudab puidu rakuehitust, viies sealt välja niiskuse, bakterid ja happed. Selline toitainevaene puit on kehv kasvulava seenhaigustele, mädanikele ja hallitustele ning peab keskkonnamõjudele oluliselt paremini vastu. Termotöötlus sobib rakendada kõikidele puuliikidele, kuid enim kasutatakse mändi, kuuske, kaske ja haaba. Sedasi töödeldud puit on atraktiivse välimusega ja keskkonnasõbralik alternatiiv troopilistele puiduliikidele. Termotöötluse läbinud puidu pind tuleb töödelda ainetega, mis kaitseksid puitu, eelkõige UV-kiirguse eest, vastasel juhul muutub puidu värvus pikaajalise UV-kiirguse mõjul hallikaks. Välitingimustes kasutatavalt termopuidult nõutakse mädaniku- ja seenekindlust, mis on enamasti tagatud.

Töötlusprotsess

Levinuim termotöötluse tehnoloogia pärineb Soomest – tööstuslik ThermoWood tehnoloogia, mille käigus puitu töödeldakse kolmes tehnoloogilises faasis. Kuid välja on töötatud ka erimeetodid: Hollandi meetod, Saksa meetod, Prantsuse tehnoloogiad (Retification protsess ja Le Bois Perdure protsess) ja Taani meetod.

• Hollandi meetod (2000. a) – kaheastmeline protsess: esimeses astmes toimub niiske materjali hüdrotermolüüs ning teises astmes kuiva materjali termotöötlus. Eesmärgiks on kasutada esimeses astmes puidu rakuseinte niiskust suhteliselt madalamatel temperatuuridel rakuseina keemiliste komponentide spetsiifilise reaktsioonivõime suurendamiseks ja ebasoovitavate mehaanilist tugevust vähendavate kõrvalreaktsioonide pärssimiseks. Protsessi esimene aste võib toimuda temperatuurivahemikus 160–190 °C kõrgendatud rõhul. Seejärel kuivatatakse materjal tavatehnoloogiat kasutades niiskuseni umbes 10% ja järgneb kuiva materjali termotöötlus temperatuurivahemikus 170–190 °C.
• Saksa meetod – materjali kuumutatakse taimse päritoluga õlis, milleks võib olla nt rapsiõli, päevalilleõli või linaseemneõli. Õli kindlustab materjali ühtlase kuumutamise ja hapnikuvabad tingimused. Töötlustemperatuurid võivad olla vahemikus 180–220 °C, olenevalt soovitavast tulemusest. Maksimaalne biokindlus minimaalse õlikuluga saadakse temperatuuril 220 °C, maksimaalsed tugevusnäitajad temperatuuridel 180–200 °C
• Taani meetod – meetod baseerub puidu hüdrotermilisel töötlusel nii vaakumi kui kõrge aurusurve kasutamisega autoklaavis. Protsessi väidetavad eelised võrreldes tavalise atmosfäärsel rõhul toimuva protsessiga:
  • kõrge aurusurve (12 baari) kasutamisega lüheneb termotöötluse kestus 2–7 korda
  • sama töötlustulemus saavutatakse 20–30 °C madalamal temperatuuril võrreldes tavatehnoloogiaga

• Prantsuse tehnoloogiad

1. Retification protsess – töödeldakse materjali, mis on algselt kuivatatud niiskuseni u 12%. Materjali kuumutatakse aeglaselt temperatuuril 210–240 °C lämmastiku keskkonnas, kus võib olla hapnikku mitte üle 2%.
2. Le Bois Perdure protsess – töötlus algab niiske materjali kuivatamisega, millest eraldunud auru kasutatakse järgnevalt puidu termotöötluseks auru keskkonnas temperatuuril 230 °C. See meetod ei erine kuigi palju soomlaste ThermoWoodi protsessist.

• ThermoWoodi tehnoloogia

1. faas – kõrgel temperatuuril kuivatus. Kambris tõstetakse temperatuuri ja sinna suunatakse ka veeaur ning temperatuur tõuseb kiiresti 100 °C-ni. Edasi tõstetakse temperatuuri sujuvalt 130 °C, sellel ajal toimub puidu kõrgel temperatuuril kuivatus ning niiskuse tase puidus väheneb pea nullini. See faas on aeganõudvaim ning kõik sõltub puidu algniiskusest, puiduliigist ja materjali paksusest.
2. faas – termotöötlus. Kohe pärast kuivatusfaasi algab termotöötlus, mis toimub temperatuuril 180–220 °C, olenevalt eesmärgist. Töötlusel vähese hapnikuga keskkonnas lisatakse ka veeauru, et vältida materjali süttimist ja mõjutada materjalis toimuvaid keemilisi protsesse. Maksimaalset temperatuuri säilitatakse püsivalt 1–4 tundi.
3. faas – jahutus ja konditsioneerimine. Pärast kõrgel temperatuuril termotöötlust alustatakse ettevaatlikult jahutamist, et vältida järsust temperatuurilangusest tulenevaid lõhesid. Jõudes temperatuurini 80–90 °C niisutatakse materjali ligikaudu ekspluatatsioonitingimuste tasakaaluniiskuse väärtuseni.

Termopuidu töötlusklassid

1. Thermo-S (S – stabiilsus). Liigitatakse loodusliku biokindluse klassi 3 ja niiskusedeformatsioonid tangentsiaalsuunas 6–8%.
2. Thermo-D (D – vastupidavus). Liigitatakse loodusliku biokindluse klassi 2 ja niiskusedeformatsioonid tangentsiaalsuunas 5–6%.

Termotöötlusseade

Töötluskambrid valmistatakse roostevabast terasest ning väliskeskkonnaga kontakti vältimiseks on hermeetilised. Soojuskandjana kasutatakse õli, mida kuumutatakse gaasi- või õliküttel töötavas katelseadmes. Vajaliku auru tootmiseks kasutatakse aurugeneraatorit. Protsessi käigus eraldub puidust kõrgetel temperatuuridel gaasilisi komponente, ning need juhitakse katelseadmesse põletamisele, kuid eelnevalt jahutatakse veega, mille tulemusena genereeritakse täiendav kogus tehnoloogilist auru.

Keemilised protsessid termotöötlusel

Peamised puidu komponendid nagu ligniin, tselluloos, hemitselluloosid ja ekstraktiivained reageerivad termotöötlusel erinevalt. Hemitselluloosid ja ekstraktiivained alluvad termokeemilistele protsessidele hästi. Ligniin ja tselluloos lagunevad aeglaselt ning kõrgetel temperatuuridel. Alates 100–150 ˚C ilmnevad esmased lagunemisnähud, aga protsess on aeglane. Niiskus eemaldub tasapisi ja algab polüsahhariidide polümeerahelate katkemine. Tselluloosi molekulmass püsib konstantne kuni temperatuurini 120 ˚C, temperatuuri tõustes hakkab molekulmass vähenema. Üle 150 ˚C muutuvad puidu füüsikalised ja keemilised omadused märgatavalt. 210 ˚C-st algab märgatav tselluloosi lagunemine. Puidu värv tumeneb, lenduvad ekstraktiivained, väheneb puidu mass, tugevusomadused langevad ja väheneb ka tasakaaluniiskus. Need muutused on tingitud hemitsellulooside termilisel lagunemisel. Puidu termotöötluse mõju oleneb hemitselluloosi tüübist ja hulgast. Okaspuidus on rohkem ligniini ja vähem hemitselluloosi kui lehtpuidus. Puidu kagunemine sõltub hemitselluloosi atsetüülrühmade sisaldusest, mida rohkem seda kergemini puit laguneb. Atsetüülrühmade hüdrolüüsil moodustuvad järgnevad ühendid: äädikhape, sipelghape, rasv- ja vaikhapped, furfurool, fenoolsed ühendid, aromaatsed mittefenoolsed ühendid jt. Kaksiksidemete tekkimine keemilistes komponentides põhjustab puidu tumenemist.

Termopuidu kasutamine

Termiliselt töödeldud puit on omaduste poolest vastupidavam ja erinevates keskkondades seega laialdaselt kasutusele võetud. Sobib hästi põrandamaterjaliks, seinte sise- ja sisevooderduseks, sisustuse ja mööbliesemete valmistamiseks. Kasutusele on võetud ka parketitööstuses. Tänu biokindlusele kasutatakse termopuitu laialdaselt ka välitingimustes ja niisketes kohtades, näiteks sauna siseviimistlusel ja aiamööblina. Veel näiteid välis- ja sisetingimustes kasutamiseks: seinapaneelid, karniisid, aknad, põrandad, mänguväljakute puitdetailid, mööbel, skulptuurid.

Kirjandus

• Reiska, R. Termopuit. Tallinna Tehnikaülikool, Puidutöötlemise õppetool, Tallinn 32 lk. 2012 [WWW] http://www.kk.ttu.ee/puit/Puittoodete_tehnoloogia/Termopuit.pdf
• ThermoWood® Handbook. Finnish ThermoWood Association, 2003 [WWW] http://www.vanhoorebeke.com/docs/Thermowood%20handboek.pdf