ไม้ที่ผ่านการปรับปรุงด้วยความร้อน
ไม้ที่ผ่านการปรับปรุงด้วยความร้อนคือไม้ที่ผ่านการบำบัดด้วยความร้อนซึ่งได้รับการปรับปรุงโดยกระบวนการไพโรไลซิส แบบควบคุม โดยการให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงกว่า180 °Cใน บรรยากาศที่ปราศจาก ออกซิเจน กระบวนการนี้จะเปลี่ยนโครงสร้างทางเคมีของ ส่วนประกอบผนังเซลล์ของไม้ ได้แก่ ลิกนินเซลลูโลสและเฮมิเซลลูโลสซึ่งจะลดความสามารถในการดูดซับความชื้นและเพิ่มความเสถียรของขนาด[ 1 ]ปริมาณออกซิเจนต่ำจะป้องกันไม่ให้ไม้ไหม้ที่อุณหภูมิสูงเหล่านี้ เทคโนโลยีที่แตกต่างกันหลายอย่างใช้สื่อที่แตกต่างกัน รวมถึงก๊าซไนโตรเจน ไอน้ำ และน้ำมันร้อน กระบวนการทั้งหมดจะลดความแข็งแรงและความเหนียวของไม้ แปรรูปที่ผ่านการบำบัด ลงในระดับหนึ่ง
กระบวนการดัดแปลง
ในปี ค.ศ. 1946 กรมป่าไม้ของสหรัฐอเมริกาได้ทำการทดลองที่ประสบความสำเร็จเพียงบางส่วน โดยการแช่ไม้ในโลหะผสมเหลว (สังกะสี ตะกั่ว และแคดเมียม) เพื่อผลิต ผลิตภัณฑ์ ที่ทนความร้อนได้ (ซึ่งเสนอให้ตั้งชื่อว่าสเตย์วูด ) และได้ข้อสรุปว่า:
"ความร้อนแห้งสามารถช่วยให้ไม้คงรูปทรงและต้านทานการผุพังได้ในระดับที่น่าพอใจ ซึ่งสามารถทำได้ในช่วงอุณหภูมิและระยะเวลาที่หลากหลาย โดยระยะเวลาในการให้ความร้อนจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น การบำบัดด้วยความร้อนนี้ทำให้สูญเสียคุณสมบัติความแข็งแรงอย่างมาก โดยเฉพาะความเหนียวและความต้านทานการสึกหรอ เมื่อไม้ถูกให้ความร้อนใต้พื้นผิวของโลหะหลอมเหลว การสูญเสียความแข็งแรงเพื่อประสิทธิภาพในการป้องกันการหดตัวจะน้อยกว่าเมื่อให้ความร้อนในอากาศ การสูญเสียความแข็งแรงยังคงมากเกินไปที่จะทำให้วิธีนี้เป็นวิธีการที่ใช้ได้ผลในเชิงพาณิชย์ในการทำให้ไม้คงรูปทรง ยกเว้นบางทีสำหรับการใช้งานที่ผิดปกติบางอย่างที่ความแข็งแรงมีความสำคัญค่อนข้างน้อย" [ 2 ]
กระบวนการปรับเปลี่ยนความร้อนของไม้ที่ถูกอัดด้วยแรงดันที่มีปริมาณความชื้นปานกลางได้รับการอธิบายไว้ในบทความของ Burmester ในปี 1973 [ 3 ]
ปัจจุบันมีกระบวนการปรับปรุงคุณสมบัติทางความร้อนที่แตกต่างกันห้าแบบ ฟินแลนด์ผลิตThermowoodหรือที่รู้จักกันในชื่อPremium woodฝรั่งเศสใช้กระบวนการ Les Bois Perdure Retification เนเธอร์แลนด์ใช้กระบวนการ Plato ในขณะที่เยอรมนีใช้การบำบัดด้วยความร้อนจากน้ำมัน กระบวนการ Westwood และกระบวนการ AlphaInterloc เป็นเทคโนโลยีการประมวลผลที่เป็นกรรมสิทธิ์ในสหรัฐอเมริกา[ 1 ]
คำอธิบายกระบวนการ
สามกระบวนการดำเนินการในขั้นตอนเดียว โดยใช้น้ำมัน (การบำบัดด้วยความร้อนจากน้ำมัน) ไนโตรเจน (ไม้ Reti) และไอน้ำ (Le-Bois Perdure) [ 1 ]กระบวนการ Thermo wood ประกอบด้วยการอบแห้ง การบำบัดด้วยความร้อน และสุดท้ายคือการทำให้เย็น/ปรับสภาพ ซึ่งใช้เวลาสูงสุด 72 ชั่วโมง[ 4 ]กระบวนการ Plato ประกอบด้วยไฮโดรเทอร์โมไลซิส การอบแห้ง และการปรับสภาพ ซึ่งอาจใช้เวลาสูงสุด 7 วัน เวลาที่ต้องการขึ้นอยู่กับชนิดของไม้ ความกว้าง และปริมาณความชื้นเริ่มต้น[ 5 ]
กระบวนการเวสต์วูด
Westwood เป็นกระบวนการปรับเปลี่ยนความร้อนที่ทันสมัยที่สุด ซึ่งได้รับการจดสิทธิบัตรในปี 2547 กระบวนการนี้ได้รับการพัฒนาขึ้นครั้งแรกสำหรับการบำบัดไม้เนื้อแข็ง ซึ่งมีความซับซ้อนมากกว่าไม้เนื้ออ่อนเนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีเชิงความร้อนที่เกิดขึ้นในไม้เนื้อแข็งระหว่างการบำบัดด้วยความร้อน ระบบควบคุม Westwood ที่ทำงานอัตโนมัติอย่างสมบูรณ์ช่วยให้สามารถจัดการการบำบัดด้วยความร้อนของไม้เนื้อแข็งและไม้เนื้ออ่อนทุกชนิดได้[ 6 ]
กระบวนการอัลฟาอินเตอร์ล็อก
กระบวนการ AlphaInterloc เป็นกระบวนการเทอร์โมเคมีขั้นสูง ปฏิกิริยาคายความร้อน ซึ่งเป็นกรรมสิทธิ์ระหว่างการยื่นขอจดทะเบียนและลิขสิทธิ์ในปี 2022 กระบวนการนี้ใช้กระบวนการเทอร์โมกลไกเฉพาะทาง กระบวนการ AlphaInterloc เป็นเทคโนโลยีสีเขียวโดยสมบูรณ์[ 7 ]
เรติฟิเคชั่น
Retification หมายถึงคำภาษาฝรั่งเศสrétificationซึ่งเป็นการรวมคำของréticulation (การสร้างพันธะเคมีระหว่างโซ่พอลิเมอร์) และtorréfaction (การคั่ว) ไม้ในกระบวนการนี้ต้องมีปริมาณความชื้นไม่เกิน 12% ซึ่งสามารถทำได้โดยกระบวนการอบแห้งแบบง่ายๆ จากนั้นไม้จะถูกวางไว้ในบรรยากาศไนโตรเจนสูงที่มีปริมาณออกซิเจนไม่เกิน 2% [ 8 ]กระบวนการ Perdure ค่อนข้างคล้ายกับ retification แต่จะรักษาอุณหภูมิของไม้ไว้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า[ 9 ]
เทอร์โมวูด
ThermoWood เป็นวัสดุไม้ที่ผ่านการดัดแปลงด้วยความร้อนโดยใช้ความร้อนและไอน้ำในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนต่ำ กระบวนการนี้จะเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของไม้ ส่งผลให้คุณสมบัติทางกายภาพและเชิงกลเปลี่ยนแปลงไป[ 10 ] [ 11 ]การดัดแปลงด้วยความร้อนโดยทั่วไปจะช่วยเพิ่มความเสถียรของขนาด ลดปริมาณความชื้นสมดุลและเพิ่มความต้านทานต่อการผุพังทางชีวภาพ ในขณะเดียวกันก็ทำให้วัสดุมีสีที่สม่ำเสมอมากขึ้น[ 12 ]อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้อาจลดคุณสมบัติเชิงกลบางอย่าง เช่น ความแข็งแรงในการดัดงอและความต้านทานต่อการแตก ขึ้นอยู่กับสภาวะการบำบัด[ 13 ]
กระบวนการ ThermoWood ระดับอุตสาหกรรมที่แท้จริงได้รับการพัฒนาขึ้นในฟินแลนด์ในช่วงทศวรรษ 1990 กระบวนการนี้ได้รับการจดสิทธิบัตร ThermoWood เป็นเครื่องหมายการค้าจดทะเบียนที่เป็นกรรมสิทธิ์ของสมาคม ThermoWood ระหว่างประเทศ และสิทธิ์ทางกฎหมายในการใช้เครื่องหมายการค้า ThermoWood เป็นของสมาชิก[ 14 ]สมาคมกำหนดมาตรฐานการบำบัดหลายประเภท ได้แก่ Thermo-S (ความเสถียร) และ Thermo-D (ความทนทาน) ซึ่งสอดคล้องกับช่วงอุณหภูมิและลักษณะการทำงานที่แตกต่างกัน[ 15 ]
ในการใช้งานทางอุตสาหกรรม พารามิเตอร์การบำบัดอาจถูกปรับเปลี่ยนได้ขึ้นอยู่กับการใช้งานขั้นสุดท้ายที่ต้องการ และผลิตภัณฑ์ไม้ที่ผ่านการปรับปรุงด้วยความร้อนทั้งหมดไม่ได้ถูกจัดอยู่ในประเภท Thermo-S และ Thermo-D อย่างเคร่งครัดเสมอไป
คุณลักษณะของไม้ที่ผ่านการปรับปรุงด้วยความร้อน
ข้อได้เปรียบหลักคือไม้เนื้ออ่อนสามารถนำไปใช้ในงานที่ต้องการความทนทานสูงได้ ความทนทานระดับ 1–3 ตามมาตรฐานยุโรป EN 350-2 สามารถทำได้จากไม้เนื้ออ่อนที่ไม่ทนทาน (ระดับ 5) [ 16 ]
ข้อเสียหลักคือความแข็งแรงจะลดลงเนื่องจากอุณหภูมิสูง โดยทั่วไปความแข็งแรงในการดัดจะลดลงถึง 30% และจะลดลงมากขึ้นที่อุณหภูมิสูงขึ้น[ 17 ]
ความต้านทานทางชีวภาพต่อจุลินทรีย์และแมลงบางชนิด (ไม่ใช่ทั้งหมด) ได้รับการปรับปรุง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการสลายตัวของสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOC) คุณสมบัติต้านจุลินทรีย์ของไม้ก็อาจลดลงได้เช่นกัน[ 18 ] การหดตัวและการขยายตัวลดลงถึง 50–90% [ 19 ]ไม้ที่ผ่านการบำบัดจะมีสีเข้มขึ้นเล็กน้อย
โดยหลักการแล้ว กระบวนการอบด้วยความร้อนสามารถทำได้กับไม้ทุกชนิด
ความพร้อมของเทคโนโลยี
ไม้ที่ผ่านการปรับปรุงด้วยความร้อนไม่ได้เป็นเพียงหัวข้อทางวิชาการในปัจจุบัน การบำบัดไม้ด้วยความร้อนได้เข้ามาสู่ตลาดมาหลายปีแล้ว ในสหรัฐอเมริกา ไม้ที่ผ่านการปรับปรุงด้วยความร้อนได้รับการบุกเบิกโดย Igor Shternberg (Danchenko) ซึ่งบริษัท Westwood ของเขาเป็นบริษัทแรกในประเทศที่เริ่มการผลิตไม้แปรรูปที่ผ่านการปรับปรุงด้วยความร้อนในระดับอุตสาหกรรมในปี 2550 นอกจากนี้ยังมีการมีส่วนร่วมทางอุตสาหกรรมในการวิจัยและพัฒนาสถาบันวิจัยทรัพยากรธรรมชาติแห่งมหาวิทยาลัยมินนิโซตา ดุลูธ มีเตาอบขนาดนำร่องเพื่อวิจัยประสิทธิภาพของการปรับปรุงด้วยความร้อนในพันธุ์ไม้ของมินนิโซตาเพื่อขยายตลาดไม้[ 20 ]
ในอุตสาหกรรมการผลิตกีตาร์ กระบวนการนี้เรียกว่า "การอบด้วยความร้อน" "การอบ" และ "การคั่ว" เป็นต้น[ 21 ]ผู้ผลิตกีตาร์บางรายเริ่มใช้แผ่นเสียงกีตาร์อะคูสติกและแผ่นเฟร็ตบอร์ดกีตาร์ไฟฟ้าที่ผ่านการอบด้วยความร้อนเพื่อช่วยป้องกันการบิดงอและการแตกร้าวที่มักเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงความชื้นตามฤดูกาล[ 22 ]ประโยชน์รองลงมาคือ กีตาร์อะคูสติกมักจะมีเสียงเหมือนเครื่องดนตรีที่ผ่านการใช้งานมานานและมีคุณภาพดีกว่ากีตาร์ที่ไม่ได้รับการดัดแปลงด้วยความร้อน ดูเพิ่มเติมได้ที่หัวข้อTonewood: Preparation
บริษัทหลักในอุตสาหกรรม
ในยุโรป การผลิตไม้ที่ผ่านการปรับปรุงด้วยความร้อนในเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ในเอสโตเนีย เอสโตเนียตั้งอยู่ใกล้กับผู้ผลิตเตาเผาความร้อนรายใหญ่ของฟินแลนด์ ในขณะที่ค่าแรงและค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานต่ำกว่าในฟินแลนด์หรือประเทศสแกนดิเนเวีย ผู้ผลิตไม้ที่ผ่านการปรับปรุงด้วยความร้อนรายใหญ่ 3 รายของเอสโตเนียเกิดขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1990 ได้แก่ Brenstol OU, Tre-Timber OU และ Ha-Serv บริษัททั้ง 3 แห่งมุ่งเน้นการจัดหาวัสดุสำหรับห้องซาวน่าและพื้นภายในสำหรับตลาดฟินแลนด์ โดย Brenstol เชี่ยวชาญด้านไม้เนื้อแข็ง และ Tre-Timber เชี่ยวชาญด้านไม้เนื้ออ่อน ในช่วงต้นทศวรรษ 2000 Brenstol ได้ซื้อ Tre-Timber ทำให้กลายเป็นผู้ผลิตไม้ที่ผ่านการปรับปรุงด้วยความร้อนรายใหญ่ที่สุด[ 23 ]
ในช่วงเวลาประมาณนั้น ตลาดสำหรับไม้ที่ผ่านการปรับปรุงด้วยความร้อนขยายตัวอย่างมากจากการใช้งานแบบดั้งเดิมในวัสดุซาวน่า ไปสู่ผลิตภัณฑ์ภายนอก เช่น พื้นระเบียง[ 24 ]และวัสดุปิดผนัง[ 25 ] ในขณะที่ Ha-Serv ยังคงมุ่งเน้นไปที่ตลาดซาวน่าของฟินแลนด์เป็นหลัก Brenstol ได้ก่อตั้งแบรนด์ Thermory และเริ่มส่งออกไปทั่วยุโรปและญี่ปุ่น และ Thermory ได้กลายเป็นแบรนด์ไม้ที่ผ่านการปรับปรุงด้วยความร้อนที่เป็นที่รู้จักมากที่สุดในภูมิภาคเหล่านี้[ 26 ]ตลาดสำหรับผลิตภัณฑ์ภายนอกที่ผ่านการปรับปรุงด้วยความร้อนเติบโตอย่างรวดเร็วมาก เนื่องจากผู้บริโภคชาวยุโรปมองหาทางเลือกอื่นแทนไม้เขตร้อนจากเอเชีย แอฟริกา และอเมริกาใต้มากขึ้นเรื่อยๆ ผู้ผลิตชาวตุรกี Nova Wood ก็เริ่มผลิตไม้ที่ผ่านการปรับปรุงด้วยความร้อนและกลายเป็นผู้เล่นรายย่อยในตลาดยุโรป
ในปี 2555 Brenstol ได้ก่อตั้งบริษัทในเครือในสหรัฐอเมริกา Thermory USA และเริ่มขยายตลาดทั่วโลกอย่างแข็งขัน แบรนด์ Thermory ได้รับการยอมรับอย่างดีในสหรัฐอเมริกาและแคนาดา และได้จัดส่งไปยังกว่า 55 ประเทศทั่วโลก[ 27 ]ในปี 2559 รายได้ของ Thermory อยู่ที่ 29 ล้านยูโร โดยมีกำไร 1.8 ล้านยูโร[ 28 ]
ผู้ผลิตรายย่อยในท้องถิ่นยังคงเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในแต่ละภูมิภาค แต่มีอุปสรรคสูงในการเข้าสู่ตลาดไม้ที่ผ่านการปรับปรุงด้วยความร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับไม้เนื้อแข็งที่ผ่านการปรับปรุงด้วยความร้อน อุปกรณ์การปรับปรุงด้วยความร้อนที่เหมาะสมมีราคาแพงมาก นอกจากนี้ เนื่องจากเทคโนโลยีนี้ยังไม่เป็นที่รู้จักดี จึงมีข้อมูลสาธารณะเกี่ยวกับตารางการอบแห้งน้อยมาก และผู้ผลิตไม้ที่ผ่านการปรับปรุงด้วยความร้อนรายใหม่จำนวนมากประสบ ปัญหาข้อบกพร่องในการอบแห้ง การเปลี่ยนสี ความเปราะ การทำงานผิดปกติของอุปกรณ์ (รวมถึงไฟไหม้) และไม่สามารถได้รับคะแนนความทนทานสูงที่ผู้ผลิตที่มีชื่อเสียงมากกว่า เช่น Brenstol (Thermory) ทำได้ ในปี 2018 Thermory ได้ซื้อ Ha-Serv และกลายเป็นผู้นำตลาดในกลุ่มไม้ที่ผ่านการปรับปรุงด้วยความร้อน[ 29 ]
การวิจัยล่าสุดเกี่ยวกับกระบวนการปรับเปลี่ยนด้วยความร้อนแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนสีของไม้ในระหว่างการบำบัดด้วยความร้อนนั้นไม่จำเป็นต้องนำไปสู่ความทนทานและเสถียรภาพ: ปฏิกิริยาที่รับผิดชอบต่อการเปลี่ยนสีในระหว่างการปรับเปลี่ยนนั้นแตกต่างจากปฏิกิริยาที่รับผิดชอบต่อความทนทาน ไม้สีน้ำตาลทั้งหมดไม่ควรได้รับการพิจารณาว่าได้รับการปรับเปลี่ยนด้วยความร้อนอย่างแท้จริง[ 30 ]
การวิจัยที่กำลังดำเนินอยู่
มีการวิจัยอย่างต่อเนื่อง[ 31 ]เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการทางอุตสาหกรรมและพารามิเตอร์ต่างๆ ในการผลิตและพัฒนาการใช้งานสำหรับไม้ชนิดนี้ นอกจากนี้ยังมีการวิจัยเพื่อค้นหากระบวนการอบความร้อนไม้แบบใหม่ แม้กระทั่งพยายามผสมผสานกระบวนการดัดแปลงไม้ที่แตกต่างกัน
AlphaInterloc เป็นบริษัทที่ดำเนินการด้านวิศวกรรมกระบวนการและการออกแบบอุปกรณ์ในปัจจุบันในสหรัฐอเมริกา อเมริกาเหนือ[ 7 ]
ดูเพิ่มเติม
- ไม้อะเซทิเลต - อีกกระบวนการหนึ่งในการเพิ่มความทนทานของไม้ โดยใช้วิธีการทางเคมีแทนการใช้ความร้อน
- ไม้ ที่ผ่านกระบวนการเฟอร์ริเลชัน - กระบวนการทางเคมีอีกรูปแบบหนึ่งเพื่อเพิ่มความทนทานของไม้
- ยากิสึกิ