Merkkausvärin kehittäminen Heikki Juhe, 26.1.2011 1. Johdanto JL-tuotteet aloitti keväällä 2010 tutkimus- ja kehitysprojektin, jonka tarkoituksena oli tutkia käytössä olevien merkkausvärien imeytyvyyttä puu materiaaliin ja kehittää entistä parempi merkkausväri. Viimeisien vuosien aikana on alkanut esiintymään tapauksia, joissa merkkausväri on imeytynyt tukin sisään ja näin pilaten puumateriaalia. Sahalaitoksilla tämä on havaittu valmiin sahatavaran tyvien värjäytymisenä. Ongelmaa alettiin tutkia ja merkkausvärin imeytymisestä tehtiin lukuisia kokeita. Tuloksien perusteella lähdettiin etsimään paremmin toimivia komponenttejä merkkausväriin, jotta vastaavaa imeytymistä ei tapahtuisi. Lopulta tarvittavat ja toimivat komponentit merkkausväriin löydettiin. 2. Menetelmät Ensimmäiseksi lähdettiin tutkimaan käytössä olevien merkkausvärien imeytymistä puuhun. Värimerkkausta käytetään enimmäkseen havupuiden merkkauksessa, joten tutkimuksessa käytettävä puumateriaali rajattiin havupuihin. Tutkimusta varten kaadettiin mäntyjä ja kuusia, joihin testaukset tehtiin välittömästi kaadon jälkeen. Kaadetusta puusta merkittiin muistiin niiden ikä kannosta vuosirenkaiden perusteella, läpimitta 1,3m korkeudelta maasta, pituus, kaato päivämäärä, kasvupaikan tyyppi ja syntytapa. Puut numeroitiin ja katkottiin noin 45 senttimetrin pituisiksi pölkyiksi, jotka numeroitiin näytetteiksi tyvipäästä lähtien. Tukkeihin merkkausjälki tehdään tukin latvapäähän, joten tutkimuksessakin merkkaus tehtiin pölkyn latvapäähän. Alustavissa tutkimuksissa ei tehty vertailua aineiden välillä vaan haluttiin vain tutustua ongelmaan, jolloin pölkyn latvapää värjättiin kauttaaltaan tutkittavalla aineella. Alustavissa tutkimuksissa selvisi, että väri imeytyy puun sisälle ja se tulee kunnolla näkyviin halkaistun pölkyn pinnassa vasta noin viikon kuivumisen jälkeen. Kun ongelma oli havaittu, suunniteltiin koejärjestely, jolla voidaan verrata kahden eri aineen imeytymistä samassa pölkyssä. Pölkyn latvapää jaettiin kahteen ympyrän puoliskon muotoisiin alueisiin. Toinen puolisko värjättiin toisella aineella ja toinen toisella. Kuva 1 osoittaa merkkaustavan. Tämän jälkeen pölkkyjen annettiin olla metsässä lähellä kaatopaikkaa olevassa ympäristössä, joka muistuttaisi käytännössä tehtävän metsähakkuun olosuhteita. Kahden viikon
kuluttua pölkyt halkaistiin vastakkaissuuntaisesti kahtia, kuin ne oli jaettu värjäyksessä kahteen osaan. Tällöin halkaistun pölkin toisella puolella on toista ainetta ja puun sydämen toisella puolella toista ainetta. Pölkit halkaistiin kirveellä, koska sirkelillä tms väri voisi levitä puun pintaan terän mukana. Tämäkään ei ole suotavaa, mutta tutkimuksessa keskityttiin imeytymisongelmaan. Halkaisu tapahtui pölkin tyvipäästä, johon kirveellä lyötiin. Tyvipäästä siksi, että kirveen terä ei levittäisi väriä, eikä väärentäisi mittaustuloksia. Kuva 1. Merkitsemistapa Näytteistä mitattiin keskimääräinen imeytyminen pölkyn latvapäästä työntömitalla silmällä arvioimalla, huippu imeytyminen mitattiin siitä kohdasta jossa väriä oli vielä havaittavissa. Imeytymisen tyyppi arvioitiin imeytymis kuvion mukaan. Jos imeytyminen erosi säteen suunnassa ja tämä merkiittiin muistiin. Jokaisesta pölkystä mitattiin myös niiden halkaisija, pituus ja pölkyn ikä latvapäästä. Kuva 2. Mittausmenetelmä
Mahdollista parempaa merkkauväriainetta lähdettiin etsimään kirjallisuudesta ja tutkimaan ongelmaa kirjallisuuden avulla. Ongelman oletettiin olevan ns. väliaineessa eli yleisesti käytössä olevissa glykolissa ja metanolissa. Väliaineelle määriteltiin tiettyjä arvoja, joita sen piti täyttää. Ominaisuuksia olivat: vähintään 40 celsiuksen pakkasen kesto, ympäristöystävällisyys, edullisuus ja käytettävyys käytännössä. Ensimmäiseksi testattiin kahta erilaista suolaliuosta, jotka toimivat imeytymisen kannalta erinomaisesti, mutta eivät soveltuneet käytettäväksi, koska väriaine sakkaantui ajan kuluessa. Tutkimuksen edetessä havaittiin, että imeytyminen riippuu käytettävästä väriaineesta. Jolloin palattiin takaisin tutkimaan erilaisia glykoli- metanoliseoksia eri väriaineilla. Testauksen kautta löysimme sellaisen väriaineen, joka ei imeydy puun sisälle. 3. Tulokset Seuraavassa taulukossa 3 on esitelty kaadetuista puista mitatut ja kirjatut arvot. Puu kohtaiset arvot Laji (1=Mänty, 2=Kuusi) 2 2 2 1 2 2 Puun numero 6 7 8 9 10 11 Läpimitta (cm),(1,3m) 23 12 17,7 12,5 12 12 Pituus (metri) 16,9 9,9 14 7,3 8,8 10,7 Ikä (kanto) 39 59 77 17 67 28 Kaato pvm 22.kesä 22.kesä 22.kesä 22.kesä 18.elo 24.syys Kasvupaikka rehevä kangas/kitu kangas/kitu tuore kangas/kitu kangas Syntytapa Kuva 3. luonnollinen luonnollinen luonnollinen luonnollinen luonnollinen luonnollinen Imeytymistulokset kirjattiin vastaaviin taulukoihin, kuin kuva 4. osoittaa. Niistä laskettiin ja analysoitiin imeytymisen keskiarvot ja huippuimeytymiset. Tässä raportissa on esitetty vain osa tuloksista jotka mitattiin, koska osa mittauksista ei koske nykyistä väriainetta. Entiselle glykolipohjaisille merkkausväreille saatiin imeytymisen keskiarvoksi heti halkaisun jälkeen 5,3cm ja huippuimeytymiseksi 8,36cm. Noin viikon kuluttua halkaisusta tehdyissä mittauksissa tulokset olivat erilaisia, koska puun kuivuessa väriaine konsentroituu halkaistuun pintaan ja tulee paremmin havaittavaksi. Seuraavalla mittauskerralla noin viikon kuluttua halkaisusta glykolipohjaisten merkkausvärien imeytymisen keskiarvoksi saatiin 9,3cm ja huippuimeytymiseksi 17,7cm. Vastaavat arvot metanolipohjaisilla merkkausväreillä olivat: Ensimmäinen mittaus 3,5cm ja 7,8, toinen mittaus 6,2cm ja 12,8cm. Kuvassa 5 on uuden PS- merkintävärin imeytymistietoja. Uuden merkintävärin keskimääräiseksi imeytymiseksi mitattiin 0,35cm. Imeytyminen uudella
aineella on erittäin tasaista eli se ei muodosta piikkimäisiä huippuja imeytymisessään. Uuden aineen imeytymisessä ei havaittu muutoksia ajan kuluessa, vaikka pölkyt olivat halkaistuina. Glykolivärit (punainen) Puu laji 2 2 2 2 Puu numero 1 1 2 2 Näytteen numero 2 1 3 4 Latva/Tyvi T T L L Pölkyn halkaisija (cm) 10,5 11 11,5 11,2 Pölkyn pituus (cm) 46 46,1 44 44 Pölkyn ikä 11 11 12 11 Analyysi pvm. 7.6.2010 7.6.2010 7.6.2010 7.6.2010 Vaikutus aika 8 8 8 8 Keskim. Imeytyminen 3,5 4,6 3,1 4 Huippu imeytyminen 5,1 6,2 4,1 10,3 Imeytymisen tyyppi Imeytyminen reunasta 3,2 3,2 2,8 3 5cm lustot 2. Analyysi pvm. 11.6.2010 11.6.2010 11.6.2010 11.6.2010 Vaikutus aika (vrk) 1:stä anal. 4 4 4 4 Keskim. Imeytyminen 10,3 8 8,3 10,5 Huippu imeytyminen 27,3 14,2 11,7 17,5 Imeytymisen tyyppi Imeytyminen reunasta 2,7 2,8 2,8 2,9 Kuva 4. Imeytymistulokset glykolipohjaisille merkkausväreille
PS-merkkiväri Puu laji 2 2 2 2 Puu numero 11 11 11 11 Näytteen numero 2 4 6 8 Latva/Tyvi L L L L Pölkyn halkaisija (cm) 12,2 11,6 11 10,3 Pölkyn pituus (cm) 48,7 44,5 44,6 45,2 Pölkyn ikä 19 18 17 15 Analyysi pvm. 8.10.2010 8.10.2010 8.10.2010 8.10.2010 Vaikutus aika 14 14 14 14 Keskim. Imeytyminen 0,5 0,4 0,3 0,2 Huippu imeytyminen Imeytymisen tyyppi Tasainen, reuna Tasainen, reuna Tasainen, reuna Imeytyminen reunasta 4,5 3,3 3,5 Tasainen Kuva 5. Nykyisen uuden PS-merkkivärin imeytymistulokset. 4. Johtopäätökset Mitatuista tuloksista nähdään selvästi, että merkintävärien imeytyminen puuhun on todellinen ongelma. Vanhat merkkausvärit ylittävät reilusti arvot, jotka ovat siedettäviä värien imeytymisessä puuhun. Imeytyminen oli runsaampaa nuoremmassa puun solukossa, joka selittyy aspiraatioilmiöstä. Aspiraatiossa vanhat puun sisäosassa sijaitsevat solut sulkeutuvat eivätkä läpäise enää vettä. Tuloksista nähdään kuitenkin että tutkimuksessa on onnistuttu erinomaisesti, koska uuden aineen imeytyminen puuhun oli erittäin vähäistä ja hyväksyttävät arvot reilusti alittavaa. Ratkaisu ongelmiin on uudenlaisen väriaineen käyttö, joka reagoi puumateriaalin kanssa, eikä siten imeydy puuhun. Väliaineena käytettävä metanolin ja glykolin vesiliuos soveltuu käyttötarkoitukseen erinomaisesti, koska se pysyy nestemäisenä jopa -50 celsiuksen lämpötiloissa. Glykolin käyttötarkoituksena liuoksessa on myös toimia voiteluaineena. Tutkimusten perusteella kehitetty uusi merkintäväri ei käytännössä imeydy puuhun lainkaan ja toimii näin erinomaisesti tehtävässä, johon se on tarkoitettu.