Materiály na bázi modifikovaného masivního dřeva pro výrobu nábytku

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA ÚSTAV NAUKY O DŘEVĚ Materiály na bázi modifikovaného masivního dřeva pro výrobu nábytku Bakalářská práce Brno 2009/2010 Jan Schindler

2 Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: "Materiály na bázi masivního dřeva pro výrobu nábytku" zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje bakalářská práce byla zveřejněna v souladu s 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MENDELU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Dále se zavazuji, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádám písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuji se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace. V Brně, dne: Jan Schindler

3 Poděkování Rád bych tímto poděkoval vedoucímu mé bakalářské práce panu Ing. Aleši Dejmalovi, Ph.D. za cenné rady a postřehy při tvorbě bakalářské práce. Také bych chtěl poděkovat rodičům za financování studia.

4 Abstrakt Schindler J.: Materiály na bázi masivního dřeva pro výrobu nábytku Tato bakalářská práce se zabývá možnostmi využití modifikovaného dřeva při výrobě nábytku. Data o materiálech byla získávána z veřejně dostupných zdrojů. Bylo vyhodnocováno devět průmyslově vyráběných dřev, každé modifikované jiným způsobem. Z vyhodnocení vyplynulo, že všechny až na bendywood jsou vhodné pro výrobu nábytku jako hlavní materiál. Bendywood je vhodný jako materiál dopňkový. Modifikovaná dřeva nábytku přináší nové vzhledové možnosti, vyšší odolnost, pevnost a trvanlivost. Klíčová slova Modifikace dřeva, nábytek, tepelná modifikace, chemická modifikace, lisování Abstract Schindler J.: The materials for the furniture production whose base is the massive wood This bachelor work is dealing with possibilities of the utilisation of modificated wood in the furniture production. The information about materials was obtained from publiclyaccessible resources. There are analysed nine kinds of the industrially-produced wood, each of it is modified by different way. The result of the analyse is that every modified wood except the bendywood is suitable for the production of the furniture as a main material. The bendywood is suitable as a complementary material. The modified wood brings some new furniture appearance possibilities, higher resistance,firmness and durability. Keywords Wood modification, furniture, thermal modification, chemical modification, pressing

5 Obsah 1 Úvod Cíl Literární přehled Chemická modifikace Acetylace Modifikace amoniakem - čpavkem Tepelná modifikace Vlastnosti tepelně modifikovaného dřeva Impregnace Základní způsoby: Impregnace UF, PF, MMF pryskyřicemi Esterifikace - DMDHEU Furfurylace Impregnace sacharidy Lisování dřeva Způsoby lisování Rovnoměrné lisování Nerovnoměrné lisování Modifikace dřeva působením mikrovln Titanwood (Accoya wood) Vlastnosti Vzhled Použití Lignamon Vlastnosti Vzhled... 23

6 3.7.3 Použití Thermowood Vlastnosti Vzhled Vintorg Vlastnosti Vzhled Použití Belmadur Vlastnosti Vzhled Použití Kebony Vlastnosti Vzhled Použití Indurite Vlastnosti Vzhled Použití Bendywood, Compwood ohýbatelné dřevo Vlastnosti Vzhled Použití Calignum Vlastnosti Vzhled... 38

7 Použití Materiál a metody Výsledky Diskuze Závěr Summary Přehled literatury Seznam obrázků Seznam tabulek Seznam zkratek... 61

8 1 Úvod V dnešní době se lidé stále častěji vrací k přírodě. Staví se prosklené domy, používají přírodní materiály. Dřevo je přírodní obnovitelný materiál. Pečlivě plánovaným lesním hospodářstvím je možné získávat velké množství kvalitní suroviny. Existuje spousta dřevin rozmanitých vlastností. Ne vždy je ale dřevina potřebných vlastností k dostání v dostatečném množství a ceně. Někdy je třeba vykácet rozsáhlou část tropického deštného pralesa a zatlouci tím další pomyslný hřebík do rakve plic Země. Navíc tropické dřeviny se musí složitě převážet a dopravovat až na místo určení. Proč ale raději nepodpořit domácí zpracovatele? V našich evropských podmínkách roste spousta využitelných dřevin. Jejich růst je obvykle poměrně rychlý s minimálními nároky. Bohužel jejich vlastnosti neobstojí u všech aplikací, ale je v našich silách to změnit. A co je vlastně třeba měnit? Nejzásadnějším problémem je obvykle vztah dřeva k vodě a často nízká odolnost vůči mechanickému i biologickému působení. Cílem modifikace dřeva je zachování nebo zlepšení stávajících pozitivních vlastností jako třeba pevnost, pružnost, nízká hmotnost atd. Součastně se snaží o eliminaci vlastností negativních, mezi které patří kupříkladu rozměrová nestabilita, opotřebitelnost apod. Modifikace přináší i možnosti barevných změn a to v celém průřezu. Vezmeme-li v úvahu ostatní zlepšené vlastnosti, dostaneme materiál podobný nebo ještě lepší, než oblíbené tropické dřeviny. Navíc podpoříme místní zpracovatele. Modifikace dřeva není výdobytek moderní doby. Již v pravěku byla používána tepelná modifikace, když si pravěcí lidé opalovali hroty oštěpů. Tato jednoduchá, ale účinná metoda má ke dnešní průmyslové modifikaci, která se rozvíjí asi od druhé poloviny devatenáctého století daleko. Ve dvacátém století se často modifikovalo látkami na bázi CCA, které byly škodlivé zdraví i prostředí. Naštěstí si lidé uvědomili, že ani tudy cesta nevede a dnes se při modifikaci již škodlivé prostředky nepoužívají, je dbáno na šetrnost technologie i možnosti ekologické likvidace nového materiálu. A proč vlastně používat různě modifikované dřevo pro výrobu nábytku? Většina nábytku se vyrábí ze dřeva. Z pohledu designéra je toto možnost měnit barvu a napodobovat exoty nebo vytvářet složité ohyby. Z pohledu konstruktéra to může být třeba větší pevnost a možnost vytváření subtilnějších konstrukcí nebo větší tvrdost, kterou ocení při aplikaci materiálu na pracovní desky. Větší odolnost a možnost použití 1

9 v exteriéru ocení zase především uživatelé. Modifikované dřevo se již k výrobě nábytku úspěšně používá. Mohu konstatovat, že jde především o zahradní nábytek. Jednou z nevýhod modifikovaného dřeva je bohužel jeho cena, která je zatím dost vysoká. 2

10 2 Cíl Cílem této práce je zjistit možnosti použití průmyslově vyráběného, modifikovaného dřeva pro výrobu nábytku do interiéru i exteriéru. Dále je to určení vhodnosti použití různými způsoby modifikovaných dřev pro výrobu konkrétních typologických skupin nábytku. 3

11 3 Literární přehled Literární přehled je rozčleněn do dvou částí. V první části se zabývá samotnými modifikacemi, druhá část zahrnuje průmyslově vyráběná modifikovaná dřeva. Seřazení a rozdělení je provedeno podle Hilla (2006) uváděného v knize Wood modification. Hillovo rozdělení bylo rozšířeno o čpavkování, impregnaci cukry, lisování dřeva (Dejmal 2009) a modifikaci mikrovlnami (Torgovnikov 2008). Modifikované materiály uváděné v druhé části této kapitoly jsou řazeny podle způsobu modifikací. Jejich posloupnost vychází z první části. ČÁST PRVNÍ Tato část se zabývá samotnými způsoby modifikací. 3.1 Chemická modifikace Acetylace Acetylace dřeva s nekatalyzovaným acetanhydridem, při níž dochází k esterifikaci volné hydroxylové skupiny v buněčné stěně, se ukazuje jako jedna z nejslibnějších metod na zlepšení vlastností výrobků ze dřeva. Ošetřené dřevo se chová jako velmi trvanlivý, rozměrově stabilní a UV záření odolný materiál se zachovanými mechanickými vlastnostmi srovnatelnými s neupraveným dřevem. Proces se skládá z impregnace dřeva acetanhydridem a z následného odstranění přebytečných chemikálií za pomoci vakua a páry. Posledním krokem je sušení (Homan 2004) Vlastnosti acetylovaného dřeva Mechanické vlastnosti acetylovaného dřeva ovlivňují především dva faktory. Snížení rovnovážné vlhkosti a degradace buněčné stěny, která se vyskytuje při delším působení vyšších teplot. Jisté účinky má i kyselina octová, která vzniká jako vedlejší produkt. Rozsah degradace je závislý na čase a teplotě, při kterých reakce probíhá (Dinwoodie 2000). Je také třeba poznamenat, že dřevo je po acetylaci nabobtnalé a ve srovnání s neacetylovaným dřevem obsahuje ve stejném průřezu méně vláken. Při porovnání 4

12 vlastností vzorků stejných průřezů upraveného a neupraveného dřeva, jsou pak mechanické vlastnosti upravených vzorků horší právě z tohoto důvodu (Hill 2006). Bongers a Beckers (2003) studovali MOR, MOE, rázovou odolnost, tvrdost, pevnost ve smyku, odpor vůči vytažení vrutu u buku, topolu a borovic. Výsledkem jejich práce bylo zjištění, že vlastnosti se u některé dřeviny snižují a jiné zvyšují. Kupříkladu borovice lesní vykazovala stejný nebo zvýšeny MOR, zatímco u borovice montereiské docházelo ke snížení nebo žádné změně. Obecně tedy nelze vliv acetylace na mechanické vlastnosti vystihnout. Acetylované dřevo je daleko méně náchylné na sesychání a bobtnání za proměnných atmosférických podmínek. Důvod je jednoduše vysvětlitelný. Buněčná stěna je po modifikaci zaplněna chemicky vázanými acetylovými skupinami, které zabírají prostor uvnitř buněčné stěny, proto je takto modifikované dřevo v nabobtnalém stavu. Velikost nabobtnání závisí na míře modifikace (Hill 2006). Z grafuobrázek 1 je vidět, že s nárůstem hmotnosti (WPG), kterou způsobuje dodané činidlo, dochází ke snížení rozměrových změn (ASE). K drobným rozměrovým změnám bude docházet u acetylovaného dřeva vždy, ale jejich velikost je téměř zanedbatelná. Obrázek 1: Vliv nárůstu hmotnosti na snížení rozměrových změn. (Hill 2006) Hill (2006) uvádí, že povrch vlivem ztráty OH skupin je více hydrofobní má větší kontaktní úhel. Z toho lze usuzovat, že ne všechna lepidla budou pro použití na acetylované dřevo vhodná. 5

13 Vick a Rowell (1990) zkoumali lepení acetylovaného dřeva různými lepidly. Lepidla, která se vázala k povrchu dřeva pomocí vodíkových můstků (např.: UF, PVAc), dosahovala horších výsledků. Naopak spoj vzniklý použitím např. polyuretanových lepidel byl velmi dobrý. Acetylované dřevo je odolné proti působení dřevokazných hub. Je to způsobeno sníženou rovnovážnou vlhkostí dřeva. Buněčná stěna dřeva není degradovaná, protože je příliš suchá a houba nemá vhodné životní podmínky. Tabulka 1 znázorňuje výsledky testu v půdě. Za efektivní je považováno ošetření, kdy nedojde k úbytku hmotnosti vzorku větší než 5 %. Neefektivní ošetření je ztráta hmotnosti nad 20 % (Ibach et al. 2000). Tabulka 1: Biologická odolnost acetylovaného dřeva při půdním testu. (Ibach et al., 2000) hmotnostní přírustek po modifikaci [%] rovnovážná vlhkost dřeva [%] φ = 30% φ = 65% φ = 90% neošetřený vzorek 4,2 9,4 20,2 65,8 5 2,9 7,0 16,5 58,8 12 2,4 5,2 13,0 44,9 14 1,8 4,6 11,4 35,6 19 1,1 3,7 8,6 5,0 hmotnostní úbytek po půdním testu [%] Modifikace amoniakem - čpavkem Čpavek se v nábytkářském průmyslu používá k plastifikaci dřeva a ke změnám jeho barvy. Používá se v plynné podobě (amoniak), kapalné a rozpuštěný ve vodě jako tzv. čpavková voda. Působení amoniaku vede ke změnám rovnovážné vlhkosti. U většiny dřevin dochází ke zvýšení hodnoty bodu nasycení vláken a hygroskopicity. Též dochází k dočasné plastifikaci. Sesychání a bobtnání se po působení amoniaku při změně vlhkosti silně mění, především v závislosti na dřevině. U některých dřevin se neprojeví žádné změny, u některých je rozměrová stálost snížená a u jiných naopak zvýšená. Nejčastěji amoniak způsobuje zvýšení rozměrové stálosti v radiálním směru a její snížení v tangenciálním směru. Tyto změny jsou vysvětlovány dočasnou ztrátou funkce rozměrové stabilizace ligninu. Nárůst počtu OH skupin po odpaření vázaného amoniaku vede k rozsáhlejším možnostem vázání vody a tím i bobtnání (Weigl et al. 2009). 6

14 NH 3 ve vodním roztoku čpavková voda nevniká do krystalické mřížky celulózy, ale uvolňuje vazby v nadmolekulární úrovni, tj. uvolňují se mikrofibrily. Toto dokazuje prudký vzrůst vnitřního objemu a vnitřního povrchu kapilární soustavy dřevní hmoty. Zároveň nastává prudký pokles pružné deformace čpavkového dřeva. Tyto změny jsou nevratné. Čpavková voda se rychleji a ve větším množství absorbuje do dřevní hmoty než voda. Rovněž tak i kapalný čpavek (Stojčev a kol. 1979). Kapalný čpavek působí jako plastifikátor, termodynamicky je aktivnější než voda i ostatní rozpouštědla, je schopen uvolňovat vodíkové můstky mezi makromolekulami dřevní hmoty a proniknout do krystalické mřížky celulózy. Kapalný čpavek za nepřítomnosti vody vytváří velmi málo nevratných změn v chemickém složení dřevní hmoty. Plastifikace působením kapalného čpavku probíhá na úrovni uvolňování vodíkových můstků mezi makromolekulami. Po odstranění čpavku se tyto můstky obnovují. To dokazuje i fakt, že dřevní hmota ve změněném tvaru se chová jako by takto narostla (Stojčev a kol. 1979). Dřevní hmota při čpavkování, bez ohledu na to v jaké formě byl čpavek použit, bobtná více než při máčení ve vodě a též se více sesychá (smršťuje se) po odstranění čpavku. Větší sesychání vzniká prohnutím plastifikované buněčné stěny směrem dovnitř lumenu buňky. U běžných listnatých dřevin (buk, bříza) smrštění činí podle podmínek 18 až 32 %, u jehličnatých dřevin je menší, a to 12 až 18 %. U velmi lehkých listnatých dřevin, jako např. balsa, smrštění dosahuje až 60 %. Tento typ smrštění se nazývá chemické zhuštění (Stojčev a kol. 1979). Pozorované změny hustoty jsou v rozmezí přirozeného kolísání. Změny chemického složení dřeva neovlivňují celkovou hustotu dřeva. Skutečnost, že hustota není ovlivněná ošetřením dřeva amoniakem, signalizuje, že mechanické vlastnosti také zůstanou ve svém přirozeném rozsahu (Weigl et al. 2009). Použití čpavku v jakémkoli skupenství má za následek změnu barvy, která je způsobena chemickými změnami ve dřevě. Dřevo dostane po ošetření tmavší nádech. Míra ztmavnutí je závislá na čase působení čpavku. 7

15 3.2 Tepelná modifikace Úprava dřeva působením tepla patří k nejstarším modifikacím dřeva. Již naši prapředci opalovali dřevěné kůly a oštěpy v ohni, aby zlepšili jejich vlastnosti. Hlavním modifikačním činitelem, jak již název napovídá, je teplo. Pro tuto úpravu byly stanoveny jako nejvhodnější teploty v rozmezí 180 C až 260 C. Bylo zjištěno, že teploty pod 140 ºC mají jen malý vliv na změny vlastností a při teplotách nad 300 ºC dřevo již příliš degraduje a ztrácí užitečné vlastnosti. Proces trvá až desítky hodin. Dřevo vystavené vysoké teplotě déle bývá křehčí, ale odolnější vodě (Hill 2006). Zápalná teplota dřeva je udávána od 180 ºC. Je tedy nutné zabránit vzplanutí a následnému znehodnocení ošetřovaného materiálu, proto jsou při modifikaci používána různá inertní prostředí. Působením teplot nad 180 ºC začíná docházet k významnějšímu úbytku polysacharidických složek, což má za následek snižování hmotnosti. S úbytkem hmotnosti dochází i k zmenšování objemu, zejména u listnatých dřevin (González Peña 2009) Vlastnosti tepelně modifikovaného dřeva Je třeba si uvědomit, že při tepelné modifikaci dochází ke ztrátám hmoty z buněčných stěn a ke změnám rozměrů. Při srovnání průřezu stejně velikých vzorků upraveného a neupraveného dřeva by mělo být na upraveném vzorku více o něco tenčích vláken s pozměněnými vlastnostmi. Od toho se odvíjí i mechanické vlastnosti. Bylo zjištěno, že upravování dřeva ve vysokých teplotách má za následek snížení meze pevnosti a houževnatosti. K rychlejšímu snížení pevnosti, podle studií, dochází u listnatých dřevin (Rusche 1973 a, b). Modul pružnosti se při krátkodobém působení teploty nejprve zvyšuje a pak dochází ke snižování. Rychlost snížení závisí na teplotě. Uvádí se, že při 8% a vyšším úbytku hmotnosti začíná být pokles pružnosti významný. U modelu pevnosti v ohybu dochází k okamžitému snížení při použití vyšší teploty (Hill 2006). 8

16 Obrázek 2: Změna modulu pevnosti v čase při působení vysoké teploty. (Hill 2006) Obrázek 3: Změna modulu pružnosti v čase při působení vysoké teploty. (Hill 2006) Voda se váže na hydroxylové skupiny a právě jejich množství je při tepelném ošetření, následkem makromolekulárních změn v buněčné stěně, významně redukováno (Pétrissans et al. 2003). Voda má tím pádem méně možností, jak se do dřeva navázat, a to má za následek snížení bobtnání a sesychání. Upravené dřevo se tedy vyznačuje vyšší rozměrovou stálostí. Z grafu Obrázek 4 je vidět snížení objemu přijímané a odevzdávané vody přibližně na polovinu oproti nemodifikovanému dřevu. Obrázek 4: Sorpční a desorpční vlastnosti nemodifikovaného (vlevo) a dřeva modifikovaného (vpravo) v atmosféře dusíku při 250ºC po dobu dvou hodin.(hill 2006) Podgorski et al. (2000) zahříval vzorky dřeva po dobu jedné hodiny v rozsahu od 60 C do 200 C a zjistil, že kontaktní úhel mezi vzorkem a kapkou vody se zvětšuje s rostoucí teplotou. Nezahřívané vzorky měly kontaktní úhel 65º a vzorky vystavené teplotám 200 ºC 145º, tedy více než dvojnásobný. 9

17 Se změnou smáčivosti a snížením počtu hydroxylových skupin dochází i ke snížení povrchového napětí. Při lepení musí být povrchové napětí lepeného materiálu vyšší, než lepící směsi. Pokud je tomu naopak, lepidlo špatně smáčí povrch a to vede ke vzniku nekvalitního spoje. Na pevnost spoje může mít jistý vliv i snížená pevnost tepelně modifikovaného dřeva (Hill 2006). Při studiu meze pevnosti ve střihu při použití PF lepidel bylo shledáno snížení pevnosti spojů a většího poměru selhání dřeva, čím vyšší byla teplota a doba úpravy dřeva. Vysoký počet selhání a snížení pevnosti ve smyku bylo dosahováno i při použití UF a PVAc lepidel. Kvalita spojů slepených PVAc lepidlem byla velice špatná (Chang a Keith 1978). Nadějné výsledky přineslo rezorcinformaldehydové lepidlo. V tomto případě selhalo jen málo spojů (Bengtsson 2003). Tepelně upravené dřevo má zlepšenou biologickou odolnost. Výzkumy ukazují možnosti jeho použití ve třídách 1 3. Stupeň ochrany ale není dostatečný pro použití v případech, kde dřevo přichází do kontaktu se zeminou (Westin 2004). Mechanismus zlepšené rezistence rozkladu je pravděpodobně založen na ztrátách polysacharidických složek a snížené rovnovážné vlhkosti dřeva. Také ztráta OH skupin může ovlivnit schopnost enzymů metabolizovat substrát. Je zvažována i možnost, že ve dřevu vznikají nějaké biocidně působící látky (Hill 2006). Již na první pohled je viditelné ztmavnutí ošetřeného dřeva. Míra ztmavnutí se odvíjí od doby a velikosti působící teploty a použitého prostředí. Bekhta a Niemz (2003). Stálobarevnost je lepší, nicméně barvy taktéž blednou Ayadi et al. (2003). 10

18 3.3 Impregnace Na impregnační látky vhodné k modifikaci dřeva jsou podle Hill (2006) kladeny tyto požadavky. Měly by snižovat rovnovážnou vlhkost dřeva reakcí s hydroxylovou skupinou nebo svojí hydrofobností a navlhavost. Je žádoucí, aby zvyšovaly rozměrovou stálost. Pro dobrou prostupnost nesmí být průměry jednotlivých molekul příliš velké, protože by nedokázaly proniknout do buněčné stěny. Pro trvalou účinnost nesmí být vyluhovatelné a také nesmí působit toxicky na uživatele při používání a následně ani při likvidaci. Neměly by zvyšovat hořlavost a degradovat buněčnou stěnu. Také je důležitá jejich viskozita, která ovlivňuje snadnost průniku do dřeva. Svatoň (2000) uvádí takovéto základní rozdělení způsobů impregnací. Podle hloubky průniku impregnační látky do povrchu dřeva jsou rozlišovány impregnace na povrchové (do 2 mm), mělké (2 10 mm) a hloubkové (nad 10 mm). Dále se impregnace dělí podle tlaku prostředí na impregnace za normálních atmosférických podmínek (beztlaková), kam se řadí aplikace nátěrem, nástřikem, ponořováním a máčením. Máčení je rozlišováno na krátkodobé (do 24 hod.) a dlouhodobé (déle než 24 hod.) Při modifikacích je častěji používaná impregnace za změněného tlaku prostředí. Pro provedení je potřeba speciálních impregnačních zařízení, které se pojí s vyššími investičními náklady, ale je účinnější. Pracuje se s určitými změnami tlaku, teploty, impregnačními látkami a časem Základní způsoby: 1. Metoda plného nasycení buněk Po naplnění a uzavření tlakové nádoby je odsát vzduch. Poté se nádoba naplní impregnační látkou pod tlakem až 800 kpa a tlačí se tak dlouho, dokud nejsou vyplněny všechny kapiláry. Je dosahováno vysokých spotřeb impregnační látky. 2. Metoda prázdných buněk Na počátku je vháněn do dřeva nejdříve vzduch, který se stlačuje v buněčných prostorách. Posléze se za vzduchem začne vtlačovat olej a ten při hlubším průniku stlačuje vzduch ještě více. V závěru impregnačního cyklu, při zrušení tlakové fáze, se roztáhne stlačený vzduch v buňkách a vytlačí přebytečný olej zpět do nádrže. Použitím vakua na závěr procesu se urychlí a usnadní vysátí přebytků oleje. Tato metoda je označována jako úsporná impregnace (Svatoň 2000). 11

19 3. Metoda částečného nasycení buněk Jde o přímé vtlačování impregnačního oleje, jeho vypuštění (ještě před nasycením buněk) a dále působení horkého vzduchu, vakua nebo přehřáté páry. Je dosahováno nižšího příjmu impregnačního oleje (Svatoň 2000) Impregnace UF, PF, MMF pryskyřicemi Důležitým faktorem ovlivňujícím možnost impregnace je velikost molekul zvolené pryskyřice. Je třeba, aby molekuly byly tak malé, aby dokázaly proniknout do buněčné stěny, rozptýlit se v ní a blokovat místa pro navázání vody. Z toho vyplývá, že vhodnější jsou dřeviny s vysokou propustností. Stamm a Seborg (1939) formulovali tři základní požadavky na pryskyřice. Jsou to tyto: dostatečně malé molekuly, což vyžaduje vůbec nebo jen mírně zpolymerovanou pryskyřici. Dále by molekuly měly být rozpustné v polárních rozpouštědlech (voda), které je dopraví do buněčné stěny. Molekuly pryskyřice nesmí být odpuzovány makromolekulárními složkami buněčných stěn. Podle Deka a Saikia (2000) přítomnost pryskyřice ve struktuře dřeva dokáže zvýšit rozměrovou stálost. Tito impregnovali dřevo jehličnanů PF, MF a UF pryskyřicemi a zjistili, že vzorky zvětšily svůj objem o cca 10 % a hmotnost o 34 %. Velikost rozměrových změn se snížila u PF a MF pryskyřic o 70 %, u UF o polovinu. Hodnoty MOR i MOE byly zvýšeny. Lukowsky (2002) došel k závěru, že největší rozměrovou stabilitu má dřevo naimpregnované pryskyřicí s nízkým nebo naopak vysokým obsahem formaldehydu. Vzhledem k vlivu formaldehydu na zdraví člověka je volen nízký obsah formaldehydu. Stamm a Seborg (1939) zkoušeli různorodá lepidla při výrobě překližky z PF pryskyřicí impregnovaného dřeva. Lepidla na bázi PF vykazovala vyšší výkony, hlavně při působení vlhka. Stejní autoři uvádí dobrou odolnost rozkladu impregnovaného materiálu dřevokaznými houbami. 12

20 3.3.3 Esterifikace - DMDHEU 1,3 dimethylol 3,4 dihydroxyethylenmočovina (DMDHEU) je pryskyřice původně vyvinutá nikoli pro dřevozpracující, ale po textilní průmysl, kde se používá jako přípravek proti snížené mačkavosti látek (Xie et al. 2005). Zee et al. (1998) použili jako katalyzátor MgCl 2, AlCl 3 a kyselinu citrónovou. Teploty byly zvýšeny na ºC a za těchto podmínek impregnovali dřevo DMDHEU. To mělo za následek snížení rozměrových změn o 40 % při 20% nárůstu hmotnosti. Vyššími teplotami a vyšší koncentrací katalizátorů bylo dosaženo vyšší rozměrové stálosti následkem snížené rovnovážné vlhkosti dřeva. Ashaari et al. (1990) došel k závěru, že ošetření při nižších teplotách nedochází k téměř žádným změnám mechanických vlastností. Dochází ke snižování MOE, ale MOR se nemění. Při vyšších teplotách, tj. nad 80 ºC, dochází ke snižování obou. Zhoršení mechanických vlastností je způsobeno působením kyselého prostředí a zvýšené teploty, kdy dochází k rozkladu polysacharidických složek buněčné stěny. Je zlepšena odolnost vůči dřevokazným houbám. Po provedení šestitýdenního půdního testu došlo ke 2% ztrátě hmotnosti a odolnost rozkladu byla vyhodnocena jako dobrá (Krause et al. 2004). Nárůst hmotnosti byl lineárně závislý na koncentraci DMDHEU. Úbytky hmotnosti při louhování se zvyšovaly s rostoucí koncentrací. Ztráty hmotnosti byly dány vylouhováním nezreagovaného činidla. DMDHEU se při namáčení do vody vylouhovává až z 25 % při prvním máčení. Při následných máčeních je již stabilní a nevylouhovává se (Xie et al. 2005). Dieste at al. (2009) lepil překližku z modifikovaného dřeva fenolformaldehydovým lepidlem a zjistil, že modifikace DMDHEU pravděpodobně nemá žádný velký záporný účinek na kvalitu lepené spáry. Smáčivost upraveného dřeva byla vysoká. Malé rozdíly v pevnosti ve smyku byly mezi slepenými vzorky upravenými různě koncentrovanými roztoky, i když se vzrůstající koncentrací pevnost klesala. Pevnost spojů nemodifikovaných vzorků byla při porovnání až dvakrát vyšší. Z části je to i sníženou smykovou pevností samotného upraveného dřeva. Je tedy pozoruhodné, že k selhání dřeva obecně docházelo spíše u nemodifikovaných vzorků. 13

21 3.3.4 Furfurylace Základní látka pro výrobu furfurylalkoholu je furfural, který se vyrábí z rostlinných zbytků kukuřičných klasů nebo cukrové třtiny. Jde tedy o zužitkování snadno dostupného odpadu z látek získávaných z přírodních zdrojů. Furfurylalkohol je v buněčné stěně teplem zesíťován a tím dochází k jejímu zpevnění. Reakce je velmi rychlá a nevratná. Furfurylace se provádí za zvýšeného tlaku a teploty s přídavkem katalyzátoru, což může být chlorid zinečnatý nebo nějaká organická kyselina (Brynildsen, Myhre 2007). Podle Brynildsen a Myhre (2007) se modifikací zlepší rozměrová stálost. Borovice při 10% přírůstku hmotnosti byla o 20 % stabilnější, při 30% nárůstu hmotnosti byly rozměrové změny již přibližně poloviční. Stamm (1977) zjistil, že při 50% nárůstu dosáhne rozměrová stálost 70% maxima a již se nezlepší. Dřevo bylo taktéž tvrdší. Modul pružnosti se s přibývající hmotností zvyšoval, modul pevnosti naopak snižoval. Tentýž autor uvádí zhoršení mechanických vlastností, způsobené přirozenou degradací dřeva v kyselém prostředí a působením vyšších teplot. Velmi se zvýšila odolnost vůči působení biotických škůdců, a to až na třídu 1. Úpravou se změní se i vzhled dřeva. Barva je od světle až po velmi tmavě hnědou. Jones a Pizzi (2007) zkoumali pevnost lepeného spoje několika modifikovaných dřev. Furfurilalkoholem upravené dřevo dosahovalo ve srovnání s ostatními velmi dobrých pevností u vzorků máčených ve studené i horké vodě. V suchém prostředí si vedlo lépe dřevo nemodifikované než upravené. Tohoto jevu by bylo možné využít např. při výrobě nábytku do saun. Upravené dřevo by nemělo mít žádný významný vliv na životní prostředí. Při hoření dokonce vykazovalo méně VOC látek než neupravované dřevo. Pro výrobu lze použít zařízení běžně dostupné v dřevařském průmyslu (Hill 2006). 14

22 3.3.5 Impregnace sacharidy Cukrem je možno impregnovat a konzervovat starý historicky cenný, poškozený nábytek a nebo zlepšovat vlastnosti nábytku moderního. Při konzervaci historického nábytku cukry představují náhradu syntetických látek jako PEG. Navíc jsou, narozdíl od syntetických přípravků, opětovně vyluhovatelné. Takovýto nábytek se impregnuje velmi dlouhou dobu (týdny) za přirozeného tlaku a teploty, aby nedošlo k jeho poškození (Parrent 1983). Dřevo pro výrobu součastného nábytku lze impregnovat za zvýšeného tlaku a zvýšených teplot, nesmí však dojít ke karamelizaci cukru. Doba impregnace se tak výrazně zkrátí. Pro impregnaci se používá sacharóza, což je běžně dostupný řepný nebo třtinový cukr. Další výhodou, po snadné dostupnosti, je nízká cena a přírodní původ této látky. Nehoří, tudíž ani nezvyšuje hořlavost dřeva. Je recyklovatelná. Bohužel není příliš odolná mikroorganismům, a proto je vhodný přídavek biocidů. Podle Parrenta (1983) aktivní mikroby mohou ve dřevě produkovat značné množství oxidu uhličitého, takže dílec může nabobtnat a prasknout. Materiál má po ošetření vyšší hustotu, tvrdost a pevnost. Je zachován přírodní vzhled. Je nevhodné používat sacharózou impregnovaný materiál v prostředí o relativní vlhkosti vzduchu vyšší než 75 %, protože pak dochází k absorpci vlhkosti a povrch se stává mokrým. 15

23 3.4 Lisování dřeva Lisování dřeva je proces, kdy působením mechanických sil na dřevo vzniknou jeho deformace. Deformace jsou obvykle trvalého rázu. Následkem slisování se zhutní struktura dřeva a zlepší se některé mechanické vlastnosti. Při lisování nesmí být překročena mez pevnosti dřeva, jinak dojde k porušení buněčné struktury a snížení mechanických vlastností. Slisované dřevo má vyšší hustotu, což zlepšuje jeho odolnost vůči mechanickému poškození. Pro lepší slisovatelnost je vhodné dřevo přechodně měkčit plastifikovat. Pro maximální slisování je to nutné. V plastickém stavu zůstává dřevo pouze po dobu udržování vlhkosti a teploty. Po dosažení požadovaného tvaru je zafixováno, vysušeno a ochlazeno. Tím se vrátí do přirozené podoby, avšak nový tvar si uchová Způsoby lisování 1. Podle směru působící síly Jednoosé: síla působí v jednom směru. Dvouosé: síla působí v radiálním a tangenciálním směru. Prostorové (izostatické): síla působí ze všech stran. 2. Podle rovnoměrnosti a) Rovnoměrné: Kolmo na dřevní vlákna Rovnoběžně s dřevními vlákny Izostatické (ze všech stran najednou) b) Nerovnoměrné: Kolmo na dřevní vlákna Podle Chuchrjanského (1953) je rovnovážná vlhkost lisovaného dřeva nižší oproti přirozenému. Při normálních atmosférických podmínkách se lisované dřevo chová jako přirozené a liší se od normálního vyšší citlivostí na změnu vlhkosti. Sesychání v radiálním směru je u jehličnanů 2 krát a u listnáčů 2,5 3 krát větší, v tangenciálním směru je u jehličnanů stejné, u listnáčů je o % větší. Absorpce vlhkosti ze vzduchu je o % menší, nasáklivost je větší. Bobtnání ve směru kolmém k lisování je stejné jako u přirozeného, bobtnání ve směru rovnoběžném s rovinou lisování je větší. 16

24 3.4.2 Rovnoměrné lisování Při rovnoměrném lisování je povrch dřeva i lisovacích desek rovný a zhuštění rovnoměrné. Nejčastější směr lisování je kolmo na dřevní vlákna. Chuchrjanskij (1953) uvádí, že jehličnaté dřeviny s velkými rozdíly mezi jarním a letním dřevem se mohou jednostranně rovnoměrně lisovat kolmo na vlákna jen v radiálním směru, protože letní dřevo je hustší a pevnější, probíhá lisování na úkor méně pevného jarního dřeva. Při lisování v tangenciálním směru nastává místní vybočování letokruhů. Dřevo listnatých kruhovitě pórovitých dřevin, vyjma dubu, se lisuje též jen v radiálním směru. Dřeviny listnaté roztroušeně pórovité lze lisovat v radiálním i tangenciálním směru Mechanické vlastnosti se mění v závislosti na stupni slisování a polohy dřeňových paprsků. Všechny mechanické vlastnosti se zlepšují se stupněm slisování V případě, že je lisované dřevo namáháno v rovině lisování na ohyb, vykazuje zvýšenou pevnost na únavu materiálu. Pokud je namáhání na ohyb podélně ve směru lisování, hranolek je slisován v radiálním směru, dosahuje neobyčejné pružnosti. Při slisování totiž dojde ke slisování letokruhů, především jarních, a ty při působení sily dokáží nabýt původních rozměrů. Lisováním rovnoběžně s vlákny se vyrábí tzv. trvale ohýbatelné dřevo též známé pod názvem ohýbací dřevo. Izostatickým lisováním se vyrábí materiál Calignum Nerovnoměrné lisování Lisovat nerovnoměrně lze ve formě, kdy je do lisu vkládán rovnoměrně opracovaný materiál a výstupní tvar je nerovnoměrný dle formy. V místech menší tloušťky dochází k většímu zhuštění, naopak u větší tloušťky bude hustota nižší. Velkou nevýhodou tohoto způsobu je vysoká cena forem. Vyplatí se pouze ve velkém množství. Druhou možností je lisovat tloušťkově tvarovaný materiál. Větší tloušťka materiálu je v místech, kde se předpokládá větší mechanické zatížení. Z míst méně namáhaných je část materiálu odebrána. Po slisování je materiál stejné tloušťky po celém průřezu, ale hustota je rozdílná. Je to jedna z možností, jak dosáhnout nižší hmotnosti a přitom zachovat potřebné vlastnosti. (Chuchrjanskij 1953) 17

25 Mechanické vlastnosti nerovnoměrně slisovaného dřeva jsou závislé na hustotě. Hustota závisí na stupni slisování v daném místě. S rostoucí hustotou se zvyšují i mechanické vlastnosti, které stejně jako hustota nejsou v celém objemu konstantní. Při nerovnoměrném lisování se mění nejen mechanické, ale i vzhledové vlastnosti. Vhodným tvarovým opracováním před lisováním lze dosáhnout určité, esteticky zajímavé a navíc v jistých mezích opakovatelné, kresby. Je možný i opačný postup. Nejprve je materiál slisován ve tvarové formě a poté nakrájen na dýhy. Obrázek 5: Různé kresby lisovaného dřeva (Chuchrjanskij 1953) 18

26 3.5 Modifikace dřeva působením mikrovln Řada dřevin, obzvláště ty tvrdé, mají velmi nízkou propustnost a to způsobuje spoustu problémů, zejména při sušení a impregnacích. Torgovnikov a Vinden (2008) uvádějí následující principy a vlastnosti modifikovaných dřev. Pro modifikaci mikrovlnami se používá dřevo s vlhkostí nad 35 %. Vlhkost ve dřevě dobře absorbuje mikrovlnnou energii. Působením mikrovln se voda začne velmi rychle zahřívat a mění se v páru. V dřevních buňkách a strukturách vzniká tlak, jehož velmi rychlý nárůst poruší všechna slabší místa v buňkách jako tečky, dvojtečky a parenchymatické buňky v dřeňových paprscích. Následkem změn ve struktuře je zvýšená propustnost v příčném směru. Při zvýšení hodnot aplikované mikrovlnné energie vzroste tlak par ve dřevě natolik, že dochází ke tvorbě mikro i makroskopických trhlinek v radiálním i podélném směru. Propustnost se zvýší i v podélném směru. Modifikaci dřeva mikrovlnami lze rozdělit na nízkou, mírnou a vysokou. Nízká míra úpravy zvyšuje propustnost dřeva 1,1 1,5 krát. Ani vlastnosti dřeva se příliš nemění. Mírný stupeň zvyšuje propustnost asi tisíckrát a velmi mění fyzikálmí a mechanické vlastnosti. Vysoký stupeň modifikace způsobuje milionkrát větší propustnost a mění dřevo na vysoce porézní materiál. Fyzikální i mechanické vlastnosti jsou hodně změněné. Mimo propustnost ovlivňuje použití mikrovln i pevnost, ohebnost, hustotu, tepelnou vodivost elektrické a dielektrické vlastnosti atd. Vysoce upravené dřevo se nazývá torgvin a používá se jako výchozí materiál pro materiál vintorg. 19

27 ČÁST DRUHÁ Modifikované materiály uváděné v části literárního přehledu jsou řazeny podle způsobu modifikace. Jejich posloupnost vychází z první části. 3.6 Titanwood (Accoya wood) Acetylované dřevo od společnosti Accoya je na Evropském trhu k dostání od dubna roku Dřevo je modifikováno impregnací acetanhydridem za zvýšené teploty Vlastnosti Modifikované dřevo nabízí mnohem větší rozměrovou stálost v radiálním i tangenciálním směru. Testy ukazují, že objemové změny mohou být až o 80 % menší. Acetylace nesnižuje mez pevnosti. Dřevo je po úpravě tvrdší. Kupříkladu acetylované borovicové dřevo vykazovalo zvýšení tvrdosti v radiálním směru o 47 % a v tangenciálním o 52 %. Hustota je nepatrně zvýšená a na opracovatelnost má jen nepatrný vliv. Dřevo se chová a při frézování proti vláknům vytrhává stejně jako nemodifikované. Taktéž hladkost povrchu po opracování je srovnatelná. Malé zvýšení hustoty a tím i hmotnosti nikterak nezhoršuje manipulaci s upraveným materiálem. 1 Titanwood může být lepeno běžně dostupnými lepidly, ale je potřeba přihlédnout k nově získaným vlastnostem. Zvýšená rezistence vůči vodě, případně zbytková kyselina octová, mohou způsobit nedostatečně pevný spoj. Je vhodné obrátit se na výrobce titanwoodu a o vhodnosti lepidla se informovat. Totéž platí i pro aplikaci nátěrových hmot. Pro lepší rozměrovou i UV stabilitu vydrží nátěr mnohem déle a není třeba ho obnovovat tak často. Výrobce uvádí, že obnovení přibližně jednou za deset let by mělo být dostačující. Acetylací se dřevo dostává mezi nejodolnější dřeviny do třídy 1. Může být vystaveno kontaktu se zemí i sladkou vodou. 1 Accoya%20TRADA%20Document% pdf [online]. [Cit ]. Dostupné z URL: DA%20Document% pdf 20

28 Po acetylaci může ve dřevě zůstat zbytková kyseliny octová, která zvyšuje riziko koroze. Je doporučeno používat kovové součástky vyrobené z nerezavějící oceli. Nepotřebý materiál může být spálen, aniž by se uvolňovaly nějaké toxické látky. Může být také použit jako surovina pro výrobu aglomerovaných velkoplošných materiálů jako DTD nebo MDF Vzhled Acetylace způsobuje mírné ztmavnutí dřeva, ve srovnání s tepelnou modifikací je ale zanedbatelné. Při vystavení slunečnímu záření se barva mění jako u nemodifikovaného dřeva, i když o něco pomaleji. Zlepšená světlostálost dovoluje použít transparentnější nátěrová hmoty Použití Dveře, okna, podlahy, mostní konstrukce, obklady budov, venkovní nábytek, terasy, ploty, lodě, hudební nástroje atd. Jednoduše lze říci, že Titanwood je vhodné pro snad všechny aplikace dřeva v exteriéru nebo ve vlhkém prostředí. 2 2 Accoya wood's strength & durability make it a great wood for the great outdoors [online]. [Cit ]. Dostupné z URL: 21

29 3.7 Lignamon Lignamon byl vyvinut v našich zeměpisných šířkách za dob ČSSR a donedávna se tu vyráběl. Podle Stojčeva a kol. (1979) se výrobní cyklus skládá z impregnace přířezů amoniakem, následuje zhušťování lisováním a sušení dřeva za teplot od 90 do 160 C Vlastnosti Následující hodnoty vychází z měření Stojčeva a kol. (1979). Hustota se zvyšuje až na dvojnásobek, tím vzrůstá i tvrdost upraveného dřeva. Maximální hodnoty pevnosti v ohybu, které byly provozně dosaženy, se pohybují mezi MPa. Pro objemovou hmotnost kg m -3 se pevnost v ohybu běžně vyrobeného lignamonu z buku pohybuje od MPa. Průměrně docilované hodnoty pevnosti v tlaku se pohybují od MPa. Tabulka 2: Přehled vlastností lignamonu. Lignamon typ I. je bez tvarové stabilizace, typ II. a III. jsou tvarově stabilizované. Typ III. byl připraven v laboratorních podmínkách. Typ I. a II. reprezentují běžnou výrobu lignamonu. (Stojčev a kol. 1979) vlastnost jednotka přírodní zhuštěný buk bříza lignamon přírodní lignamon typ I. typ II. typ III. hustota kg m zhuštění % 0,0 43,3 20,0 38,2 47,7 0,0 49,2 rovnovážná vlhkost při % 60 % rel. vlhkosti a 20 ºC 11,0 10,7 6,9 4,8 4,5 10,9 7,1 pevnost v ohybu MPa pevnost v tlaku MPa pevnost v tahu MPa pevnost ve smyku MPa 13,0 17, ,5 32,5 12,- 32,4 tvrdost podle Brinella podél vláken MPa ve směru lisování MPa kolmo ke směru lisování MPa přerážecí práce kjm modul pružnosti za ohybu GPa 16 18, hod. máčení ve vodě botnání % 14,3 50,5 16 7,6 8,2 8,1 26 nasákavost % - 71,0 44,0 28,0 21,0-48,5 22

30 V porovnání s přírodním dřevem vykazuje srovnatelné hodnoty, co se týče rozměrových změn, navlhavost je však menší. Bobtnání lignamonu ve vodě se pohybuje zpravidla od 4 25 % po 24 hodinovém máčení ve vodě. Lignamon se po vysušení vrátí ze % do původního zhuštěného stavu, jaký měl před máčením ve vodě. Rovnovážná vlhkost lignamonu je podstatně nižší než u rostlého dřeva a pohybuje se mezi 4 7 %. Lignamon lze obrábět běžnými způsoby používanými při obrábění dřeva. Je třeba dodržovat zásady jako při zpracování velmi tvrdých dřevin. Úpravou dřevo neprošlo změnami, které by lepení a dokončení nátěrovými hmotami nějak výrazně ovlivňovaly. Lze používat všechna běžná lepidla i nátěrové hmoty Vzhled Podle druhu výchozí dřeviny, technologického postupu a stupně zhuštění lze dosáhnout velké škály zabarvení od zlatožlutých až k černým odstínům. Hmota lignamonu je v celém průřezu stejnoměrně probarvená. Původní textura je silně zvýrazněna, takže i lignamon zhotovený z tak nevýrazných dřevin, jako je topol, olše, lípa, má krásný vzhled. Lignamonem z těchto dřevin lze plnohodnotně nahrazovat drahé tvrdé exotické dřeviny, jako palisandr, eben, granadil apod. a okrasné dřeviny, jako např. ořech. Lignamon z topolu velmi dobře a plnocenně nahrazuje právě ořech. Obrázek 6: Lignamon z bukového dřeva ( Použití Pažby zbraní, podlahy, podlahy vagónů, nábytek, bytové doplňky, úchytky, soustružnické výrobky, části svítidel, hudební nástroje, knoflíky, držadla příborů a nožů, slévárenská modelová zařízení atd. 23

31 3.8 Thermowood Modifikací dřeva techologií thermowood se zabývá několik společností. Zde je popsán produkt finské společnosti Oy Lunawood Ltd. Výrobní proces začíná sušením, následuje postupný ohřev a setrvání v teplotách C. Na závěr se pomocí stříkající vody sníží teplota a vlhkost dřeva se po kolísání ustálí na cca 4 %. Celý proces trvá přes 36 hodin a probíhá v uzavřené komoře bez působení chemikálií. Thermowood se vyrábí ve dvou provedeních: Thermo S a Thermo D. Ta se od sebe výrobně liší zejména dosahovanými teplotami při úpravě. Od použité teploty se odvíjí i odlišné vlastnosti a použití. Písmeno S v názvu výrobku znamená tvarovou a rozměrovou stabilitu. Písmeno D znamená trvanlivost (durability). (Král, Hrázský 2005) Mezi nejčastěji upravované dřeviny patří borovice, smrk, bříza, dub, buk a topol. Lze zpracovávat i jiné dřeviny Vlastnosti U dřeva se tepelnou úpravou snižuje hustota, MOR a klesá pevnost v ohybu. Tvrdost se zvyšuje. Rovnovážná vlhkost je nižší, méně navlhá, bobtná a je rozměrově stálejší, odolnější povětrnostním vlivům. U varianty D se výše uvedené změny projevují více. 4 Thermowood může být opracován běžným strojním i ručním způsobem. Řezání a frézování je snadnější než u standardního dřeva a kvalitně obrobeného povrchu lze dosáhnout použitím dobře naostřených nástrojů. Tepelně upravované dřevo je náchylnější na vznik trhlin než normální dřevo, protože dřevní elementy jsou tepelnou úpravou nevratným způsobem fixovány. 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. Při lepení Thermowoodu disperzními PVAc lepidly, která jsou ředěna vodou, je vyžadována delší doba fixace spojovaných povrchů. Upravené dřevo špatně pohlcuje vodu a je proto potřebná 3 6 krát delší doba než u neupraveného dřeva. 3 Thermowood - tepelně upravené dřevo - suroviny [online]. [Cit ]. Dostupné z URL: _tw_handbook.pdf [online]. [Cit ]. Dostupné z URL: 24

32 Platí zde základní pravidlo, které říká, že čím silnější je úprava, tím delší je doba potřebná na vytvrzení lepidla. Chemicky vytvrzovaná lepidla, např. polyuretanová nebo na bázi pryskyřic, mohou být použita stejně jako při lepení normálního dřeva. (Král, Hrázský 2005) Modifikované dřevo se v exteriéru chová stejně jako nemodifikované. Působením UV záření, povětrnostních podmínek a deště zešedne a na povrchu se vytvoří prasklinky. Pro uchování barvy a dlouhé životnosti je použití nátěrové hmoty nutné. Navíc thermowood je pro použití nátěrové hmoty velice vhodné, protože u něho dochází k velmi malým rozměrovým změnám a tím se minimalizuje tvorba trhlin v nátěrovém filmu. Snížená absorpce vody prodlužuje čas zasychání vodouředitelných nátěrových hmot. Výrobce doporučuje provádět povrchovou úpravu olejovými nebo vodouředitelnými nátěrovými hmotami. 5 Obvykle s použitím povrchové úpravy s vyšším obsahem pigmentu vzrůstá trvanlivost, ale zakrývá se originální kresba Thermowoodu. Dřevo označené LunaThermo S spadá v rámci odolnosti proti hnilobě do kategorie 3, definované v normě EN 113. Obdobně dřevo označené LunaThermo D patří do kategorie 2, což znamená dobrou odolnost proti hnilobě. Materiál je stejně odolný jako dřevo impregnované mědí. 6 5 Thermowood - tepelně upravené dřevo - doporučení k povrchovým úpravám [online]. [Cit ]. Dostupné z URL: 6 Thermowood - tepelně upravené dřevo - odolnost proti hnilobě [online]. [Cit ]. Dostupné z URL: 25

33 3.8.2 Vzhled Se zvyšující se teplotou, bez ohledu na dřevinu, získává dřevo tmavší odstín. Na obrázku jsou patrné rozdíly mezi neupraveným a upraveným dřevem břízy (vlevo) a borovice. Obrázek 7: Ukázka barevnosti. ( Použití S: nábytek, zahradní nábytek, lavičky do sauny, okenní a dveřní konstrukce, dekorační předměty D: vnější obklady, atria, zahradní nábytek, nábytek, venkovní dveře, okna, vikýře, vybavení saun a koupelen, podlahy, lávky, chodníčky 7 7 Eduard Klamka. Thermowood - tepelně upravené dřevo - klasifikace tepelných úprav [online]. [Cit ]. Dostupné z URL: 26

34 3.9 Vintorg Materiál vintorg byl vyvinut v Austálii. Výchozí surovinou je jiný modifikovaný materiál torgvin, což je mikrovlnně modifikované dřevo s vysokou propustností. Přeměna na vintorg spočívá v impregnaci torgvinu pryskyřicí. Přebytečná pryskyřice se nejprve vytláčí ve studeném lisu a pak následuje lisování v horkém lisu, které pryskyřici vytvrdí. Proces je vhodný i pro malovýrobu (Willert Porada 2006) Vlastnosti Vintorg je materiál, který je možno vytvořit v různých variantách podle potřeby, záleží na použité pryskyřici. Ta má rozhodující vliv na konečné vlastnosti. Przewloka et al. (2006) zkoumal mechanické vlastnosti vintorgu z blahovičníku (Eucalyptus obliqua L Herit) impregnovaného různými pryskyřicemi. Hustota vintorgu se pohybovala mezi kg m -3. Tvrdost podle Janka byla naměřena od 3,4 5 kn v radiálním směru a 4,2 6 kn v tangenciálním směru. Modul pružnosti odpovídal rozmezí GPa a modul pevnosti v ohybu MPa. Vintorg má pevnost srovnatelnou s překližkou, je rozměrově stabilnější, odolný vůči napadení houbami a termity. Výroba je poměrně levná a lze použít i podřadnější dřeviny, obvykle se modifikuje borovice, douglaska, dub, blahovičník a jasan (Willert Porada 2006). Pro impregnaci se používají pryskyřice na podobné bázi jako některá lepidla (izokyanát, melaminmočovinoformaldehyd, Przewloka et al. 2006), lze tedy předpokládat, že s lepením by neměl být problém Vzhled Barva je přírodní, struktura taktéž, ale je doplněná o viditelné kanálky naplněné pryskyřicí, které jdou v radiálním směru. Pryskyřice se vyskytuje vlastně ve všech dutinách a zvýrazňuje tak přírodní strukturu. Změna vzhledu je závislá na její barvě. 27

35 Obrázek 8: Pohled na čelní plochy vintorgu z blahovičníku (Przewloka et al. 2006) Obrázek 9: Zvýrazněná struktura vintorgu ( ) Použití Jak je již výše napsáno, lze připravit materiál na míru. Použití se tedy částečně odvíjí od vlastností použité pryskyřice. Zvýšené pevnosti lze využít pro subtilnější konstrukce nábytku, větší tvrdost je vhodná pro např. desky pracovních stolů, sedací plochy nečalouněného nábytku a podlahové krytiny. Zvýšená biologická odolnost umožňuje využití vintorgu pro výrobu zahradního nábytku. 28

36 3.10 Belmadur Výrobní proces se skládá z úsporné impregnace DMDHEU a zasítění polykondenzační reakcí při zvýšené teplotě. Při výrobě se používá vybavení běžné v dřevozpracujícím průmyslu, není potřeba speciálních zařízení Vlastnosti Řetězce se díky navázání molekuly DMDHEU nepatrně odsunou od sebe, což způsobí drobné nabobtnání dřeva. Zároveň se zvýší hustota a s ní i hmotnost. Tvrdost upraveného dřeva je zvýšená, dle výrobce až dvojnásobně. Na druhou stranu se ale snížila pružnost a přerážecí práce. Je zmenšen maximální průhyb. Pevnost v ohybu se nemění. 9 Je výrazně sníženo bobtnání a sesychání. Výrobce udává až 60% snížení u některých dřevin. Pro použití v exteriéru je vhodné aplikovat nátěrovou hmotu, jinak dochází k zešednutí jako u neupraveného dřeva. Díky zvětšené rozměrové stálosti vydrží nátěrový film na povrchu déle. Opracování je stejné jako u nemodifikovaného dřeva, jen je třeba počítat s vyšší tvrdostí. Problémy nejsou ani s lepením a povrchovou úpravou. Formaldehyd, jenž je součástí impregnace, nemá tendence se uvolňovat. Modifikované dřevo má dokonce nižší VOC oproti nemodifikovanému. 10 Je výrazně zlepšená odolnost vůči biologickým škůdcům. Biologická odolnost se zvyšuje až na třídu 1, které obvykle dosahuje běl (lepší proimpregnovatelnost), jádro je na tom o něco hůře, řadí se do první až druhé třídy odolnosti. Belmadur je tak srovnatelný s odolostí některých tropických dřevin, např. teakem. Je tedy možno použít místních dřevin i na výrobky, pro které se používá exotických dřevin. 8 Belmadur Technology - Wood is impregnated under pressure and crosslinked by drying : BASF Performance Chemicals [online]. [Cit ]. Dostupné z URL: 9 Belmadur Holz: Härter als Eiche dauerhaft wie Teak! [online]. [Cit ]. Dostupné z URL: 10 Sustainable Development : BASF Performance Chemicals [online]. [Cit ]. Dostupné z URL: 29

37 Belmadur neobsahuje žádný biocid. Odolnost je způsobena zesíťováním celulózy s impregnací, čímž se stane dřevo pro houby nepoživatelné Vzhled Barva dřeva se úpravou mění pouze minimálně, stejně jako haptické vlastnosti. Zvýšením tvrdosti se může zdát hladší. Je možné přidat do impregnační látky pigmenty a získat tak dřevo probarvené v celém průřezu Použití Z belmaduru se vyrábí dýhy pro nábytek určený k venkovnímu použití nebo tvarovaných součástí, např. sedadel na autobusových zastávkách. Vybavení do exteriéru jako lavičky v parku, okna apod. 11 BM_03_2009_Mb_ Kantel.pdf [online]. [Cit ]. Dostupné z URL: 30

38 3.11 Kebony Kebony vyrábí stejnojmenná norská společnost. Proces výroby je založen na impregnaci dřeva roztokem furfurylalkoholu a přísad a následným vytvrzením. Proces je časově poměrně náročný, trvá přibližně dva dny. Nejčastěji upravované dřeviny jsou borovice, buk, javor a jasan Vlastnosti Upravené dřevo získá vyšší hustotu, významně ztvrdne a je pevnější. MOR i MOE dosahují vyšších hodnot. Bobtnání a sesychání je přibližně poloviční. Odolnost vůči biotickým škůdcům dosahuje třídy 1. Je obzvláště vhodné do exteriéru, kde nemusí být použita žádná ochrana v podobě nátěru, čímž se minimalizují náklady na údržbu. Žádné škodlivé látky se při používání neuvolňují. 12 Tabulka 3: Ukázka vlastností kebony. ( Jednotka Kebony SYP SYP * (neupravený) Kebony javor Hustota (w=12%) Kg m Tvrdost dle Brinella - 4, ,7 Javor (neupravený) MOR MPa MOE Gpa 15,5 12,5 15,0 11,5 Max. bobtnání % ,7 11 Max. bobtnání při vnitřním použití Třída biologické odolnosti * Southern Yellow Pine % 2 3,8 3 6, enu_web.pdf [online]. [Cit ]. Dostupné z URL: 31

39 Vzhled Pokud povrch nebude upraven žádnou nátěrovou hmotou, za čas získá stříbrnošedou patinu. Jinak se barevná škála upraveného dřeva pohybuje od světle zlatohnědé až po téměř černou. Dřevo je po úpravě vždy tmavší. Textura se nemění. Obrázek 10: Ukázka barevnost modifikovaných dřevin. Zleva borovice, zprava javor a buk, vprostřed dřevo zešednuté vystavením v exteriéru. ( Použití Obklady budov, podlahy, terasy, přístavní mola, mosty, pracovní kuchyňské desky, koupelnový nábytek, střešní krytina, ploty, protihlukové stěny, zábradlí u balkónů, schody, zahradní nábytek, vnitřní vybavení lodí, rozhledny atd. Jednoduše by se dalo říci, že kebony je vhodné použít do prostředí, kde je očekáváno působení vysoké 13, 14 vlhkosti. 13 Kebony Applications [online]. [Cit ]. Dostupné z URL: 14 Kebony ASA [online]. [Cit ]. Dostupné z URL: 32

40 3.12 Indurite Technologie Indurite byla vyvinutá společností Engineered Wood Solutions Ltd z Nového Zélandu. Práva nyní vlastní společnost Osmose. Dřevo se nejprve tlakově naimpregnuje roztokem ve vodě rozpustných polysacharidů a katalyzátorů v autoklávu. Následné sušení, při kterém dojde k vytvrzení, je prováděno hodinu ve 40 ºC a pak se teplota zvýší na 60 ºC po dobu dvanácti hodin (Holland 2005). Technologie je vhodná pro dřeviny s nízkou hustotou a tvrdostí. Musí být dobře impregnovatelné. Nejlépe se osvědčily borovice a topol Vlastnosti Podle Hollanda (2005) dosahuje indurite těchto změn vlastností: hustota se zvyšuje, obvykle je dosahováno třicetiprocentního nárůstu. Větší zvýšení hustoty je v bělové části, která je lépe proimpregnovatelná. Zvýšení hustoty odpovídá hmotnosti dodané látky. Upravené dřevo je až o 90 % tvrdší. Tvrdost se v celém objemu, jako většina ostatních mechanických vlastností, nemění stejnoměrně. Největší zlepšení je dosahováno na okrajových částech, ve středové části o něco méně. Ve srovnání s neošetřenými vzorky bylo dosaženo zvýšení pevnosti v ohybu o 28 % a tuhost byla zvýšena o pozoruhodných 60 %. Dřevo je houževnatější asi o 7 %, což ale může být jen díky přírodní rozmanitosti materiálu a nikoli jen následek úpravy, i když drobný nárůst se předpokládá. Dřevo po úpravě méně pracuje. Borovicové dřevo při měřeních v podmínkách s měnící se vlhkostí vzduchu vykazovalo přibližně o 30 % vyšší stálost a dřevo topolu asi o 22 %. Byla zkoušena lepidla na PVAc a PUR bázi a nebyl stanoven žádný rozdíl mezi upraveným a neupraveným dřevem. Obecně lze říci, že obrobitelnost je zlepšená. Při obrábění Indurite vznikají jemnější piliny a více prachu. To klade větší nároky na ochranu zdraví pracovníků a bezpečnost. Je třeba dostatečného odsávacího zařízení. Zvýšená tvrdost by mohla vést k rychlejšímu otupování nástrojů, ale to se projeví jen při velkých opracovávaných objemech. Stopy po kotouči při řezání nejsou tak výrazné, hrany se méně oštipují. Frézované dřevo má hladší povrch, je redukované vytrhávání při opracování proti vláknům. Při broušení 33

41 může docházet k rychlejšímu zanášení brusných prostředků, což lze vyřešit častějším nebo účinnějším pročišťováním těchto komponent. Modifikovaný materiál je primárně určený do vnitřních prostor, ale lze jej použít i v exteriéru v místech, kde se nepředpokládá dlouhodobější působení vlhka. Lepších výsledků, i když u neupraveného dřeva je tomu naopak, dosahovalo bělové dřevo. Bělové borové dřevo dosahovalo trvanlivost až třídy 1, tj. velmi trvanlivé. Odezva na degradaci různými houbami byla odlišná. Odolnost se pohybovala v rozmezí třetí až první třídy biologické odolnosti. Technologie Indurite dovoluje v případě potřeby modifikovat impregnační látku o přísady, kterými by mohlo upravené dřevo dosahovat vysoké míry trvanlivosti Vzhled Modifikované dřevo si uchová svoji výchozí podobu Použití Materiál Indurite se používá pro výrobu podlah. Zvýšená tvrdost umožňuje použít i měkké dřeviny bez rizika poškození nášlapné vrstvy otisky tvrdých předmětů a nadměrným opotřebováváním. Je vhodný i pro výrobu nábytku nejen do interiéru, ale i zahradního a doplňků. Rozměrovou stálost využijí výrobci oken a dveří. 34

42 3.13 Bendywood, Compwood ohýbatelné dřevo Compwood pochází z Dánska a vyrábí ho maďarská společnost Compwood Products Ltd. Principem výroby a tím ani vlastnostmi se od bendywoodu v podstatě neliší. Modifikované dřevo bendywood má svůj původ v Itálii. Technologie ohýbání za studena je celosvětově patentována italskou firmou Candidus Prugger. Vzniká z hydrotermicky upraveného hranolu průřezu 100 x 120 mm nebo 120 x 120 mm, kdy vstupním materiálem je buk, dub, javor a jasan. Plastifikované dřevo se délkově stlačí o cca 20 %, zafixuje a vysuší. Nakonec je třeba materiál stabilizovat. Zatímco u buku trvá tento stav při teplotě 50 C něco málo přes týden, dub je nutné stabilizovat při normálních podmínkách až 2 měsíce. To je důležitým faktorem při tvorbě ceny (Blažek 2005) Vlastnosti Ohýbací dřevo je určeno pro interiéry. Pro pobyt ve vlhku nemá potřebné vlastnosti, tudíž použití v exteriéru je nevhodné. Tabulka 4: Vlastnosti bendywoodu. ( Bendywood buk Přírodní buk Hustota [kg m -3 ] Stlačení [%] 20 0 MOE při 12% vlhkosti [N mm -2 ] Přerážecí práce [N mm -2 ] MOR [N mm -2 ] Koeficient ohýbatelnosti 1/10 1/45 Je ohybatelné za studena a v suchém stavu (ideálně % vlhkost), ale při ohýbání větších průměrů je vhodné dřevo zvlhčit. Zvlhčení se provádí zabalením do vlhkých textilií. Upravené dřevo lze ohýbat až do maximálního koeficientu ohýbatelnosti 1:10. Tedy lištu s tloušťkou 10 mm lze ohnout v poloměru 100 mm. U dřeva délkově nastaveného zubovým spojem je tento poměr od 1 : 20. Ohýbá se již opracovaný profil. Nejsou třeba žádné speciální nástroje, případně lze použít běžnou ohýbačku na kovové trubky. Ohnutí lze provézt opakovaně. Ohýbání je rychlé, jednoduché a tím se snižují náklady na zhotovení výrobku. Skladovatelnost je neomezená. Vlákna ve dřevě vždy 35

43 kopírují křivku ohybu, což je ideální z pohledu mechanických vlastností i estetiky. Tvrdost je zvýšená. 15 Ohýbací dřevo lze řezat a brousit jako normální dřevo. Při frézování musíme dřevo pevně upnout k vodítku, neboť má snahu vibrovat. Otáčky nástrojů volíme cca o 20 % vyšší, než při zpracování běžného dřeva. Před frézováním by mělo být dřevo vysušeno, protože při opracování vlhkého ohýbacího dřeva se mírně vytrhávají vlákna. Dřevo opracováváme ve směru vláken, nikoliv proti směru. Je třeba mít na paměti, že se dřevo při vysychání smršťuje. Proto se délkově zkracuje na přesný rozměr až po dokonalém vysušení. Také rozměrová stálost je nižší. Při ukotvení k pevnému podloží vruty se doporučuje použít oválných otvorů pro vruty, aby dřevo mohlo pracovat. Po ohnutí je nutno ohýbací dřevo stabilizovat vysušením zpět na vlhkost alespoň 10 %. Je nutno dbát velké opatrnosti při používání nátěrů a lepidel s obsahem vody (dřevo vodu absorbuje a může dojít k tvarovým změnám.). K lepení doporučujeme používat jednosložková polyuretanová lepidla. Vzhledem k tomu, že je modifikace provedena pouze lisováním, se odolnost dřeva vůči biologickým činitelům nikterak nemění Vzhled Barva zůstává nezměněna. Textura je stejná, vlákna mohou být zvlněná Použití Ideální pro řešení běžnými způsoby těžko a draho proveditelných ohybů jako jsou madla na schodišťová zábradlí obloukových a spirálových tvarů, nákližky (hrany) kulatých, oválných a různě zakřivených desek stolů a nábytkových ploch, soklové, podlahové lemovací lišty u zakřivených zdí a kulatých sloupů, zasklívací lišty ve dveřích, oknech, konstrukční tvarové lišty apod [online]. [Cit ]. Dostupné z URL: [online]. [Cit ]. Dostupné z URL: 36

44 3.14 Calignum Výroba materiálu calignum je založená na izostatickém lisování dřeva. K lisování se používají speciální lisy, původně vytvořené pro automobilový a letecký průmysl. Po lisování přichází na řadu impregnace. Možnosti impregnace jsou v tomto případě dvě. Jedna za účelem zvýšení trvanlivosti a odolnosti vůči vodě prováděná olejem a druhá varianta je změna barvy v celém objemu bez stabilizace. 17 NOH - Natural Oil Hardening K impregnaci se používá přírodní tungový olej. Po kompletní penetraci oleje do dřeva je prováděno jeho vytvrzení teplotou zvýšenou na C. Proces je nenáročný na technologické vybavení. Olej je dostupný, poměrně levný, bez nebo pouze s malým zápachem, zdravotně nezávadný a dřevo dostatečně stabilizuje. Impregnované dřevo může být zlikvidováno spálením, aniž by se uvolňovaly toxické zplodiny. ATC - All - through Coloring Pro impregnaci barevnými pigmenty se nejčastěji používá dřevo břízy. Stlačená prkna jsou vkládána do barevných lázní. Během bobtnání je vnitřní buněčná struktura úplně nasycena barvou. Dřevo je tedy ve výsledku probarveno rovnoměrně v celém objemu. Po probarvení je dřevo znovu stlačeno. K změně barvy lisováním nedojde vůbec nebo jen neznatelně. Obrázek 11: Ukázka probarveného dřeva v kombinaci s nebarveným. ( 17 Calignum Technologies AB [online]. [Cit ]. Dostupné z URL: 37