MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA ÚSTAV NAUKY O DŘEVĚ
VYUŢITÍ MODIFIKOVANÉHO DŘEVA V INTERIÉRU A EXTERIÉRU BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
2010/2011
Pavel Konečný
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe jsem bakalářskou práci na téma: Vyuţití modifikovaného dřeva v interiéru a exteriéru zpracoval sám a uvedl jsem všechny pouţité prameny. Souhlasím, aby moje bakalářská práce byla zveřejněna v souladu s § 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uloţena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MENDELU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, ţe před sepsáním licenční smlouvy o vyuţití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyţádá písemné stanovisko univerzity o tom, ţe předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace. V Brně, dne:........................................ podpis studenta
PODĚKOVÁNÍ Touto cestou bych rád poděkoval svému vedoucímu práce panu Ing. Aleši Dejmalovi, Ph.D. za jeho připomínky, odborné vedení a trpělivost při vedení mé práce. Dále bych poděkoval rodičům za umoţnění studia.
Abstrakt Autor: Pavel Konečný Název práce: Vyuţití modifikovaného dřeva v interiéru a exteriéru Title: Application of modified wood in interior and exterior Tato bakalářská práce je zaměřena na vyuţití modifikovaného dřeva v interiéru a exteriéru. Zabývá se problematikou vybraných metod modifikací. Na základě poţadavků pro pouţití v exteriéry a interiéry je provedena analýza u šesti typů komerčně prodávaných modifikovaných dřev, z nichţ kaţdé je modifikováno jinou metodou. Výstupem analýzy je vyhodnocení těchto materiálů z hlediska účelu jejich pouţití pro interiér a exteriér. Klíčová slova: Modifikace dřeva, nábytek, tepelná modifikace, chemická modifikace, impregnace
Abstract The bachelor thesis discuses application of modified wood in interior and exterior. It focuses on various methods of these modifications. The main part provides analysis of seven types of commercially used modified woods based on requirements for application in exterior and interior. It also offers review on applicability of these materials for interiors and exteriors. Keywords: Wood modification, Furniture, Thermal modification, Chemical modification, Impregnation modification.
3
Obsah Úvod ......................................................................................................................... 5 Cíl práce ................................................................................................................... 7 Literární přehled..................................................................................................... 8 3.1 Dřevo jako masivní materiál ............................................................................. 8 3.1.1 Vlastnosti dřeva .......................................................................................... 8 3.2 Modifikované dřevo ........................................................................................ 12 3.2.1 Mechanická modifikace - lisování ............................................................ 12 3.2.2 Tepelně modifikované dřevo .................................................................... 14 3.2.3 Impregnace................................................................................................ 20 3.2.4 Chemicky modifikované dřevo ................................................................. 22 3.3 Komerční produkty modifikovaného dřeva .................................................... 31 3.3.1 Calignum ................................................................................................... 31 3.3.2 BendyWood – ohýbací dřevo ................................................................... 33 3.3.3 ThermoWood ............................................................................................ 35 3.3.4 TitanWood ................................................................................................ 36 3.3.5 Belmadur ................................................................................................... 37 3.3.6 Kebony ...................................................................................................... 38 3.3.7 Indurit........................................................................................................ 39 3.4 Klasifikace nábytku dle funkce....................................................................... 41 4. Materiál a metodika.............................................................................................. 42 5. Výsledky ................................................................................................................. 43 6. Diskuse ................................................................................................................... 47 7. Závěr ...................................................................................................................... 48 8. Summary................................................................................................................ 49 9. Přehled pouţité literatury .................................................................................... 50 1. 2. 3.
1. Úvod Dřevo je uţ od dávných dob nejvšestrannějším a nejrozšířenějším materiálem, který člověk pouţívá. I přes neobyčejný úspěch vědy a techniky na úseku výroby materiálů a plastů pro průmysl stavební, báňský, zemědělský i kaţdodenní ţivot dřevo bylo a nadále zůstává nejvyhledávanějším materiálem. Postupné prohlubování poznatků o vnitřní struktuře, chemickém sloţení, fyzikálních a mechanických vlastnostech vyvolává i intenzivní rozvoj techniky a technologie jeho zpracování a mnohostrannosti jeho vyuţívání (Poţgaj 1993). Dřevo je materiál s rozdílnými vlastnostmi. Rozpětí biologických, chemických, fyzikálně mechanických, technologických vlastností a přirozeně také vlastností struktury a vzhledu dřeva je extrémně velké. Pro většinu účelů pouţití je v zásadě vybíráno správné dřevo, neboť řemesla i průmysl k tomu mají nashromáţděny dostatečné zkušenosti (Wagenfűhr 2002). Dřevo oceňujeme nejen kvůli mnohostrannosti jeho technických vlastností a tomu, ţe je trvale k dispozici, ale především kvůli jeho estetickému působení. Ţivot se dřevem, zejména radost z kresby a barvy, se ve stoupající míře stává lidem potřebou (Wagenfűhr 2002). Výrobky vyrobené ze dřeva zasahují do našeho bydlení. V interiéru či exteriéru se setkáváme se dřevem neustále. Interiér je vnitřní prostor, vytvořený architekturou a doplněný o funkční nebo estetické elementy. Exteriér by měl být harmonickým pokračováním a rozvinutím interiéru. Exteriér, konkrétně zahrada je prostředím, které zkvalitňuje náš soukromý ţivot, bytu či domovu dává mnohem větší rozměr a umoţní v rámci bydlení přístup do zelené a kvetoucí přírody. Doby, kdy jsme na zahradu v podstatě odkládali to, co uţ v interiéru doslouţilo, jsou minulostí. Dřevo v exteriéru a interiéru nejčastěji pouţíváme na nábytek, ten je nejvýznamnější sloţkou bytového prostředí. Dřevěný nábytek bývá často umístěn v náročných expozicích, kde na něj působí různé vlivy a znehodnocují ho. Na tyto náročné expozice se musí brát zřetel. V minulosti byl tento problém řešen dvěma způsoby. Prvním řešením bylo ošetření konzervační látkou, která zvýšila odolnost dřeva z Evropy, látka řešila problém jen částečně. Řada z pouţívaných konzervačních látek byla navíc toxická a to omezovalo jejich pouţití. Druhé řešení bylo vyrábění z odolných exotických dřevin, které svými vlastnostmi zvládaly náročné zatíţení. Jistě, jde nám o kvalitu, ale tento poţadavek by nás vedl k nedostatku tropických dřevin na konci 21. století. Ani jedno z řešení nevyhovovalo ţivotnímu prostředí, musela tak nezbytně přijít změna. Tento fakt
5
nastartoval velké investice do hledání a vývoje alternativ. Nejvíce se výrobci a odborné výzkumy zaměřili na metody modifikování dřeva.
6
2. Cíl práce Cílem práce je zjistit vhodnost pouţití komerčně prodávaných materiálů vyráběných různými modifikačními metodami pro interiér a exteriér. Porovnat mezi sebou modifikované produkty na základě jejich vlastností. Dále objasnit problematiku masivního dřeva a metod modifikací.
7
3. Literární přehled 3.1 Dřevo jako masivní materiál Dřevo je přírodní obnovitelný materiál. Je to biopolymer rostlinného původu. Vzniká prostřednictvím geneticky zakódovaného systému fotosyntetických a následně biochemických reakcí vyčleněných v částech stromu. Struktura dřeva a jeho vlastnosti se vyznačují tím, ţe jsou anizotropní, nehomogenní, specifické a proměnlivé v závislosti na druhu dřeviny a růstových podmínkách stromu. Struktura dřeva má rozhodující vliv na jeho přirozenou trvanlivost, tj. odolnost dřeva vůči abiotickým a biologickým poškozením (Reinprecht 2008).
3.1.1 Vlastnosti dřeva Podle přirozených nebo modifikovaných vlastností dřeva poznáme, do jaké expozice se hodí, nebo nám napoví, jak se dřevo bude chovat, ať uţ při zpracování nebo při pouţití. Vlastnosti dřeva nám také ukazují, do jaké míry bylo dřevo modifikováno a nakolik modifikace splnila náš záměr. Mezi základní vlastnosti, které nejvíce ovlivňují průběh jednotlivých modifikací, patří hustota, hygroskopicita, pevnostní vlastnosti, vlhkostní vlastnosti, tepelné vlastnosti a trvanlivost.
Hustota Dřevo běţně pouţívaných listnatých dřevin (akát, jilm, bříza, dub, habr, javor, lípa, topol, buk → 440 aţ 800 kg/m3) je obvykle hustější jak dřevo jehličnanů (borovice, douglaska, jedle, smrk, modřín → 370 aţ 530 kg/m3). Hustota dřeva se zvyšuje s jeho vlhkostí (Reinprecht 2008).
Hygroskopicita Je schopnost dřeva přijímat a odevzdávat vodu okolnímu vzduchu. Reprezentuje ji rovnováţná vlhkost dřeva. Dřevo bobtná při příjmu vázané vody po BNV, a naopak při jejím uvolňování sesychá. Rozměry a tvary dřeva se tedy mění se změnou jeho vlhkosti v rozmezí od 0 % aţ po BNV. Rozměry běţně pouţívaných druhů dřeva se přitom mění nejméně v podélném směru max. sesychání αL = 0,15 - 0,65 %, potom v radiálním směru
max. sesychání αR = 2,5 - 6,7 %
a
nejvíc
v tangenciálním
směru
max. sesychání αT = 8,3 - 14,7 % (Reinprecht 2008). Vlhkostní vlastnosti dřeva mají
8
vliv i na jeho pevnost, trvanlivost a pouţití v praxi. Pevnost dřeva se převáţně sniţuje se zvýšenou vlhkostí v rozpětí 0 % aţ BNV. Časté a výrazné změny vlhkosti dřeva vedou k tvarovým deformacím a k tvorbě trhlin (Reinprecht 2008). Pevnostní vlastnosti Dřevo má při porovnání s jinými konstrukčními materiály poměrně vysokou pevnost vzhledem k hustotě. Pevnostní vlastnosti dřeva (tlak, tah, ohyb, tvrdost a jiné) závisí na jeho hustotě a struktuře, která nám umoţňuje zvolit vhodný druh dřeva na konkrétní pouţití. Vlivem poškození se pevnost dřeva sniţuje, a to nejvíce v mokrém stavu (Reinprecht 2008). Vlhkostní vlastnosti Dřevo má tu zvláštnost, ţe se svojí vlhkostí přizpůsobuje venkovním podmínkám. Při dlouhodobé relativní vlhkosti vzduchu 95 – 99 % dřevo výrazně navlhá a jeho absolutní vlhkost se ustálí na 28 - 30 %, coţ je hodnota blízká bodu nasycení vláken – BNV. Dřevo lehce přijímá i kapalnou vodu, která se do jeho lumenů dostává kapilárními silami, dochází k procesu bobtnání. Jeho potencionální vlhkost roste podle pórovitosti dřeva, např. u buku cca aţ 120 %, nebo u smrku cca aţ 200 % (Reinprecht 2008). Tepelné vlastnosti Dřevo má poměrně dobré tepelně-izolační vlastnosti. Krátce odolává teplotám nad 150 °C, poté se můţe vznítit. I přesto, ţe je hořlavé, při poţárech je často tvarově i pevnostně stabilnější neţ kovy nebo plasty (Reinprecht 2008).
Trvanlivost Přirozená trvanlivost dřeva se v praxi nedá přesně definovat, protoţe je ovlivněna mnoţstvím různých faktorů. Nejvíce druhem dřeva, často i klimatickými, půdními a jinými podmínkami růstu stromu. Dále také zatíţením dřeva při pouţití, a to především tím jestli je v exteriéru nebo interiéru, ale také v jaké častí světa se nachází (rozdílné podnebí a dřevoznehodnocující činitelé). Zajímavé je také, ţe třísloviny a jiné látky schopné zvýšit trvanlivost dřeva se můţou ze dřeva postupně vymývat nebo vyprchávat, čímţ se jeho přirozená trvanlivost postupem času sniţuje (Reinprecht 2008). Na základě poznatků z praxe a výsledků laboratorních zkoušek se vypracovaly porovnávací studie o 9
přirozené trvanlivosti dřeva. Zpracované jsou jednak formou poměrové trvanlivosti vzhledem k známému druhu dřeva, a také formou tříd trvanlivosti. Tyto třídy trvanlivosti jsou obsahem následující tabulky.
10
Tab. 1: Třídy trvanlivosti dřeva vybraných dřevin v kontaktu se zemí – nebezpečí poškození všemi typy hniloby (Reinprecht 2008)
11
3.2 Modifikované dřevo Je dřevo se záměrně změněnou strukturou a cíleně zlepšenými vybranými vlastnostmi, jako je termická odolnost, odolnost vůči vodě, rozměrová stabilita, barevná stabilita, pevnost, tvrdost, apod. Modifikování dřeva není produktem moderní doby, známky a pomyslné základy metod nalézáme jiţ v pravěku a dávné historií. Na začátku 20. let se často modifikovalo biocidními látkami. Často byla vyuţívána látka CCA, coţ je zkratka pro měď-chrom-arsen. Látka je škodlivá pro zdraví člověka i ţivotní prostředí. Začátkem 70. let 20. století tyto faktory vyvinuly tlak na dřevaře a uţivatele dřeva, aby hledali a do praxe zavedli vhodné ekologické alternativní metody na zvýšení trvanlivosti dřevařských výrobků. Modifikované dřevo se stále dynamicky rozvíjí. Donedávna se pouţívalo jen na speciální výrobky. Současná situace je taková, ţe se důkladně propracovali nové technologie a modifikovanému dřevu se podařilo prosadit na trhu i přes překáţky, jako jsou komplikované technologické procesy výroby nebo poměrně vysoké náklady na výrobu. V dnešní době máme na výběr hned z několika druhů modifikovaného dřeva, které dosahuje lepších nebo stejných vlastnosti jako exotické dřeviny. Modifikované dřevo je na úrovni nejdraţších tropických dřevin, jako je např. teak. S procesem rozvoje výroby se ale očekává, ţe cena bude klesat (Hill 2006, Reinprecht 2008).
3.2.1 Mechanická modifikace - lisování Lisování je děj, kdy na dřevo působí mechanické síly za účelem jeho modifikace. Při lisování dochází ke zhuštění struktury dřeva, coţ má vliv na zlepšení některých mechanických vlastností. Dřevo lze lisovat jen do hodnoty meze pevnosti, jinak dojde k porušení buněčné struktury, a tím k zhoršení vlastností. Kaţdému podstatnějšímu zhuštění dřeva musí předcházet změkčení ligninu pomocí přechodné plastifikace. Na plastifikaci pozitivně působí vyšší vlhkost a také teplota, proto se dřevo zpravidla ohřívá ve vodní páře, nebo ve vodě. Plastifikuje se také pomocí chemického plastifikátoru (např. amoniak). Dřevo se po slisování a dosaţení nového tvaru zafixuje, vysuší a ochladí. Tyto děje slouţí k tomu, aby dřevu zůstal dosaţený nový tvar (Reinprecht 2008, Dejmal 2009).
12
Způsoby lisování lze rozdělit: -
Dle počtu působících sil o Jedna síla (jednostranné lisování) – kolmo na vlákna (směr R nebo T). – rovnoběţně s vlákny o Dvě síly (dvoustranné lisování) – kolmo na vlákna (kombinace R a T). o Více sil (vícestranné, prostorové lisování)
-
Dle rovnoměrnosti o Rovnoměrné: a) kolmo na vlákna, b) rovnoběţně s vlákny, c) izostaticky (ze všech stran najednou). o Nerovnoměrné: a) Kolmo na vlákna – po šířce materiálu – po délce materiálu
Rovnoměrné lisování Provádí se vytvořením plošného lisovacího tlaku na rovný povrch dřeva. Nejvyuţívanějším směrem lisování je kolmo na dřevní vlákna. Tento postup vede ke zvýšení hustoty, coţ má vliv na zlepšenou tvrdost a pevnost upraveného dřeva. Další moţností rovnoměrného lisování je lisovat plošným lisovacím tlakem ze všech stran najednou. tj. izostaticky. Známý je i způsob lisování rovnoběţně s dřevními vlákny, který vede k trvalému zlepšení ohebnosti dřeva (Chuchrjanskij 1953, Dejmal 2009). Produktem lisování rovnoběţně s dřevními vlákny je BendyWood a produktem izostatického lisování je Calignum, tyto materiály jsou popsány ve třetí části literárního přehledu. Nerovnoměrné lisování Lze provést dvěma způsoby. Provádí se buď vytvořením plošného lisovacího tlaku na nerovný povrch, kdy je výsledkem materiál stejné tloušťky po celém svém průřezu, avšak hustota je rozdělena nerovnoměrně, nebo pomocí tvarované lisovací desky. V tomto případě je výsledkem materiál s rozdílnou tloušťkou i hustotou, přičemţ v místech menší tloušťky má materiál vyšší hustotu a naopak v místech větší tloušťky
13
má
niţší
hustotu.
Tady
je
nevýhodou
drahé
zařízení
tvarovacích
forem
(Chuchrjanskij 1953).
3.2.2 Tepelně modifikované dřevo Termická modifikace dřeva je záměrný technologický proces úpravy struktury dřeva vlivem regulovaného působení vysokých teplot na dřevo, s cílem zlepšení jeho odolnosti vůči vodě a biologickým škůdcům (Reinprecht 2008). Na jeho výrobu se pouţívají netrvanlivé a méně trvanlivé druhy dřevin např. smrk, borovice, bříza, buk atd. V historii byl jedním z prvních, který uţ v roce 1915 poukázal, ţe efekt působení vysoké teploty na dřevo zlepšuje jeho fyzikální vlastnosti, vědec Tiemann (Hill 2006). Procesy termické modifikace dřeva jsou patentem chráněné. Významnější změny ve struktuře dřeva nastávají při působení teploty v intervalu 180 aţ 280 °C, u teplot niţších neţ 140 °C byly zaznamenány jen lehké změny a při teplotách nad 300 °C docházelo k degradaci materiálu. Teploty působí po dobu 15 minut aţ 24 hodin (Hill 2006). Změny v molekulární struktuře dřeva a úbytek hmotnosti vlivem odpařovaní vody se projevují i ve změně vlastností jako je rozměrová stabilita, pevnost, hygroskopicita, apod. Typ a rozsah změn ve struktuře a vlastnostech termicky modifikovaného dřeva závisí na působící teplotě i na podmínkách prostředí (oxidační atmosféra, vakuum nebo podtlak). Dále také závisí na druhu dřeva a jeho vstupní vlhkosti. Uţ při teplotě sušení 110 °C se dřevo stává rozměrově stabilnější. Vyšší teploty násobí tento efekt, hlavně díky tvorbě nových chemických vazeb. Při hydrotermické úpravě působí na dřevo i voda. Také je moţností technologie, kde na dřevo působí kromě tepla i olej tento proces byl zaznamenán a vyvinut v Německu (Hill 2006, Reinprecht 2008). Tepelná úprava dřeva je zaměřena na: -
zvýšení biologické odolnosti
-
sníţení rovnováţné vlhkosti
-
eliminaci rozměrových změn
14
Vlastnosti tepelně upraveného dřeva: Pevnost tepelně upravené dřevo je ve většině případů horší neţ původního dřeva. Známý fakt je, ţe vysoké teploty narušují hlavně hemicelulózy, a tím negativně narušují pevnostní vlastnosti. Pevnost dřeva se sniţuje i podle toho o jaké tepelně upravené dřevo se jedná a jakým procesem bylo vyrobeno. Dřevo po termické úpravě je křehčí a klesá i jeho ohybová a tahová pevnost v rozsahu 10 aţ 30 %. Na druhé straně tuhost tepelně upravené dřevo zůstává buď beze změny, nebo se nepatrně zvyšuje. Beze změny zůstává jeho povrchová tvrdost, případně tlaková pevnost. Pro tepelně upravené dřevo v zásadě platí, ţe ho není vhodné pouţívat pro nosné prvky u dřevěných konstrukcí (Reinprecht 2008). Hygroskopicita je velmi důleţitá vlastnost tepelně upraveného dřeva, která ovlivňuje i jeho jiné vlastnosti, hlavně rozměrovou stabilitu a odolnost vůči biologickým škůdcům. Dřevo upravené vysokými teplotami má menší hygroskopicitu v porovnání s rostlým dřevem (Reinprecht 2008, Wang a Cooper 2005). Při běţné interiérové teplotě 20 ± 2 °C a relativní vlhkosti vzduchu 60 ± 5% je rovnováţná vlhkost dřeva 10 aţ 12,5 %, zatímco u tepelně upraveného dřeva vyrobené procesem ThermoWood je podstatně niţší (3 aţ 5 %). Odolnost vůči biologickým škůdcům závisí významně na procesu jeho výroby a podle toho, kam je určené. Ve většině případů se zlepšují jeho vlastnosti v porovnání s neupraveným dřevem. Odolává lépe houbám, coţ se nesmírně hodí do parních saun. Odolává také hmyzu, coţ je vhodné pro vyuţití u exteriérového nábytku a mořským škůdcům, coţ je vhodné u vybavení lodí nebo přístavů. Odolnost vůči abiotickým činitelům závisí na technologickém postupu výroby. U tmavších dřevin se vlivem UV záření, sráţek, kyslíku a jiných atmosférických činitelů rychle mění jejich původní barva na šedou. Z uvedeného důvodu je nutné je povrchově ošetřit oleji nebo barvami. Naopak jejich niţší rovnováţná vlhkost a zvýšená rozměrová stabilita přispívají k dobré odolnosti vůči vzniku povrchových trhlin, a to i v případech, kdy se povrchově neošetří (Reinprecht 2008). Trvanlivost dřeviny původně méně trvanlivé nebo netrvanlivé se po termické úpravě stávají trvanlivé nebo velmi trvanlivé. Příkladem je tepelně upravené borovicové dřevo vyrobené ThermoWood procesem, jehoţ trvanlivost po úpravě teplotou 205 °C je porovnatelná s trvanlivostí tisu (Reinprecht 2008). Podobně i dřevo upravené Plato procesem lépe odolává houbám v porovnání s neupravenými jehličnatými a listnatými dřevinami. Výrazné zlepšení bioodolnosti u tepelně upraveného dřeva se zjistilo hlavně 15
vůči celulózovorných a ligninovorných druhům dřevokazných hub. Zlepšení odolnosti vůči plísním, dřevozbarvujícím houbám a houbám měkké hniloby není vţdy jednoznačné. Tepelně upravené dřevo je dostatečně odolné vůči dřevokazným broukům, ale jejich odolnost vůči termitům můţe být i niţší, neţ u neupraveného dřevo. Technické vlastnosti jsou převáţně dobré. Tepelně upravené dřevo se dobře lepí polyuretanovými a fenolformaldehydovými typy lepidel. Naopak spoje pří pouţití PVAc disperzních lepidel nedosahují dobré úrovně, coţ se vysvětluje jejich menším průnikem do hydrofobizovaných povrchů tepelně upraveného dřeva (Reinprecht 2008). Při aplikaci tepelně upravené dřeva vzniká jeden problém, na který si musíme dávat pozor, a to zvýšená koroze kovových spojovacích prostředků, zřejmě v důsledku přítomnosti zbylých podílů kyseliny mravenčí a octové. Tepelně upravené dřevo získává aţ tmavě hnědou barvu, přičemţ vyšší teploty a delší čas ohřevu způsobují tmavější odstíny hnědé. Jeho barva se často podobá některým tropickým dřevinám, např. teaku. Zvýšená rozměrová stabilita působí příznivě na akustické vlastnosti dřeva, hlavně u hudebních nástrojů, které se pouţívají v měnících se extremních klimatických podmínkách. Dřevo po termické úpravě získává i typickou vůni, která se dá přirovnat ke karamelu (Reinprecht 2008). Protipoţární odolnost u tepelně upravené dřeva se víceméně shodují s původním dřevem. Ale u tepelně upraveného dřeva připraveného OHT procesem se vlivem olejů a vosků jeho odolnost vůči plameni sniţuje. Známé technologie tepelně modifikovaného dřeva: Nejvíce vyuţívanou technologií tepelné modifikace dřeva je ThermoWood proces, ze kterého vychází produkt ThermoWood. Rozbor tohoto produktu je proveden ve třetí části literárního přehledu.
16
Technologie ThermoWood proces Výrobní proces ThermoWood proces se skládá ze tří hlavních etap. -
Zvýšení teploty a sušení: V první etapě se teplota v sušárně rychle zvyšuje na 100 °C a potom pozvolna stoupá na teplotu okolo 130 °C. Pro sušení se pouţívá horký vzduch, nebo pára. Během této etapy se dřevo vysuší na nulovou vlhkost.
-
Tepelná úprava: V druhé etapě se zvýší teplota na 185 aţ 230 °C po dobu 2 – 3 hodin. Výška teploty, čas působení jsou dány poţadavky na klasifikační třídu tepelně upraveného dřeva Thermo- S nebo Thermo- D.
-
Chlazení a úprava vlhkosti: V poslední etapě se tepelně upravené dřevo postupně ochlazuje a při teplotě 80 – 90 °C se i zvlhčuje, a to tak, aby konečná vlhkost dřeva byla na úrovní 4 – 7 %.
Thermo-S: písmeno S znamená rozměrovou stabilitu (stability). -
Jehličnaté dřeviny: Tepelná úprava při teplotě 190 ± 3 °C. Pouţívají se méně trvanlivé dřeviny (borovice, smrk).
-
Listnaté dřeviny: Tepelná úprava při teplotě 185 ± 3 °C. Pouţívají se méně trvanlivé dřeviny (bříza, osika).
Thermo-D: písmeno D znamená trvanlivost (durability). -
Jehličnaté dřeviny: Tepelná úprava při teplotě 212 ± 3 °C. Pouţívají se borovice, smrk.
-
Listnaté dřeviny: Tepelná úprava při teplotě 200 ± 3 °C. Pouţívají se bříza, osika.
-
Má tmavší barvu, protoţe se upravilo vyšší teplotou (Reinprecht 2008).
Obr. 1: Schéma výroby tepelně upraveného dřeva Thermo Wood (Reinprecht 2008)
17
Technologie PLATO proces Název PLATO je z anglického názvu Providing Lasting Advanced Timber Option. Zemí význačnou pro tuto Technologii je Holandsko. Základna a továrna pro Plato je v Arnhemu. V roce 2006 produkovala 12 000 m3 za rok. Plato Wood má dvě divize. Plato Wood products, která je zodpovědná za výrobu produktů a Plato International technology, která je zodpovědná za výzkum, vývoj a licencování technologií. V roce 2006 se investovalo okolo 10 - 15 milionů Eur. Plato technologie se skládá ze 4 termických etap, realizovaných při normálním nebo zvýšeném tlaku. Doba trvání celého procesu závisí hlavně na druhu dřeva a jeho pórovitosti (Hill 2006, Reinprecht 2008).
-
Hydrotermolýza: První etapou je hydrotermická úprava čerstvého nebo vysušeného dřeva při teplotě 150 aţ 190 °C a při zvýšeném tlaku 0,6 aţ 1 MPa, pouţívá se pára nebo horký vzduch. Doba trvání etapy bývá 4 aţ 5 hodin.
-
Sušení: Dřevo se suší 3 aţ 5 dní, popřípadě déle je-li to nezbytné. Suší se přibliţně na vlhkost 8 aţ 10 %.
-
Vytvrzování: Další etapou je stabilizace dřeva, tzn. jeho vytvrzování, které trvá 12 aţ 16 hodin při teplotě 150 aţ 190 °C a při atmosférickém tlaku 0,1 MPa, ale při omezeném přístupu vzduchu. Vlhkost dřeva při této etapě klesá pod 1 %.
-
Kondenzování:
Závěrečná
etapa
je
zvlhčování
dřeva
v sušárně
hodnotu 4 aţ 6 %. Trvá zhruba 3 dny (Reinprecht 2008).
Obr. 2: Porovnávání PLATO WOOD vyrobeného ze smrku vůči hnilobě s jinými neupravenými dřevinami (Reinprecht 2008)
18
na
Obr. 3a: Ohybová pevnost dřeva původně neupraveného a termicky upraveného dřeva PLATO WOOD
Obr. 3b:Modul pruţnosti dřeva neupraveného a termicky upraveného dřeva PLATO WOOD (Reinprecht 2008).
19
Technologie OHT proces Název OHT je zkratkou anglických slov Oil Heat Treatment. Zemí význačnou pro tuto technologii je Německo. Proces termické úpravy se vykonává v impregnačním kotli v horkém rostlinném oleji. Teplota oleje bývá většinou 200 aţ 220 °C. Ve dřevě se během této technologie udrţuje minimální mnoţství kyslíku, tím se omezují neţádoucí termooxidační procesy. U rostlinných olejů je důleţité brát ohled na jejich moţnou polymerizaci vlivem kyslíku, která se můţe projevit ve stabilitě modifikovaného dřeva (Rosenqvist 2000). V současnosti se odzkoušely i modifikované rostlinné oleje, např. reaktivní rostlinné oleje upravené anhydridem kyseliny maleinové, které se ve dřevě síťují a stávají se vysoko stabilní. U této metody se jedná o kombinaci termické a chemické modifikace dřeva s velmi dobrými výsledky na jeho odolnost.
Technologie Royal proces Termická úprava dřeva olejem při sníţeném tlaku a při poměrně nízké teplotě 60 aţ 90 °C. Dříve se pouţívala pouze na sušení dřeva. Pouţitý olej nevniká do buněčných stěn dřeva a po ukončení procesu se z impregnačního kotle odsává při vakuu (Reinprecht 2008).
Technologie NOW proces Název NOW je zkratkou anglických slov New Option Wood. Zemí význačnou pro pouţití této technologie je Francie. Princip procesu je zaloţený na postupném zvyšování teploty dřeva v oblasti 10 aţ 260 °C, a při vnitřním prostředí dusíku, přičemţ podíl kyslíku musí být menší jak 2 %. Dřevo se přitom mírně pyrolyzuje. Termooxidační reakce probíhají ve dřevě jen v malé míře, čímţ se zachovává jeho původní pevnost. Před procesem je nutné dřevo předsušit na vlhkost 12 % (Reinprecht 2008). 3.2.3 Impregnace Pomocí impregnačních látek lze cíleně modifikovat vlastnosti dřeva. Můţeme tak změnit hustotu, pevnost a tvrdost, barvu, rovnováţnou vlhkost, rozměrovou stabilitu a odolnost dřeva. Na začátku 20. stol. se k impregnaci pouţívaly syntetické látky s vysokým obsahem toxických škodlivin. Moderním trendem je však pouţívat co nejvíce přírodních látek (oleje, sacharidy, vosky) (Dejmal 2009). Impregnační látky se do dřeva vpravují buď za nezměněného (atmosférického) tlaku nebo za změněného tlaku (tlaková impregnace). V praxi převaţuje tlaková impregnace 20
dřeva. Impregnace se také děli dle hloubky průniku na povrchovou do 2 mm, mělkou od 2 – 10 mm a hlubokou 10 mm a více. Při impregnaci za atmosférického tlaku vzduchu se impregnační látka aplikuje nejčastěji pomocí nátěrů, postřiku, máčení a krátkého ponoru. Metody tlakové technologie se vzájemně liší regulací etap podtlaku (vakua – V), atmosferického tlaku (A) a přetlaku (tlak – T). Regulacemi těchto tlaků se zajišťují poţadované průniky, příjmy a stupně proimpregnování lumenů buněk dřeva kapalným modifikačním prostředkem. Existuje mnoho technologií (Reinprecht 2008).
V praxi jsou zavedeny tyto technologie: VAV (podtlak - atmosferický tlak na kapalinu – podtlak) V impregnačním kotli se nejprve vytvoří podtlak 20 kPa. Po dosáhnutí poţadovaného podtlaku i v lumenech dřeva se do kotle přivede ochranný prostředek. Podtlak v kotli se následně přeruší a na hladinu prostředku začíná působit atmosferický tlak. Čas působení atmosférického tlaku závisí na druhu dřeviny a poţadované hloubce průniku. Po vypuštění prostředku z kotle začne působit závěrečný podtlak 60 – 20 kPa (Reinprecht 2008). VTV (podtlak - přetlak na kapalinu - podtlak) BETHELL Je to metoda plného nasycení buněk. V impregnačním kotli se nejprve vytvoří podtlak 20 kPa. Obvykle trvá 30 aţ 60 minut. Po dosáhnutí poţadovaného podtlaku ve dřevě se do kotle přivede ochranný prostředek. Potom se podtlak přeruší a začíná na hladinu prostředku působit přetlak 800 – 900 kPa po dobu přibliţně 1 aţ 6 hodin. Po ukončení přetlaku a vypuštění prostředku začíná působit závěrečný podtlak 60 aţ 20 kPa po dobu přibliţně 30 aţ 60 minut (Reinprecht 2008). TV (přetlak na kapalinu - podtlak) LOWRY Je to metoda částečného nasycení buněk. Ochranný prostředek se do kotle přivede při atmosférickém tlaku. Následně se na jeho hladinu vytvoří přetlak 800 aţ 900 kPa. Po zrušení přetlaku a vypuštění látky z kotle se zavede závěrečný podtlak 60 aţ 20 kPa (Reinprecht 2008).
21
TTV (přetlak na dřevo - přetlak na kapalinu - podtlak) RÜPING Jedná se o metodu prázdných buněk. Na dřevo začne působit přetlak. Po dosáhnutí určitého přetlaku se do kotle zavede ochranný prostředek, na ten působí určitou dobu ten samý přetlak, následně se přetlak na kapalinu zvýší a nechá se působit. Závěrem se přetlak zruší, kapalina se vypustí a na dřevo začne působit závěrečný podtlak (Reinprecht 2008).
3.2.4 Chemicky modifikované dřevo V klasickém pohledu se pod chemickou modifikací dřeva rozumí zavedení chemické látky do jeho struktury, přičemţ tato látka můţe, ale nemusí chemicky reagovat s komponenty dřeva. 1) Aktivní chemická modifikace: Mění se molekulární struktura dřeva i jeho vlastnosti, modifikační látky nejčastěji reagují s –OH skupinami. 2) Pasivní chemická modifikace: Vlivem látek zavedených do lumenů nebo i do buněčných stěn se mění vlastnosti dřeva, ale bez změny jeho molekulární struktury. Celek chemické modifikace je komplikovaný, odborníci se v jejím výkladě a rozdělení rozcházejí. Například Hill (2006) uvádí, ţe za chemickou modifikaci dřeva lze povaţovat jen jeho úpravu spojenou s chemickými reakcemi v buněčných stěnách nebo na povrchu, tj. aktivní modifikace. Průběh a efektivnost chemické modifikace se hodnotí podle: -
Příjem a distribuce modifikační látky ve dřevě.
-
Rozměrová stabilizace dřeva.
-
Změna mechanických vlastností dřeva.
-
Změna trvanlivosti dřeva.
-
Celková účinnost – efektivnost modifikačního procesu.
a) Příjem modifikační látky (WPG) – (Weight – Percent – Gain) Je mnoţství modifikační látky přijaté dřevem, výsledná hodnota se udává v (%). Počítá se podle vzorce: WPG =
. 100
Kde: 22
- hmotnost dřeva v a.s. stavu před modifikací (kg), - hmotnost dřeva v a.s. stavu po modifikaci (kg). b) Koeficient rozměrové stabilizace dřeva (ASE) (Anti-Swelling-Efficiency). Účinnost vůči bobtnání, definuje o kolik procent má modifikované dřevo lepší odolnost vůči bobtnání ve vodě neţ neupravené dřevo. Výsledná hodnota se udává v (%) a počítá se podle vzorce: ASE =
.100
Kde: - objemové bobtnání neupraveného dřeva (%), - objemové bobtnání modifikovaného dřeva (%). c) Koeficient relativní změny mechanických vlastností dřeva (MPI) – (MechanicalProperty-Increase). Definuje o kolik procent se zlepší mechanické vlastnosti modifikovaného dřeva oproti neupravenému. Výsledná hodnota se udává v (%) a počítá se podle vzorce: MPI =
.100
Kde: MV – mechanická vlastnost neupraveného dřeva, - mechanická vlastnost modifikovaného dřeva. d) Koeficient relativní změny trvanlivosti dřeva (DI) – (Durability-Increase) Definuje o kolik procent se zlepší trvanlivost modifikovaného dřeva oproti neupravenému. Výsledná hodnota se udává v (%) a počítá se podle vzorce: DI =
. 100
Kde: ŢV – trvanlivost neupraveného dřeva, definovaná ţivotností výrobku (roky), - trvanlivost modifikovaného dřeva, definována ţivotností výrobku (roky). (Reinprecht 2008)
23
1) Aktivní chemická modifikace Polymery dřeva mají volné hydroxylové skupiny. Právě tyto –OH funkční skupiny se podílejí na jeho hygroskopicitě a rozměrové stabilitě při změně klimatu, jako i na vysokých hodnotách rovnováţné vlhkosti, která je nutnou podmínkou pro aktivitu dřevokazného hmyzu a dřevoznehodnocujících hub. Blokováním –OH skupin se většina negativních vlastností dřeva dá odstranit. Například strukturálně pozměněný dřevní substrát se stává hůře identifikovatelný pro dřevokazné houby, které ho „nepovaţují“ za zdroj potravy a nedegradují ho. Dále je reálné, ţe se dřevo bude vyznačovat zlepšenou odolností vůči vodě. Aktivní chemická modifikace působí na sorpční vlastnosti modifikovaného dřeva dvěma způsoby: -
Prostorový efekt nových funkčních skupin zanesený do pórovité struktury buněčných stěn. Nové skupiny jsou větší, jak původní –OH skupiny, čím se nepřímo mechanicky brání vniku molekul vody do buněčných stěn dřeva.
-
Sníţená schopnost sloţek dřeva tvořit vodíkové vazby s molekulami vody, čím se přímo sniţuje hygroskopicita dřeva (Reinprecht 2008).
V laboratorních podmínkách se odzkoušelo mnoho reaktivních organických látek, které dokázaly blokovat –OH skupiny dřeva vytvořením nových kovalentních vazeb. Dnes se průmyslná chemická modifikace buněčných stěn dřeva vykonává především metodou jejich acetylace s anhydridem kyseliny octové. Kromě acetylovaného dřeva se stále zkoumají i jiné reaktivní chemické látky a technologie pro jejich vyuţití v praxi. Chemické modifikační látky cíleně reagující se stavebními sloţkami dřeva by měli splňovat následující poţadavky: -
Dobrá penetrační schopnost do mikrokapilár buněčných stěn dřeva.
-
Dostatečná reaktivnost s –OH skupinami dřeva v neutrálním nebo slabě zásaditém prostředí.
-
Dostatečná reaktivnost s –OH skupinami dřeva při teplotách pod 120 °C.
-
Vytvoření stabilních kovalentních vazeb s komponenty dřeva.
Následně se uvádějí tyto nevýznamnější modifikační látky, které jsou určeny pro cílené reakce se sloţkami dřeva: -
anhydridy karboxylových a dikarboxylových kyselin
-
karboxylovými kyselinami
24
-
halogenidy karboxylových kyselin
-
izokyanáty
-
aldehydy
-
alkyloxidy a epoxidy
-
akrylonitrilem
Při těchto reakcích se v principu jedná o chemické procesy: -
esterifikace dřeva
-
éterifikace dřeva (Reinprecht 2008)
Esterifikace – Acetylované dřevo Vyrábí se reakcí dřeva s anhydridem kyseliny octové. Reakce probíhá obvykle v kapalné fázi po prvotní impregnaci dřeva. Známé jsou i reakce v plynné fázi buď pouţitím acetanhydridu, nebo ketonu. Molekuly anhydridu s průměrem 0,7 nm musí nejprve difuzí vniknout do buněčných stěn, a to konkrétně do pórů o velikosti 1-4 nm, kde potom reagují s –OH skupinami dřeva bez přítomnosti nebo v přítomnosti katalyzátoru (pyridin, dimethylformamid, apod.). Nejlepší podmínky acetylace jsou při teplotě 110 aţ 140 °C, po dobu několika desítek minut. Reakce se dá realizovat i pomocí mikrovlnného ohřevu. Kyselina octová je vedlejší produkt, který ve vyšších koncentracích nad 30 % působí jako inhibitor dalších acetylačních reakcí, způsobuje zápach a má korozivní účinky (Hill 2006, Reinprecht 2008). Průmyslová výroba acetylovaného dřeva se v minulosti realizovala diskontinuálně v USA a v bývalém SSSR, také i v Japonsku. Hlavním produktem acetylace dřeva je TitanWood.
Tento
produkt
je
popsán
ve
třetí
části
literárního
přehledu
(Reinprecht 2008, Hill 2006). Vlastnosti acetylovaného dřeva: U technických vlastností všeobecně platí, ţe acetylované dřevo se dá dobře upravovat nátěry do exteriéru vůči povětrnostním vlivům, přičemţ na acetylovaném dřevě se zvyšuje i jejich stabilita a ţivotnost, čehoţ jsou příkladem akrylátové a alkydové nátěry. Acetylované dřevo se vyznačuje i částečnou zlepšenou poţární odolností. Acetylované dřevo výborně odolává hnilobě, a to v případech, kdy se jeho hmotnost během acetylace zvýší o 10 % (odolává bílé hnilobě) a o 20 % (odolává hnědé hnilobě).
25
Mechanizmus účinku působení vůči hnilobě spočívá v blokování –OH skupin, které se nedostávají do kontaktu s enzymy hub, a současně se s tím sniţuje i hygroskopicita dřeva, tj. dřevo v daném prostředí nedosahuje vlhkosti nutné pro ţivot hub. Plísním acetylované dřevo odolává míň. Acetylované dřevo je odolné vůči termitům. Například se zjistilo, ţe u acetylované bílé borovice s 22 % acetylů po jednoročním vystavení termitům je úbytek hmotnosti jenom 2 %, zatímco u nemodifikovaného dřeva je úbytek aţ 93 % hmotnosti (Hill 2006, Reinprecht 2008). Co se týče mechanických a ostatních vlastností lze říci, ţe acetylované dřevo má menší sorpční kapacitu a lepší rozměrovou stabilitu. Jeho mechanické a většina fyzikálních vlastností se mění specificky. Dynamický Yangův modul pruţnosti klesá. Rychlost šíření zvuku a absorpce zvuku také klesá, tato vlastnost se uplatňuje při pouţití na některé hudební nástroje. Pokles nebo nárůst statických mechanických vlastností není vţdy jednoznačný, významně závisí na druhu dřeviny, dále na podmínkách acetylace, na mnoţství blokovaných –OH skupin ve dřevě i na jiných faktorech. Acetylované dřevo má větší odolnost vůči UV záření a jeho barva se shoduje s barvou původního dřeva. Éterifikace dřeva - DMDHEU dřevo Spočívá v zavedení alkylových a substituovaných alkylových skupin do stavebních sloţek dřeva za vzniku éterové vazby –C-O-C–. Funkční –OH skupiny dřeva jsou v něm provázané s reaktivní 1,3 – dimetylol – 4,5 – dihydroxy – etyl – močovinou (DMDHEU) (Reinprecht 2008). Látka byla vyvinuta pro textilní průmysl, kde fungovala jako přípravek proti mačkavosti látek (Hill 2006). Zee a kol. (1998) studovali vhodné katalyzátory pro modifikaci dřeva látkou DMDHEU (AlCl3, kyselina octová, apod.), které reagují se sloţkami dřeva. Látka DMDHEU se do dřeva aplikuje ve vodním roztoku v mnoţstvi 10 aţ 15 % pomocí impregnace. Při teplotě 100 aţ 150 °C. Výsledkem modifikace bylo sníţení rozměrových změn o 40 % při 20 % nárůstu hmotnosti. Ashari a kol. (1990) modifikoval dřevní vzorky látkou DMDHEU při teplotě 55 °C nebo 80 °C. Došel k závěru, ţe při niţší teplotě nedochází ke změně mechanických vlastností. Dále modul pevnosti se sniţuje, modul pruţnosti se nemění. Při pouţití teploty 80 °C se zhorší mechanické vlastnosti vlivem zvýšené teploty a kyselosti prostředí. Modul pevnosti a modul pruţnosti se sniţuje.
26
Hlavním produktem metody je BELMADUR. Rozbor tohoto produktu je proveden ve třetí části literárního přehledu. Vlastnosti dřeva modifikovaného DMDHEU: Dřevo modifikované DMDHEU má sice mírně sníţenou pevnost, ale jeho tvrdost se zvyšuje dvojnásobně vzhledem k původnímu dřevu, rozměrově je dostatečně stabilní a výborně odolává i hnilobě (Van Acker a kol. 1999).
27
2) Pasivní chemická modifikace Do lumenů a následně i do buněčných stěn dřeva jsou schopné vniknout polární nízkomolekulové aminoplasty, fenoplasty, furfural-alkoholové pryskyřice, silikony, polyakryláty i různé vinylové monomery. Tyto látky se následně síťují reakcemi typu polyadičních, polykondenzačních nebo polymeračních. Ve dřevě takto vznikají prostorové polymerační sítě modifikační látky, lokalizované do lumenů i do mikropórů buněčných stěn. Některé z těchto látek ojediněle chemicky reagují i se sloţkami dřeva, např. aminoplasty, fenoplasty, silikóny a epoxidy, příčemţ vzniknou chemické vazby mezi modifikační látkou a dřevem (Hill 2006, Reinprecht 2008). Modifikační látka se po zesíťování trvale prostorově zablokuje v lumenech a pórech buněčných stěn, přičemţ svojí přítomností ovlivňuje většinu vlastností dřeva. Vlivem mechanického, fyzikálního a případně i chemického blokování –OH skupin se sniţuje hygroskopicita dřeva a zlepšuje se jeho rozměrová stabilita. Současně se zlepšuje i většina mechanických vlastností dřeva, např. tvrdost a tlaková pevnost (Reinprecht 2008). Lumeny buněk dřeva se dají vyplnit rozsáhlým sortimentem syntetických a přírodních látek např.: -
aminoplasty
-
fenoplasty
-
furfuryl-alkoholové pryskyřice
-
silikonové kompozice
-
epoxidy
-
akryláty
-
styrény
V principu se jedná o látky s takovými molekulami, které dokáţou pronikat z buňky do buňky systémem lumenů přes otevřené ztenčeniny, přičemţ do samotné mikropórovité struktury buněčných stěn dřeva mohou, ale nemusí vniknout. Schopnost průniku do buněčných stěn dřeva je u těchto látek určena velikostí a polaritou jejich molekul (Hill 2006, Reinprecht 2008).
28
Druhy modifikačních látek: Aminoplasty: Typ močovinoformaldehydových (UF) pryskyřic. Do dřeva se zavádějí ve formě vodních roztoků, kde následně vytvrzují zvýšenou teplotou nebo katalyzátorem. Modifikované dřevo nemění původní barvu, má sníţenou navlhavost, nasákavost a bobtnání, má zlepšenou tlakovou pevnost a tvrdost, ale naopak má sníţenou tahovou pevnost a je i křehčí. Schopnost UF pryskyřic pronikat do buněčných stěn dřeva závisí na katalýze, tj. vysokokatalyzovaná pryskyřice se lokalizuje jen v lumenech buněk, zatímco nekatalyzovaná pryskyřice dokáţe proniknout i do buněčných stěn. Typ melaminformaldehydových (MF) a močovino-melaminformaldehydových (UMF) pryskyřic se aplikuje podobně jako UF pryskyřice. Vytvrzují v neutrálním nebo slabě kyselém prostředí většinou za působení zvýšené teploty 100 aţ 140 °C po dobu 2 aţ 6 hodin. K nedostatkům MF pryskyřic patří nízká stabilita jejich roztoků a vyšší cena, která je asi třikrát vyšší neţ u UF pryskyřic. Vliv aminoplastů na zvýšení trvanlivosti dřeva je malý, coţ dokumentovali například Sailer a kol. (1998) u dřev borovice a buku. Metoda je efektní aţ při vyšších příjmech pryskyřice (Reiprecht 2008).
Fenolplasty: Fenolformaldehydové (PF) pryskyřice se pouţívají při výrobě zhuštěného dřeva typu. PF pryskyřice jsou termosety. Aplikují se jako vodní nebo etanolové roztoky. Vytvrzují polykondenzačními reakcemi při vysoké teplotě 135 aţ 165 °C, nebo při běţné teplotě 20 °C s pouţitím katalyzátorů. PF pryskyřicemi impregnované dřevo má lepší
pevnost,
rozměrovou
stabilitu,
zvýšenou
odolnost
vůči
opotřebení
(Reinprecht 2008). Furfuryl-alkoholové (FA) pryskyřice: Metoda má jednu obrovskou výhodu, ţe látka pro výrobu furfylalkoholu je furfural, který se získává z obnovitelných zdrojů (kukuřičné klasy) (Hill 2006). Postup technologie modifikování látkou FA je takový, ţe se dřevo impregnuje látkou, která se následně pomocí tepla vytvrzuje a v závěru se modifikované dřevo klimatizuje v sušárně (Reinprecht 2008). Průmyslově se začaly FA pryskyřice uplatňovat uţ od 70. Let 20. Století v USA. Jeho výroba spočívala v prvotní impregnaci dřeva iniciátorem (např. ZnCl2) a potom furfylalkoholem s následným procesem vytvrzování FA pryskyřice ve dřevě. FA pryskyřice částečně vniká i do buněčných stěn a během 29
vytvrzování se z ní tvoří furanové polymery. Vytvrzování FA pryskyřic ve dřevě je značně komplikovaný chemický proces a stále se zdokonaluje, například i pomocí mikrovlnného ohřevu (Reinprecht 2008). V 90. letech výzkumná spolupráce kanadské firmy Woodtech Inc., švédské firmy Trätek a norské firmy NIFS vedla k vývoji nové technologie Wood Polymer Technologies (WPT). V roce 2005 se v Norsku vyrobilo 5000 m3 za rok FAmodifikovaného dřeva, přičemţ do budoucna se počítá, ţe se zvýší jeho výroba 3 aţ 5 násobně. Jeho výroba probíhá také v Litvě a v dalších zemích s kapacitou 10000 – 15000 m3
ročně
(Reinprecht
2008).
Výrobky
z takto
modifikovaného dřeva mají označení Kebony Products DA, produkt KEBONY je popsán ve třetí části literárního přehledu. Vlastnosti FA-modifikovaného dřeva: Furfurylované dřevo je podstatně tvrdší, ale křehčí. V důsledku zvýšené hustoty v něm lépe drţí kovové spojovací prostředk. Odolnost furfurylovaného dřeva vůči hnilobě, termitům a mořským organizmům se zvyšuje s nárůstem příjmu FA pryskyřic do dřeva (Westin a kol. 2004). Dřevo modifikovaná FA pryskyřicí je rozměrově velmi stabilní.
30
3.3 Komerční produkty modifikovaného dřeva 3.3.1 Calignum Vzniká izostatickým lisováním převáţně dřeva borovice, ale také se pouţívá smrk, buk, dub a další severské druhy dřev. Technologie byla patentována v roce 1993, autory jsou Lennart Castwall a Curt Lindhe. Výroba probíhá ve Švédsku ve společnosti Calignum Technologie AB, která upravuje dřevo způsoby Natural Oil Hardening (NOH) a All through Coloring (ATC). NOH technologií se upravuje trvanlivost. Proces je zaloţen na penetraci tungového oleje do dřeva po jeho slisování a následném vytvrzení ve dřevě pomocí zvýšené teploty (80 – 120 °C). Produkty vyrobené touto technologií mohou být zlikvidovány spálením, bez jakýchkoliv toxických výparů nebo odpadu. Při ATC technologii dochází k cílené změně barvy. Slisované dřevo je ponořeno do barevné koupele. K modifikaci se nejčastěji pouţívá dřevo břízy.1 Charakteristické vlastnosti pro Calignum: U modifikovaného dřeva dubu, buku, břízy, smrku a borovice se provedla zkouška tvrdosti podle Brinella, zjišťovala se změna tvrdosti vůči neupravenému dřevu. Výsledkem byla zvýšená hodnota tvrdosti 2 krát někdy aţ 3 krát. Změnu mechanických vlastností můţeme vidět v následující tabulce.
1
www.calignum.cz [online]. [Cit. 30. 4. 2011]. Dostupné z URL: http:// www.calignum.cz/
31
Tab. 2: Fyzikální a mechanické vlastnosti modifikovaných a přírodních dřev 2
Olše
Topol Slisování [%]
Hustota [kg · m-3]
Vlhkost [%]
Brinellova tvrdost (tang.) [-] Odolnost vůči poškrábání
Bříza
Buk
Dub
Borovice
Přir.
Mod.
Přir.
Mod.
Přir.
Mod.
Přir.
Mod.
Přir.
Mod.
Přir.
Mod.
-
≈ 50
-
≈ 62
-
≈ 65
-
≈ 65
-
≈ 67
-
≈ 50
490
890
530
815
650
1000
700
1050
710
1080
500
770
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
1,7
4,2
1,4
4,1
2,4
4,5
4,0
7,2
3,8
7,8
2,3
3,8
13
47
14
42
21
53
16
55
25
63
5
45
-
-
-
-
-
-
14
18
-
-
10
14
80
104
90
128
115
141
125
175
105
175
81
104
110
85
-
-
137
114
135
-
-
-
80
135
58
83
53
86
-
-
77
101
-
-
53
76
3,1
5,8
-
-
-
-
-
-
-
-
4,2
14
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
47
74
[LcN]
MOE [kN · mm-2]
MOR [N · mm-2]
Pevnost v tahu (axial.) [N · mm-2]
Pevnost v tlaku (axial.) [N · mm-2]
Pevnost v tlaku (tang.) -2
[N · mm ]
Přeráţecí práce (tang.) -2
[kJ · m ]
Barva: U NOH technologie dává olej lisovanému dřevu lehce tmavší barevný tón. Technologií ATC mění barvu pomocí zbarvení pigmenty. Pouţití: Materiál Calignum je velmi ceněný u designérů a výrobců nábytku. Jeho mechanické vlastnosti totiţ dovolují vyrábět subtilní konstrukce nábytku. Dále je vyuţíván pro tvarově nápadité stoly, elegantní ţidle a dekorační prvky. Výrobci také oceňují jeho změněnou texturu a barvu. 2
www.calignum.cz [online]. [Cit. 30. 4. 2011]. Dostupné z URL: http:// www.calignum.cz/
32
3.3.2 BendyWood – ohýbací dřevo Modifikované dřevo se vyrábí v Itálii. Vzniká z hydrotermicky upraveného hranolu (buk, dub, javor, jasan, třešeň a ořech). Toto parou plastifikované dřevo se délkově stlačí přibliţně o 20 % a v takto redukované délce se zafixuje a vysuší. Takto upravené dřevo lze následně běţně opracovávat. Maximální ohýbatelnost modifikovaného dřeva ve studeném stavu je vyjádřena koeficientem ohýbatelnosti 1 : 10. To znamená, ţe lištu o tloušťce 1 cm lze ohnout aţ na poloměr 10 cm. Tato technologie výroby slisovaného dřeva je celosvětově chráněná patentem pod názvem Bendywood.3 Proces slisování se řídí vstupním druhem dřeva. Sled operací ovšem zůstává stejný. V prvním stupni je dřevo plastifikováno parou při zvýšeném tlaku. Následně proběhne slisování a zafixování v přípravku, ve kterém modifikované dřevo zůstane po čas stabilizace. Čas se řídí druhem dřeviny (buk zhruba 1 týden, dub a ostatní přibliţně 2 měsíce za normálních podmínek). Proces stabilizace zahrnuje vysušení dřeva na 14% vlhkost a ochlazení. Doba stabilizace a klimatizace je pak důleţitým faktorem při tvorbě ceny.4 Charakteristické vlastnosti pro BendyWood: . Lisované dřevo BendyWood má vysoké hodnoty průhybu při relativně malých tlakových silách navozujících ohyb. Jeho zvýšená hustota se projevuje samozřejmě i ve zvýšené hmotnosti oproti normálnímu dřevu. Některé jeho mechanické vlastnosti jsou vybrány v následující tabulce.
3
www.ohybacidrevo.cz [online]. [Cit. 30. 4. 2011]. Dostupné z URL: http://www.ohybacidrevo.cz/vlastnosti/ohybaci-drevo-bendywood 4 www.ohybacidrevo.cz [online]. [Cit. 30. 4. 2011]. Dostupné z URL: http://www.ohybacidrevo.cz/vlastnosti/ohybaci-drevo-bendywood
33
Tab. 3: Hodnoty vybraných materiálových vlastností modifikovaného dřeva a jejich srovnání s hodnotami platnými pro nemodifikované dřevo5
Materiálové charakteristiky Hustota ρ [kg · m-3] Hustota ρ v tlaku [kg · m-3] v ohybu Přeráţecí práce Q [J · cm-2] Pevnost σ v tlaku [N · mm-2] v ohybu v podél. Rychlost směru šíření zvuku C v příčném [m· s-2] směru Koeficient ohýbatelnosti [-]
Minimální a maximální naměřené hodnoty
Střední hodnoty u komprim. buku
Střední hodnoty u nativního buku
Trend stanovených veličin v porovnání s nativním bukem
750 – 908
813
720
↑
1 804 – 6 494 2 390 – 4 000
3 116 3 240
16 837 12 966
↓ ↑
15,1 – 36,18
29,2
8,1
↑
41,25 – 81,4 35,9 – 48,48
59,2 42,15
56,7 124
↑ ↓
2 545
2 545
4 638
↓
1 915 – 2 167
2 041
1 420
↑
1:4 – 1:10
1:10
1:35 – 1:45
↑
Při obrábění materiálu BendyWood je nejdřív nutno brát ohled na průběh vláken. Materiál by se neměl opracovávat proti vláknům, docházelo by k zatrhávání vláken. Při frézování je nutno materiál pevně upnout k přípravku. Materiál lze řezat a brousit jako normální dřevo. Otáčky nástrojů se volí cca o 20 % vyšší neţ pro běţné dřevo.
Barva: Jeho barva, kresba, lesk, i vůně jsou stejná jako u normálního dřeva. Při bliţším pohledu je pak moţné si všimnout mírného zvlnění kresby, které je patrné jen na průběhu dřeňových paprsků na radiálních řezech.6 Pouţití: Materiál BendyWood není vhodný pro pouţití v exteriéru. Jeho vyuţití je výhradně v interiéru. Materiál Bendywood se nejčastěji pouţívá pro madla u tvarově sloţitých schodišť, díky tomu, ţe umoţňuje tvarování na místě budoucího pouţití bez dalších 5
www.ohybacidrevo.cz [online]. [Cit. 30. 4. 2011]. Dostupné z URL: http://www.ohybacidrevo.cz/vlastnosti/ohybaci-drevo-bendywood 6 www.ohybacidrevo.cz [online]. [Cit. 30. 4. 2011]. Dostupné z URL: http://www.ohybacidrevo.cz/vlastnosti/ohybaci-drevo-bendywood
34
zásadních poţadavků. Velké poloměry lze tvarovat ručně, menší poloměry jsou tvarovány na jednoduchých zařízeních podobných přípravkům na ohýbání kovových trubek. Pouţívá se také na výrobu nábytku, kde je pouţit u částí, jako jsou: lišty, soklové lišty, sloupy, masivní nákliţky a jiné (Dejmal 2009).7
3.3.3 ThermoWood Rozvíjelo se ve Finském výzkumném centru VTT ve spolupráci s finským průmyslem. ThermoWood je registrovaná značka, kterou pojmenovala a vlastní Finnish ThermoWood Association. Hlavní role asociace jsou kvalitativní kontroly vstupních materiálů, produktu a emisí (Hill 2006). Produkce ThermoWood je primárně situována ve Finsku, ale malá produkce se nachází také v Rakousku a Estonsku. V roce 2004 nastal také vývoj produkce v Kanadě. Prodej Thermowood produktů je silný ve Finsku, od roku 2001 rapidně stoupá prodej ve Francii, Německu a zemí Beneluxu (Hill 2006). Charakteristické vlastnosti pro produkt ThermoWood: Pro vnější pouţití je doporučována povrchová úprava, protoţe zvyšuje odolnost proti působení ultrafialového záření slunečních paprsků, které vyvolávají změnu barvy a vznik drobných trhlinek. Důsledky UV záření lze omezit pouţitím speciálních nátěrových hmot nebo pigmentovými nátěrovými hmotami. Způsoby ošetření povrchu jsou stejné jako u normálního dřeva. Obvykle s pouţitím povrchové úpravy s vyšším obsahem pigmentu vzrůstá trvanlivost, ale zakrývá se originální kresba Thermowoodu. Můţe být opracován běţným strojním i ručním způsobem. Řezání a frézování je snadnější neţ u standardního dřeva. Při obrábění materiálu Thermowood dochází k silnému zápachu, který však po krátké době vyprchá. Broušení dřeva je snadné a rychlé, ale vzniká při něm více prachu (Král a Hrázský 2005). Zlepšená odolnost vůči působení vlhkosti umoţňuje v porovnání s neošetřeným dřevem pouţití prvků širších rozměrů. Neobsahuje pryskyřici a je lehké, proto se s ním dobře pracuje. Velice dobré haptické vlastnosti mu zaručují dva hlavní faktory, a to
7
www.bendywood.info [online]. [Cit. 30. 4. 2011]. Dostupné z URL: http://www.bendywood.info/index.php?option=com_content&task=view&id=4&Itemid=4
35
absence pryskyřice a sníţená tepelná vodivost. Proces ThermoWood dává dřevu charakteristickou sytě tmavě hnědou barvu.8 Vztah ThermoWood k ţivotnímu prostředí je velmi pozitivní i díky tomu, ţe nepouţívá ţádné chemické modifikační látky
9
. Ačkoli mají produkty svoji
charakteristickou vůni, neuvolňují do vzduchu ţádné škodliviny. Celkový obsah těkavých organických látek (TVOC) je výrazně niţší neţ u neošetřeného měkkého dřeva z důvodu vypařování většiny terpenu v průběhu procesu tepelného ošetření dřeva. Energie potřebná pro výrobu dřeva pochází z procesu spalování kůry a dřevěného odpadu. Spotřeba energie je mírně vyšší v porovnání s procesem obvyklého sušení řeziva. Pokud není ThermoWood lepen nebo lakován, můţe se s odpadem pracovat jako s jakýmkoli jiným odpadem z neošetřeného dřeva. Materiál je biologicky odbouratelný a na konci ţivotnosti můţe být zlikvidován např. spálením nebo jiným obvyklým způsobem za podmínky dodrţení místních norem a nařízení týkajících se manipulace s odpadem.10 Pouţití: -
Thermo-D: o Jehličnaté dřeviny: sauny a koupelnový nábytek, podlahy, zahradní nábytek, dětská hřiště, obklady, ploty. o Listnaté dřeviny: nábytek, podlahy, sauny.
-
Thermo-S: o Jehličnaté dřeviny: nábytek, obklady, okna a dveře, podlahy, sauny protihlukové bariéry o Listnaté dřeviny: podlahy, sauny. (Reinprecht 2008)
3.3.4 TitanWood Vyrábí společnost Accoya pod názvem Accoya Wood. Vyrábí se reakcí dřeva s anhydridem kyseliny octové. Reakce probíhá obvykle v kapalné fázi po prvotní
8
www.finnforest.cz [online]. [Cit. 30. 4. 2011]. Dostupné z URL: http://www.finnforest.cz/produkty/thermowood/Pages/interieroveprodukty.aspx 9 www.finnforest.com [online]. [Cit. 30. 4. 2011]. Dostupné z URL: http://www.finnforest.com/ 10 www.finnforest.cz [online]. [Cit. 30. 4. 2011]. Dostupné z URL: http://www.finnforest.cz/produkty/thermowood/Pages/zivotniprostredi.aspx
36
impregnaci dřeva. Proces zaloţený na acetylaci je vědci zkoumán po celém světě (např. Nový Zéland, Švédsko, USA, Rusko) více neţ 75 let.11 Charakteristické vlastnosti pro produkt TitanWood: Modifikované dřevo TitanWood, které přijímá 15 – 20 % modifikační látky vykazuje zvýšený koeficient rozměrové stability o 75 % oproti nemodifikovanému dřevu. Jeho mechanické vlastnosti, pevnost a tuhost, se zvýšily (pevnost o 85 % a tvrdost o 120 %). Největší zlepšení vlastností dřeva TitanWood nastalo v jeho trvanlivosti, kde dosahuje hodnoty 6 – 9 krát vyšší neţ dřevo nemodifikované. Podle normy EN 350-1, která udává trvanlivost dřevin, spadá dřevo TitanWood do kategorie vysoce trvanlivé. TitanWood je netoxický produkt, který neškodí ţivotnímu prostředí. TitanWood je o něco tmavší neţ dřevo modifikované dřeviny. Pouţití: Pouţívá se na dekorační prvky v interiéru, díky jeho vysoké trvanlivosti a stabilitě je z ekonomického pohledu výhodnější umístění v exteriéru. Pouţívá se pro vchodové dveře, okna, obklady, zvukové bariéry, zahradní nábytek, paluby lodí, ploty, dětská hřiště.12
3.3.5 Belmadur Jedná se o DMDHEU dřevo s názvem produktu Belmadur, vyrábí jej společnost BASF, která je velkou chemickou společností na mezinárodní úrovni. Společnost BASF zareagovala na ekologický tlak, který klade důraz na dřevařský průmysl, aby pouţíval modifikované dřeviny více neţ tropické dřeviny. Pro chemickou firmu tak vznikla marketingová příleţitost vyrábět modifikované dřevo, které není škodlivé ţivotnímu prostředí. Společnost tak otevřela celou divizi, zaměřenou na dřevo. Výroba spočívá v zavedení alkylových a substituovaných alkylových skupin do stavebních sloţek dřeva za vzniku éterové vazby –C-O-C–.13 (Hill 2006) Charakteristické vlastnosti pro Belmadur: 11
www.accoya.com [online]. [Cit. 30. 4. 2011]. Dostupné z URL: http://www.accoya.com/ www.accoya.com [online]. [Cit. 30. 4. 2011]. Dostupné z URL: http://www.accoya.com/ 13 www.basf.com [online]. [Cit. 30. 4. 2011]. Dostupné z URL: http://www.basf.com/group/corporate/en/industry/WOOD 12
37
Modifikované dřevo Belmadur, jehoţ příjem modifikační látky je 10 – 20 % vykazuje tyto vlastnosti oproti neupravenému dřevu. Belmadur má zvýšený koeficient rozměrové stability o 50 %, jeho mechanické vlastnosti pevnost a tuhost se zvýšily o 80 % a tvrdost o 200 %. Největší zlepšení vlastností dřeva Belmadur nastalo v jeho trvanlivosti, kde dosahuje hodnotu 5 – 9 krát vyšší neţ dřevo nemodifikované. Podle normy EN 350-1, která udává trvanlivost dřevin, spadá dřevo Belmadur do kategorie vysoce trvanlivé. Stejně jako u acetylovaného dřeva zatěţuje ţivotní prostředí jen minimálně. Barva dřeva Belmadur zůstává nezměněná. Belmadur dřevo se dá během své výroby i vhodně pigmentovat v celém průřezu (Reinprecht 2008). Pouţití: Podobné vyuţití jako acetylováné dřevo. Pouţívá se pro vchodové dveře, okna, obklady, zvukové bariéry, zahradní nábytek, paluby lodí, ploty, dětská hřiště.14
3.3.6 Kebony Produkt Kebony vlastní společnost Wood AS. Společnost se rozhodla rozšířit Kebony z Norska i do dalších zemí Evropy. Kebony podpořili v mezinárodní expanzi společnosti The London-based investment funds, Environmental Technologies Funds a Naxos Investment Partners, kteří investovali 12 miliónů Eur. I díky těmto investicím Kebony uspělo. V roce 2010 podepisuje společnost Wood AS dohodu o distribuci Kebony do UK, Švédska, Španělska, Portugalska, Švýcarska, Holandska a Itálie.15 Postup výroby modifikovaného dřeva Kebony má tři části. V první části probíhá impregnace dřeva FA pryskyřicí, tepelné vytvrzování je část druhá a závěrečná část je zaměřena na klimatizaci v sušárně. Produkt Kebony se děli na Kebony 30 a Kebony 100.
Liší
se
v mnoţství
přijaté modifikační
látky, kde Kebony 30
(WPG = 10 - 50 %) a Kebony 100 (WPG = 70 – 100 %). Pro modifikaci se pouţívají listnaté dřeviny, které se impregnují v celém přůřezu (Reinprecht 2008).
14
www.basf.com [online]. [Cit. 30. 4. 2011]. Dostupné z URL: http://www.basf.com/group/corporate/en/industry/WOOD 15 www.kebony.com [online]. [Cit. 30. 4. 2011]. Dostupné z URL: http://www.kebony.com/
38
Charakteristické vlastnosti pro Kebony: Modifikované dřevo Kebony 100, jehoţ příjem modifikační látky je 70 – 100 % vykazuje tyto vlastnosti oproti neupravenému dřevu. Kebony 100 má zvýšený koeficient rozměrové stability o 80%, jeho mechanické vlastnosti pevnost a tuhost jsou lepší o 40 – 180 % a tvrdost o 200 – 250 %. Největší zlepšení vlastností dřeva Kebony nastalo v jeho trvanlivosti, kde dosahuje hodnotu 6 – 9 krát vyšší neţ dřevo nemodifikované. Podle normy EN 350-1, která udává trvanlivost dřevin, spadá dřevo Kebony 100 do kategorie vysoce trvanlivé a Kebony 30 k trvanlivým. Kebony 30 je světle zlato-hnědá, zatímco barva u Kebony 100 je tmavě hnědá. Pro vnější pouţití je třeba modifikované dřevo povrchově dokončit, jinak dochází k šednutí barvy. Lande a kol. (2004) uvádí, ţe modifikované dřevo Kebony je velmi přijatelné z ekologického hlediska. Do ovzduší uvolňuje méně prchavých organických látek (VOC) jak rostlé dřevo, a to při běţném pouţívaní i při hoření. Pouţití: Kebony má výborné vyuţití v náročných expozicích s vysokou vlhkostí. Pouţívá se pro obklady, podlahy, terasy, přístavní mola, ploty, atria, kuchyňské pracovní desky, nábytek do koupelen, zvukové bariéry, zahradní nábytek, interiérové vybavení paluby lodí.
3.3.7 Indurit Postup výroby materiálu je zaloţený na úpravě dřeva impregnací přírodními cukry. Práva na modifikovaný materiál vlastní společnost Osmose. Proces byl vyvinut na Novém Zélandu společností Engineered Wood Solutions Ltd. První krok výrobního procesu je vloţení řeziva a uzavření nádoby na jednu hodinu, kde na řezivo působí podtlak. Druhý krok spočívá v napouštění látkou (vodou rozpustné polysacharidy + katalyzátory) a zvýšení tlaku po dobu dvou hodin. Třetím krokem je vypuštění roztoku, řezivo je vyjmuto a sušeno. V první fázi se suší jednu hodinu při 40 °C a následuje dvanáctihodinové sušení při teplotě 60 °C. Pro úspěšnost procesu jsou rozhodující hodnoty viskozity roztoku, teploty a tlaku. Také záleţí na upravovaném dřevu, pouţívají se dobře impregnovatelné dřeviny, nejčastěji borovice a topoly (Holland 2005).
39
Charakteristické vlastnosti pro Indurit: Hmotnost upraveného dřeva se zvyšuje na základě mnoţství látky, které přijalo. Vyplněním lumenů buněk dochází ke změně hustoty. Hustota obvykle roste o 30 %, ale nedosahuje stejné hodnoty v celém průřezu dřeva. Důvodem je proimpregnovatelnost dřeva, některé části jdou lépe některé hůře, záleţí na struktuře, a také jestli se jedná o okrajovou část, nebo o část blíţe jádru. Nerovnoměrnost hustoty po průřezu dřeva je ovlivněna také omezenou hloubkou průniku. Vlivem zvýšení hustoty dochází k výrazné změně tvrdosti, která se zvýší o 90 %, ale opět není stejná v celém průřezu dřeva. Dále výraznou změnu dosahuje modifikované dřevo v tuhosti, kdy se jeho hodnota zvýšila o 60 %. Zlepšení také nastalo u pevnosti v ohybu, kdy se hodnota zlepšila o 28 %. Díky tomu, ţe se impregnační látka dostala i do buněčných stěn dochází k zvýšení rozměrové stability u borovice o 28 % a u topolu o 22 %. Holland (2005) uvádí, ţe byla provedena zkouška adhesivních vlastností materiálu Indurit, přičemţ byly pouţity dva typy lepidel PUR a PVAc. Výsledkem bylo ţe, materiál Indurit a neupravené dřevo nemají odlišné adhesivní vlastnosti. Všeobecně platí, ţe Indurit lze dobře strojově opracovávat, coţ můţe být jeho výhodou pro vyuţití při výrobě nábytku. Barevný odstín mírně ztmavne vlivem impregnace. Pouţití: Materiál Indurit je vyuţívaný v interiéru i exteriéru. Při vnitřním pouţití slouţí nejčastěji pro podlahy. Venkovní pouţití je moţné, ale méně vyuţívané, doporučuje se materiál Indurit nepouţívat v místech, kde je trvale zvýšená vlhkost. Díky své rozměrové stabilitě se pouţívá na výrobu dveří, oken a jiných dřevěných částí (Hill 2006, Holland 2005).
40
3.4 Klasifikace nábytku dle funkce S ohledem na zadání práce vycházím ze standardního rozdělení nábytku, tak aby bylo moţné navrhnout pouţití nových materiálů na bázi modifikovaného masivního dřeva k daným skupinám. Nábytek se vyvíjí, vyrábí a prodává pro uţití v bytovém a veřejném interiéru nebo exteriéru. Nábytek je determinantem kvality bydlení, relaxace organismu a aktivit člověka (Brunecký 2009). Brunecký (2009) uvádí členění nábytku dle funkce takto:
-
Nábytek úloţný je určený k uloţení věcí a potravin nebo pro jiný účel ukládání.
-
Nábytek sedací slouţí k odpočinku, pro aktivity vykonávané vsedě nebo pro zájmové činnosti.
-
Nábytek lehací je určený k dlouhodobému nebo krátkodobému odpočinku vleţe nebo pololeţe.
-
Nábytek pracovní je určený a uzpůsobený pro vykonávání fyzické nebo duševní práce.
-
Nábytek jídelní je vyrobený pro stolování a společenské účely, zpravidla stolový.
-
Nábytek ostatní slouţí pro běţné aktivity a jiné obvyklé nespecifikované činnosti člověka.
-
Nábytek doplňkový jsou výrobky, které doplňují prostor interiéru nebo exteriéru.
-
Nábytek speciální je pro speciální účely nebo pro doplnění poslání interiéru nebo exteriéru.
41
4. Materiál a metodika Prvním krokem při tvorbě této bakalářské práce bylo nastudování problematiky metod modifikací dle Dejmala (2009). Dalším krokem bylo shromáţdění vhodné odborné literatury, článků a výzkumných prací. Většinu z vyhledaných podkladů tvoří zahraniční zdroje. Tyto zdroje byly přeloţeny do českého jazyka. Literární přehled je rozdělen do čtyř částí. V první části je vysvětlena problematika masivního dřeva. V druhé části jsou analyzovány jednotlivé modifikační metody. Rozdělení modifikačních metod je zvoleno stejně, jako uvádí Reinprecht (2008). Rozdělení bylo doplněno o impregnaci dle Dejmala (2009). V třetí části jsou uvedeny produkty modifikací. Výběr modifikovaných materiálů, které budou dále analyzovány, byl
proveden
na
základě
výčtu
modifikovaných
materiálů,
který
uvádí
Reinprecht (2008), Hill (2006) a Dejmal (2009). V poslední části je uvedena standardní klasifikace nábytku. Vyhodnocení výsledků se dělí na dvě části. V první části bylo vyhodnoceno sedm typů komerčně prodávaných modifikovaných dřev, přičemţ bylo čerpáno jednak z odborných článků, literatury, ale i z webových stránek jednotlivých produktů. Tyto internetové zdroje uvádí charakteristické vlastnosti pro materiál, pouţití a také vzhledové vlastnosti. Druhá část vyhodnocení modifikovaných materiálů proběhla na základě normy ČSN EN 91 0100 (Nábytek – Bezpečnostní poţadavky) pro výrobu nábytku. Hodnotila se moţnost aplikace modifikovaných materiálů k výrobě nábytku a dřevěných částí v interiéru a exteriéru.
42
5. Výsledky Tab. 4: Vybrané mechanické a fyzikální vlastnosti podstatné pro výrobu nábytku a dřevěných částí ve vztahu k nemodifikovanému dřevu Typ Pevnost v Ohýbatelnost Tvrdost Hustota technologie ohybu NOH Nezjištěno Zlepšeno Zlepšeno Zvýšeno Calignum Nezjištěno
Zlepšeno
Zlepšeno
Zvýšeno
Zlepšeno
Zhoršeno
Zlepšeno
Zvýšeno
S
Nezjištěno
Nezměněno
Nezměněno
Nezměněno
D
Zhoršeno
Nezměněno
Nezjištěno
Zlepšeno
Nezměněno Lehce zvýšeno
Nezměněno
Zlepšeno
Zvýšeno
Kebony
Nezjištěno Lehce zlepšeno Lehce zlepšeno Zlepšeno
Nezjištěno
Zlepšeno
Zvýšeno
Indurit
Nezjištěno
Zlepšeno
Zlepšeno
Zvýšeno
ATC BendyWood ThermoWood
TitanWood Belmadur
Tab. 5: Vybrané vzhledové vlastnosti modifikovaného materiálu ovlivňující estetické působení nábytku Typ Barva Textura UV stabilita technologie Lehce tmavší Výraznější NOH Nezměněno Calignum odstín kresba Dle přidaného Výraznější ATC Nezměněno barviva kresba Zvlněná Nezměněno Nezměněno BendyWood vlákna S Tmavší Nezměněno Nezměněno ThermoWood Výrazně tmavší Nezměněno Nezměněno Lehce tmavší Nezměněno Zlepšeno TitanWood odstín Nezměněno 1 Nezměněno Nezměněno Belmadur Do zlatova nebo Nezměněno Nezjištěno Kebony aţ tmavě hněda Nezměněno Nezměněno Nezměněno Indurit 1 Nezměněno - při technologickém procesu se dá docílit změny barvy D
43
Tab. 6: Vybrané vlastnosti ovlivňující moţnost poţití modifikovaného materiálu v náročných expozicích na vlhkost Typ Třídy Rozměrová technologie trvanlivosti stabilita NOH
Nezjištěno
Nezjištěno
ATC
Nezjištěno
Nezjištěno
Nezjištěno
Nezlepšeno
S
3
Zlepšeno
D
2
Zlepšeno
TitanWood
1
Zlepšeno
Belmadur
1-2
Zlepšeno
Kebony
1
Zlepšeno
Indurit
1-3
Zlepšeno
Calignum
BendyWood ThermoWood
44
Tab. 7: Moţnost vyuţití modifikovaných materiálů pro výrobu jednotlivých typů nábytku a dřevěných částí určených do interiéru dle normy ČSN EN 91 0100 – Nábytek – Bezpečností poţadavky Calignum BendyWood ThermoWood TitanWood Belmadur Kebony Úloţný Skříň koupelnová
Indurit
NE
NE
ANO
ANO
ANO
ANO
NE
Skříň šatní Skříň pro potraviny
ANO
ANO/NE 1
ANO
NE
NE
NE
ANO
ANO
ANO/NE 1
ANO
ANO
ANO
ANO
ANO
Skříň barová Skříňka kuchyňská Skříňka pro obuv
ANO
ANO/NE 1
ANO
NE
NE
NE
ANO
ANO
ANO/NE 1
ANO
ANO
ANO
ANO
ANO
ANO
ANO/NE 1
ANO
NE
NE
NE
ANO
Police
ANO
ANO/NE 1
ANO/NE 2
NE
NE
NE
ANO
ANO
ANO/NE 1
ANO/NE 2
NE
NE
NE
ANO
ANO
ANO/NE
1
2
NE
NE
NE
ANO
ANO
ANO/NE 1
ANO/NE 2
NE
NE
NE
ANO
Křeslo hovorové Křeslo odpočinkové
ANO
ANO/NE 1
ANO/NE 2
NE
NE
NE
ANO
ANO
ANO/NE 1
ANO/NE 2
NE
NE
NE
ANO
Pohovka
ANO
ANO/NE 1
ANO/NE 2
NE
NE
NE
ANO
ANO
ANO/NE
1
ANO/NE
2
NE
NE
NE
ANO
ANO/NE
1
ANO/NE
2
NE
NE
NE
ANO
ANO/NE
1
ANO/NE
2
NE
NE
NE
ANO
1
ANO/NE
2
NE
NE
NE
ANO
NE
NE
NE
ANO
NE
NE
NE
ANO
ANO
NE
NE
NE
ANO
Lehací Patrové lůţko Dětská postýlka Lůţko s viditelnou kost.
ANO/NE
Sedací
Ţidle pracovní Ţidle barová Ţidle jídelní
ANO ANO
Lavice Pracovní a jídelní
ANO
ANO/NE
Stůl jídelní
ANO
ANO/NE 1
ANO
ANO/NE
1 1
Stůl pracovní
ANO ANO/NE
2
Stůl pod PC Pracovní deska kuchyň
ANO
ANO/NE
ANO
NE
ANO/NE 2
ANO
ANO
ANO
ANO
Barový pult
ANO
ANO/NE 1
ANO/NE 2
NE
NE
NE
ANO
ANO
1
ANO
NE
NE
NE
ANO
Stůl konferenční
ANO/NE
Doplňkový Dřevěné NE ANO ANO ANO ANO NE ANO doplňky 1 ANO/NE – pouţívá se pro doplňkové okrasné prvky nábytku ANO/NE 2 – musíme přihlédnout k zhoršeným mechanickým vlastnostem, vyuţití není vhodné pro mechanicky namáhané části výrobku
45
Tab. 8: Moţnost vyuţití modifikovaných materiálů pro výrobu jednotlivých typů nábytku a dřevěných částí určených do exteriéru dle normy ČSN EN 91 0100 – Nábytek – Bezpečností poţadavky Úloţný Skříňka saunová Police pro exteriér Police sauna/bazén Lehací Lehátko u vody Lehátko na zahradu Sedací Zahradní ţidle Zahradní křeslo Lavice v saunách Pracovní a jídelní Stůl zahradní Stůl pracovní Barový pult
Calignum
BendyWood
ThermoWood TitanWood
Belmadur
Kebony
Indurit
NE
NE
ANO
ANO
ANO
ANO
NE
NE
NE
ANO
ANO
ANO
ANO
ANO
NE
NE
ANO
ANO
ANO
ANO
NE
NE
NE
ANO/NE 1
ANO
ANO
ANO
NE
NE
NE
ANO/NE 1
ANO
ANO
ANO
ANO
NE
NE
ANO/NE 1
ANO
ANO
ANO
ANO
NE
NE
ANO/NE 1
ANO
ANO
ANO
ANO
NE
NE
ANO/NE 1
ANO
ANO
ANO
NE
NE
NE
ANO
ANO
ANO
ANO
ANO
NE
NE
ANO/NE 1
ANO
ANO
ANO
ANO
NE
NE
ANO/NE 1
ANO
ANO
ANO
ANO
Doplňkový Dřevěné ANO/NE 2 NE NE NE ANO ANO ANO doplňky ANO/NE 1 – musíme přihlédnout k zhoršeným mechanickým vlastnostem, vyuţití není vhodné pro mechanicky namáhané části výrobku ANO/NE 2 – při technologickém procesu se dá docílit změny barvy.
46
6. Diskuse Analýzu masivního materiálu dřeva a jeho chování bylo třeba provést z důvodu objasnění důleţitých vlastností, které pomocí modifikací měníme. Pouţitím jednotlivých metod dochází k různým změnám vlastností dřeva. Většinou tyto cílené změny vedou ke zlepšení, v ojedinělých případech ke zhoršení. Přehledy vybraných vlastností modifikovaných materiálů ukazují tabulky Tab. 4. Tab. 5. Tab. 6. Můţeme vidět, ţe kromě produktu tepelné modifikace se ve všech ostatních případech zvýšila hustota. U BendyWood a Calignum se tak děje díky lisování a zhuštěné struktuře dřeva, u materiálů chemicky modifikovaných je hustota zvýšena vlivem příjmu modifikační látky. Tento děj můţeme sledovat i u materiálu Indurit. Dále z tabulek můţeme vypozorovat, ţe pomocí vybraných modifikací chceme dosáhnout buď vlastností blíţících se odolným trvanlivým exotickým dřevinám, nebo chceme dosáhnout zlepšení estetických a ohybových vlastností. U metody modifikace lisováním naopak nezáleţí aţ tak na trvanlivosti, metoda chce dosáhnout zlepšených vlastností pro ohyb a zlepšeného estetického působení. Díky zjištěným vlastnostem modifikovaných dřevin lze dle normy ČSN EN 91 0100 přiřadit tyto materiály pro pouţití v exteriéru a interiéru. Obsahem Tab. 7. je tato aplikace v interiéru. Z výsledků vyplynulo, ţe pouţití materiálů chemicky modifikovaných je vhodné jen pro výrobu nábytku, který je často vystaven působení vlhkosti a nárazům (kuchyňská pracovní deska). Jsou to modifikované dřeva odolné a vysoce trvanlivé, bylo by značně neekonomické vyrábět z nich něco, pro co nejsou určené. Dále si můţeme všimnout, ţe ideálními materiály pro výrobu nábytku, v částech interiéru, kde nepůsobí vlhkost, jsou Indurit, Calignum a BendyWood. Z důvodu nezměněné barvy a textury není vhodné vyuţívat Indurit pro výrobu doplňkových částí. Naopak moţnými význačnými materiály pro dekorační prvky nábytku jsou Calignum a BendyWood. U moţné výroby nábytku z materiálu ThermoWood musíme přihlédnout ke zhoršeným mechanickým vlastnostem. Materiál musíme pouţít jen pro části produktu, které jsou méně mechanicky namáhané. Z Tab. 8. vyplývá, ţe dřevo chemicky modifikované je ideální pro venkovní vyuţití. Opakem je dřevo modifikované lisováním, které je pro venkovní pouţití nevhodné v jakékoliv formě. Indurit lze vyuţít, ale není vhodný pro typy nábytku a dřevěné části, které přicházejí do kontaktu s častější vlhkostí. Díky zvýšení biologické odolnosti, sníţení rovnováţné vlhkosti a eliminaci rozměrových změn je ThermoWood vhodné vyuţívat pro vybavení saun a bazénů. Při eventuální výrobě se opět musí zohlednit jeho zhoršené mechanické vlastnosti.
47
7. Závěr Hlavním cílem práce bylo zjistit vhodnost pouţití komerčně prodávaných materiálů vyráběných různými modifikačními metodami pro interiér a exteriér. Výsledky ukázaly, ţe modifikované dřevo má velký rozsah moţného pouţití pro výrobu nábytku a dřevěných částí. Výroba modifikovaného dřeva prošla zdokonalením technologií, procesů a vývojem modifikačních látek. V současnosti tak modifikované dřevo překonává své předešlé problémy, které zabraňovaly jeho prosazení na trhu. Modifikované materiály mají momentálně vlastnosti blízké vlastnostem exotických dřevin. Při výrobě, pouţívání a likvidaci jsou šetrné k ţivotnímu prostředí, proto se na trhu stále častěji upřednostňují před dřevinami z tropických deštných pralesů. Je tomu tak díky ekologickému tlaku a obrovským investicím do odvětví modifikace. I přes tyto pokroky v oblasti modifikace, materiál stále nedosahuje svého potenciálu. Důvodem je vysoká cena, která je na úrovni nejdraţšího exotického dřeva (teak). S procesem rozvoje výroby se ale očekává, ţe cena bude klesat, čímţ poroste produkce výroby modifikovaných materiálů a tím i pouţití v interiérech a exteriérech.
48
8. Summary Furniture and wooden constructions are often placed in demanding expositions where they have to face various distorting factors. Such a situations used to be dealt with in manors, which were environmentally unfriendly and even dangerous to health. At present modified wood offers solution for such a problems. It is derived from a solid wood from fast-growing woods of temperate zone by the process of modification. It subsidizes European processers. It eliminates difficult and expensive transportation of durable exotic woods that used to be instrumental to these demanding expositions. The thesis offers analyses of solid woods, selected methods of modification, modified materials and commercially used outputs of modification. In sequence with the objective, it also provides standard classification of furniture. Based on material characteristics of these commercial products the thesis contains appraisal of modified materials in term of their applicability for furniture and wooden constructions for interiors and exteriors. Whereas the modification processes improve majority of material characteristics, a few characteristics showed deterioration.
49
9. Přehled pouţité literatury ASHAARI, Z., et al. Effect of aqueous polymer treatments on wood properties : Part II: Mechanical Properties. [s.l.] : International Research Group on Wood Preservation, 1990. 18 s. Doc. no. IRG/WP 3611. BRUNECKÝ, Petr. Standardy nábytku. 1. vyd. Brno : Ediční středisko MENDELU v Brně, 2009. 121 s. ISBN 978-80-7375-297-2. ČSN EN 91 0100. Nábytek - Bezpečnostní poţadavky. Brno : ČNÚ, 2005. 18 s. ČSN EN 350-1. Trvanlivost dřeva a materiálů na jeho bázi. Přirozená trvanlivost rostlého dřeva : Část 2: Návod na zkoušení a klasifikaci přirozené trvanlivosti dřeva. [s.l.] : [s.n.], 1996. 20 s. DEJMAL, ALEŠ Sušení a modifikace dřeva. Učební text, MENDELU v Brně, 2009. HILL, C. A. M. Wood modification: chemical, thermal,and other processes. 1. vyd. Chichester : England : John Wiley & Sons, 2006. 239 s. HRÁZSKÝ, Jaroslav; KRÁL, Pavel. Vyuţití nového materiálu thermowood. Materiály pro stavbu. 2005, 1, s. 27-29. Dostupný také z WWW:
. CHUCHRJANSKIJ, P. N. Zušlachťovanie dreva: lisovanie dreva. Bratislava : Práca, 1953. 156 s. LANDE, S., et al. Environmental friendly wood protection - furfurylated wood as an alternative to wood preservation. International Conference on Enviromentally Compatible Forests Products. 2004, 2, s. 163- 175. POŢGAJ, Alexander, et al. Štruktúra a vlasnosti dreva. 1. vyd. Bratislava : Príroda, 1993. 485 s. ISBN 80-07-00600-1. ROSENQUIST, M. Wood distribution of introduced acetyl groups and linseed oil model substance in wood examined by microradiography and Esem. [s.l.] : [s.n.], 2000. 21 s. IRG/WP 00-40-169. REINPRECHT, Ladislav. Ochrana dreva. 1. vyd. Zvolen : Vydateĺstvo technickej univerzity vo Zvolene, 2008. 453 s. ISBN 978-80-228-1863-6. SAILER, M., et al. Biological resistance of wood treated with water-based resinc and drying oils in a mini-block test. [s.l.] : [s.n.], 1998. 10 s. IRG/WP/98-401-07. VAN ACKER, J., et al. Decay resistance of resin treated wood. [s.l.] : [s.n.], 1999. 16 s. IRG/WP/99-302-06. WAGENFÜHR, Rudi. Dřevo - obrazový lexikon. 1. vyd. Praha : Grada Publishing, 2002. 348 s. ISBN 80-247-0346-7.
50
WANG, J.; COOPER, P. A. Properties of hot oil treated wood and the possible chemical reactions between wood and soybean oil during heat treatment. [s.l.] : [s.n.], 2005. 11 s. IRG/WP 05-40-30-4. WESTIN, M; RAAP, A. O.; NILSSON, T. Durability of pine modified by 9 different methods. : International Research Group on Wood Preservation, 2004. 41 s. Doc. No. IRG/WP 04-40288. ZEE, M. E.; VAN DER BECKERS, E. P. J.; MILITZ, H. Influence of concentration, catalyst, and temperature on dimensional stability of DMDHEU modified Scots pine. [s.l.] : International Research Group on Wood Preservation, 1998. 41 s. Doc. No. IRG/WP 98-40119. Webové zdroje: www.calignum.cz [online]. [Cit. 30. 4. 2011]. Dostupné z URL: http:// www.calignum.cz/ www.ohybacidrevo.cz [online]. [Cit. 30. 4. 2011]. Dostupné z URL: http://www.ohybacidrevo.cz/vlastnosti/ohybaci-drevo-bendywood www.bendywood.info [online]. [Cit. 30. 4. 2011]. Dostupné z URL: http://www.bendywood.info/index.php?option=com_content&task=view&id=4&Itemid =4 www.finnforest.cz [online]. [Cit. 30. 4. 2011]. Dostupné z URL: http://www.finnforest.cz/produkty/thermowood/Pages/interieroveprodukty.aspx www.accoya.com [online]. [Cit. 30. 4. 2011]. Dostupné z URL: http://www.accoya.com/ www.basf.com [online]. [Cit. 30. 4. 2011]. Dostupné z URL: http://www.basf.com/group/corporate/en/industry/WOOD www.kebony.com [online]. [Cit. 30. 4. 2011]. Dostupné z URL: http://www.kebony.com/
51
