Puutuotteiden modifiointi Vaihtoehtoisia ratkaisuja ikkunoiden ulkopuitteisiin, trooppisten kovapuiden käytölle ja kreosoottikyllästykselle Puun käytön laaja-alaistaminen- hankkeen osatutkimus Lieksan Teollisuuskylä Oy Kerantie 26 81720 Lieksa
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 2 Tiivistelmä Hankkeen aikana perehdyttiin useisiin eri modifiointiteknologioihin ja uusiin puutuoteratkaisuihin. Yritysten näkemysten perusteella päätettiin tutkia tarkemmin mäntyöljyyn pohjautuvia modifiointiteknologioita seuraavissa tapauksissa: pylväissä korvaamaan kreosoottia tai minimoimaan biosidien huuhtoumista, terassituotteissa korvaamaan trooppisia kovapuulajeja sekä ikkunan ulkopuitteissa korvaamaan alumiinia. Lisäksi päätettiin tutkia Q-treat käsitellyn puun käyttöä alumiinin korvaajana ikkunan ulkopuitteissa. Alumiini on korvannut puun ikkunoiden ulkopuitteissa seuraavien syiden vuoksi: Alumiinin saatavuus ja tasalaatuisuus ovat nopeuttaneet valmistusprosessia. Alumiininen ulkopuite on huoltovapaa, palamaton ja hinnaltaan kilpailukykyinen. Nykyisin puuta on mahdollista modifioida sään- ja lahonkestäväksi useilla eri vaihtoehdoilla, joissa ei käytetä ympäristölle ja eliöille haitallisia tai vaarallisia, biosideiksi luokiteltuja kemikaaleja. Näitä ovat mm. puun lämpökäsittely, furfulointi, asetylointi, mäntyöljy- tai luonnonöljypohjaiset käsittelyt, kuumavahakäsittelyt, silikaattipohjaiset käsittelyt sekä erilaiset polymeeriteknologioihin perustuvat käsittelyt. Silikaattipohjaiset käsittelyt parantavat yleensä myös puun palonkestoa. Yrityksiä, jotka valmistavat mäntyöljytisleillä tai siihen perustuvilla seoksilla käsiteltyjä puutuotteita ovat mm. suomalainen Ekopine (http://www.ekopine.fi/puunkasittely.htm) ja itävaltalainen Natwood (http://www.natwood.co.at/procedure.html). Silikaattipohjaisia puunkäsittelyratkaisuja tarjoavat mm. StoraEnso (http://www.buildingandliving.storaenso.com/products-and-services/q-treat), amerikkalainen Timbersil (http://www.timbersilwood.com/), ruotsalainen Organowood (http://www.organowood.com/index.php/how-it-works.html) ja saksalainen Keim Biosil System & Ecosil System (https://www.deslinc.com/keim-biosil-system-ecosil-system). Keski-Euroopassa ikkunan ulkopuitteissa käytetään alumiinin vaihtoehtona liimaamalla valmistettuja komponentteja, joiden pintalamellina on mm. Siperian lehtikuusta, tammea, trooppisia puulajeja, asetyloitua puuta tai lämpömodifioitua kuusta tai mäntyä. Laboratoriokokeissa testattiin Ruping-prosessia boorihappo-vesi kyllästeelle. Kokeet osoittivat, että boorihappo-vesiseoksella on mahdollista käyttää onnistuneesti Ruping-prosessia. Menetelmän etuna Bethell-prosessiin on se, että näin käsitelty puu voitiin kyllästää heti uudestaan esimerkiksi mäntyöljyllä. Normaalilla Bethell-prosessilla käsitelty puu täytyy kuivata ennen kuin se voidaan kyllästää uudelleen. Koekappaleista tutkittiin mäntyöljyn kykyä vähentää kuparin ja boorin huuhtoumista. Tulosten perusteella mäntyöljy hidastaa selvästi sekä kuparin että boorin huuhtoutumista pois puusta. Myös Temiz (2007) on havainnut saman asian, mutta hän käytti perinteistä Bethell-prosessia ennen mäntyöljykäsittelyä. Tämän tutkimuksen tulos osoittaa, että Ruping-prosessilla voidaan nopeuttaa huomattavasti prosessia ja saavuttaa näin kustannusetuja. Puhdasta mäntyöljymodifiointia testattiin ikkunoiden ulkopuitteissa, pylväissä ja terassituotteissa. Käsitellyn puun väri oli vaalean ruskea, mutta muuttui säärasituksessa nopeasti tumman ruskeaksi tai harmaaksi. Pylväiden osalta käsittely onnistui hyvin ja lopputuotteen laatu vastasi vaatimuksia. Ikkunoiden ulkopuitteissa testattiin mäntyöljykäsitellyn männyn lisäksi Q-treat käsiteltyä mäntyä, oli käsitelty Uimaharjun sahalla prosessilla, jossa painotetaan lopputuotteen lahonkestävyysominaisuuksia. Molempien tuotteiden höyläys, liimaus ja pintakäsittely sujui ongelmitta. Mäntyöljykäsitellyt aihiot kestivät hyvin vesiliotusta ja säärasitusta, mutta aikaisemmissa tutkimuksissa on havaittu, että mäntyöljyn tihkuu puun
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 3 pintaan lämpötilavaihteluiden seurauksena vertikaalirakenteissa. Ilmiötä ei havaittu tässä tutkimuksessa, mutta ennen kaupallistamista asia tulee testata laajemmin. Q-treat käsiteltyjen ulkopuitteiden väri oli kauniin tumman ruskea. Halkeilua ja vedenimeytymistä esiintyi Q-treatilla enemmän kuin mäntyöljyllä, joten käsittelyvoimakkuutta tulee säätää siten, että tuotteen säänkesto-ominaisuudet paranevat. Halkeilu näyttää keskittyvän modifioitujen lamellien välisen liimasauman kohdalle eli syy suuremmassa halkeilussa lienee liimasauman pettäminen, jota on syytä tutkia lisää. Mäntyöljypohjaisella seoksella käsiteltyä puuta voidaan hyödyntää monissa eri puutuotteissa: pylväiden ja ratapölkkyjen käsittelyssä, terassituotteissa, laitureissa ja ikkunoiden ulkopuitteissa. Paras tulos lahonkestävyyden kannalta saadaan, jos pylväs tai ratapölkky käsitellään ensiksi boori- ja tai kupariseoksella ja mäntyöljyä käytetään estämään näiden aineiden huuhtoutumista pois puusta. Tämän tutkimuksen perusteella pylväiden esikäsittely boori-vesiseoksella voidaan toteuttaa Ruping-prosessilla normaalin Bethell-prosessin sijaan. Näin säästetään aikaa ja kustannuksia, sillä Ruping prosessin jälkeen ei tarvita erillistä kuivausta, vaan mäntyöljykäsittely voidaan tehdä heti boorikäsittelyn jälkeen. Mikäli kreosootin käytöstä ollaan luopumassa kokonaan, niin tässä tutkimuksessa aloitettuja kokeita on syytä jatkaa ja kehittää edelleen. Mäntyöljy- ja silikaattipohjaiset puutuoteratkaisut voivat korvata alumiinin ikkunan ulkopuitteissa. Korkea lämpötila voi laskea erityisesti puun leikkauslujuutta sekä Q-treat että mäntyöljypohjaisissa käsittelyissä. Tutkimustietoa tarvitaan vielä ainakin siis seuraavista asioista: Painotetaanko puumateriaalin modifioinnissa säänkestoa, vedenhylkivyyttä vai lahonkestoa? Miten onnistuu puumateriaalin liimaus ja pintakäsittely, jos vedenhylkivyyttä lisätään? Erilaisilla mäntyöljy- tai muilla biopohjaisilla öljyillä, vahoilla ja polymeereilla sekä käyttämällä OHT-prosessia voidaan valmistaa puutuotteita, joiden vedenhylkivyys on erittäin hyvä. Öljyjen, vahojen ja polymeerien (esim. muovit) käytössä on huomioitava niiden ikääntyminen/vanhentuminen UV-säteilyn, hapettumisen, happohydrolyysin ja biologisen toiminnan sekä lämpötilavaihteluiden seurauksena. Pakkanen tai erittäin korkea lämpötila voi olla muovimaisille polymeereille erittäin kohtalokasta, vaikka niillä saadaan erittäin vedenhylkiviä tuotteita. Lisäksi perinteinen, teollisuusmittakaavan Ruping ja OHT-laitteisto maksaa useita miljoonia euroja, jonka vuoksi kannattavan liiketoiminnan volyymiksi on arvioitu noin 10 000 m3 valmista tuotetta. Tämän vuoksi jatkotutkimuksissa tulee olla mukana useita eri tuotevaihtoehtoja, jotta näin suuri volyymi voidaan valmistaa ja myydä: Ikkuna-aihiot sekä kohteet, joissa käytetään trooppisia kovapuulajeja, pylväät, ratapölkyt ja pengerrystuotteet sekä aitaustuotteet, meluesteet jne. Toisaalta, jos laitteistoista saadaan yksinkertaisempia ja edullisempia, niin kaupallinen toiminta voidaan aloittaa huomattavasti pienemmillä yksiköillä. Ruping ja OHT-laitteistojen ja prosessien kehitystyöhön tulisi myös panostaa jatkossa.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 4 Sisältö 1. Johdanto 2. Aineisto ja menetelmät 3. Taustamateriaalia 4. Mäntyöljytutkimukset 3.1 Kreosoottikyllästyksen nykytilanne ja tarve uusille ratkaisuille 3.2 Nykyiset ulkopuiteratkaisut ikkunoissa ja tarve uusille ratkaisuille 3.3 Kartoitetut modifiointiteknologiat 4.1 Koemateriaalien valmistus ja testaus 4.2 Tulokset mäntyöljytutkimuksista 4.2.1 Kyllästyskokeiden tulokset 4.2.2 EN84 huuhtoumakokeet tulokset ja vertailu aikaisempiin tutkimuksiin 5. Alumiinin korvaus ikkunan ulkopuitteissa modifioidulla puulla 5.1 Aineisto ja menetelmät 5.2 Tulokset ulkopuitekokeista 6. Tulosten tarkastelu ja vertailu aikaisempiin tutkimuksiin 7. Johtopäätökset 8. Jatkotoimenpiteet Kirjallisuus Liitteet 5 5 6 6 6 7 8 8 9 9 16 19 19 23 24 26 27 28 29
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 5 1. Johdanto Puun Käytön laaja-alaistamishankkeen tavoitteena oli kartoittaa uusia puutuoteratkaisuja ja puun modifiointiteknologioita seuraavasti: - millaisia tuotteita, mihin käyttötarkoituksiin, tärkeimmät ominaisuudet ja testaustiedon hankinta mm. palon- tai termiitinkestosta - valmistusteknologiat eli millaisilla koneilla, laitteilla ja prosesseilla tuotteita valmistetaan - sivutuoteasiat eri ratkaisuilla - Uusiin tuotteisiin ja järjestelmäkokonaisuuksiin sekä modifiointiin liittyvät kohdemarkkinoiden ja valmistusmaan vaatimat hyväksynnät, vaatimukset, määräykset ja asiakastarpeet - Kootun tiedon analysointi Lieksan Teollisuuskylä Oy:n ja yritysverkoston käyttöön eli raportti liiketoimintamallivaihtoehdoista 2. Aineisto ja menetelmät Hankkeen aikana perehdyttiin useisiin eri modifiointiteknologioihin ja uusiin puutuoteratkaisuihin. Samalla kartoitettiin käyttökohteita, joihin yritystyöryhmän näkemyksen mukaan tarvitaan uusia, vaihtoehtoisia puutuoteratkaisuja. Näistä yritystyöryhmä valitsi potentiaalisimmat kohteet ja ratkaisut, joiden tarkasteluun ja tutkimuksiin kohdistettiin hankkeen resursseja. Hankkeen tutkimusten tavoitteena oli, että lopputuloksena on joukko tutkimuksia ja liiketoimintamalleja, joiden perusteella yritykset saavat tietoa liiketoimintansa kehittämiseksi. Hankkeen resurssit päätettiin suunnata seuraaviin kohteisiin: Nykyistä edullisempien ja parempien palosuojattujen puutuotteiden tutkimiseen Vaihtoehtoisen puumateriaalin löytämiseen ikkunoiden ulkopuitteisiin korvaamaan alumiinin ja trooppisten kovapuulajien käyttöä Vaihtoehtoisen käsittelymenetelmän löytämiseksi pylväiden kreosoottikyllästykselle Yritysten näkemysten perusteella päätettiin tutkia tarkemmin mäntyöljyyn pohjautuvia modifiointiteknologioita seuraavissa tapauksissa: pylväissä korvaamaan kreosoottia tai minimoimaan biosidien huuhtoumista, terassituotteissa korvaamaan trooppisia kovapuulajeja sekä ikkunan ulkopuitteissa korvaamaan alumiinia. Lisäksi päätettiin tutkia Q-treat käsitellyn puun käyttöä alumiinin korvaajana ikkunan ulkopuitteissa sekä mahdollisuuksia valmistaa nykyistä edullisempia ja ominaisuuksiltaan parempia palosuojattuja sisä- ja ulkoverhoustuotteita. Tässä raportissa näistä käydään läpi mäntyöljyyn liittyvät tutkimukset sekä alumiinisen ulkopuitteen korvaamiseen liittyvät testit ja tutkimukset. Luvussa 3 esitetään taustatietoja siitä, miksi hankkeessa päädyttiin tutkimaan edellä mainittuja asioita. Palosuojauksesta on laadittu erillinen raportti kts. http://puunkaytto.lieksada.fi/aineistot.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 6 3. Taustamateriaalia 3.1 Kreosoottikyllästyksen nykytilanne ja tarve uusille ratkaisuille EU:ssa kreosoottia koskevat hyvin tarkat käyttörajoitukset ja turvallisuusohjeet. EU:n direktiivissä 2001/90/EY määrätään, että kreosootilla käsiteltyä puuta saa käyttää ainoastaan ammatti- ja teollisuuskohteisiin, kuten sähkö- ja telelinjoihin ja aitaamiseen. Tällä hetkellä kreosoottia saadaan käyttää pylväiden ja ratapölkkyjen kyllästyksessä vuoteen 2018 saakka. Kreosootin lisäksi pylväissä ja kestopuutuotteissa käytetään kupari- ja booriyhdisteitä, jotka toimivat myös hyvin lahottajasieniä ja termiittejä vastaan, mutta niiden ongelmana osittainen huuhtoutuminen pois puusta ajan myötä. Koska pylväissä ja ratapölkyissä tavoitellaan mahdollisimman hyvää lahonkestoa ja pitkää käyttöikää, on tärkeää, että kupari- ja booriyhdisteet sitoutuvat puuhun mahdollisimman hyvin. Huuhtoutumisen vuoksi suojauksen taso heikkenee lahoa ja termiittejä vastaan. Kyllästysaineiden huuhtoumista voidaan vähentää mm. pintakäsittelyllä tai Royal-öljykäsittelyllä. Normaalit pintakäsittelyaineet ja Royl-öljy eivät kuitenkaan juuri paranna puun lahonkestävyyttä ja termiittisuojauksen tasoa, sillä niillä ei ole biosidisiä vaikutuksia. Mäntyöljyllä on sen sijaan havaittu selkeä vaikutus sekä lahottajasieniä että termiittejä vastaan. 3.2 Nykyiset ulkopuiteratkaisut ikkunoissa ja tarve uusille ratkaisuille Kuvassa 1 on esitetty poikkileikkaus ikkunasta, jossa ulkopuite on alumiinia. Alumiini on korvannut puun ikkunoiden ulkopuitteissa seuraavien syiden vuoksi: - Tuotantotekniset asiat eli saatavuus ja tasalaatuisuus ovat nopeuttaneet valmistusprosessia - Pitkät huoltovälit ja varma säänkesto - Palamattomuus - Hinta
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 7 Kuva 1. Poikkileikkaus ikkunasta, jossa ulkopuite on alumiinia. Mutta alumiinin käyttö ikkunoissa ei ole täysin ongelmatonta, koska se heikentää ikkunan energiatehokkuutta. Alumiininen ulkopuite johtaa paremmin lämpöä kuin puu, jolloin ikkunan energiatehokkuus heikkenee. Koska rakentamista ohjataan nykyisin koko ajan entistä energiatehokkaammaksi, niin puun käyttö ikkunan ulkopuitteessa on jälleen kiinnostava vaihtoehto. http://www.holz-schiller.de/?p=waermegedaemmt_kantel&s=profi&l=en. Lisäksi keski- Euroopassa on kuluttajia, jotka ovat valmiita maksamaan kestävästä ja laadukkaasta puu-ikkunasta. Alumiinin valmistuksessa kuluu huomattavan paljon enemmän energiaa kuin puun valmistuksessa. Jotta uudella puutuoteratkaisulla voidaan korvata alumiini ikkunan ulkopuitteessa, niin kokonaan puusta valmistetun ikkunan on täytettävä seuraavat ehdot: 1. Ikkunan energiatehokkuus on parempi kuin ikkunan, jossa käytetty alumiinia. 2. Ikkunan hinta on samalla tasolla kuin ikkunan, jossa on käytetty alumiinia. Käytännössä modifioidun puu-ulkopuiteaihion kuutiohinnan tulisi olla maksimissaan noin 1 000 /m3. 3. Puuikkunan ulkopuitteen sään-, lahon- ja palonkesto on parempi kuin männyn sydänpuulla. Tämä tarkoittaa sitä, että huoltovälit esim. maalauksen suhteen ovat nykyistä pidemmät. 3.3 Kartoitetut modifiointiteknologiat Nykyisin puuta on mahdollista modifioida sään- ja lahonkestäväksi useilla eri vaihtoehdoilla, joissa ei käytetä ympäristölle ja eliöille haitallisia tai vaarallisia, biosideiksi luokiteltuja kemikaaleja. Näitä ovat mm. puun lämpökäsittely, furfulointi, asetylointi, mäntyöljy- tai luonnonöljypohjaiset käsittelyt, kuumavahakäsittelyt, silikaattipohjaiset käsittelyt sekä erilaiset polymeeriteknologioihin perustuvat käsittelyt. Silikaattipohjaiset käsittelyt parantavat yleensä myös puun palonkestoa. Yrityksiä, jotka valmistavat mäntyöljytisleillä tai siihen perustuvilla seoksilla käsiteltyjä puutuotteita ovat mm. suomalainen Ekopine (http://www.ekopine.fi/puunkasittely.htm) ja itävaltalainen Natwood (http://www.natwood.co.at/procedure.html). Silikaattipohjaisia puunkäsittelyratkaisuja tarjoavat mm. StoraEnso (http://www.buildingandliving.storaenso.com/products-and-services/qtreat), amerikkalainen Timbersil (http://www.timbersilwood.com/), ruotsalainen Organowood (http://www.organowood.com/index.php/how-it-works.html) ja saksalainen Keim Biosil System & Ecosil System (https://www.deslinc.com/keim-biosil-system-ecosil-system). Keski-Euroopassa ikkunan ulkopuitteissa käytetään alumiinin vaihtoehtona liimaamalla valmistettuja komponentteja, joiden pintalamellina on mm. Siperian lehtikuusta, tammea, trooppisia puulajeja, asetyloitua puuta tai lämpömodifioitua kuusta tai mäntyä. Kuvassa 2 on ikkunan ulkopuite, jonka ulkopuitteessa on pienen alumiinilistan lisäksi käytetty liimaamalla valmistettua lamellia, jonka ulkokerros lämpömodifioitua kuusta. Katso myös http://www.holzschiller.de/?p=waermegedaemmt_kantel&s=profi&l=en. Trooppisten puulajien (esim. tiikki, merbau ja mahonki) käyttö ikkunoissa on kyseenalaistettu, koska ne lisäävät sademetsien hakkuita.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 8 Kuva 2. Ikkunan ulkopuite, jonka ulkopuitteessa on pienen alumiinilistan lisäksi yksi lamellikerros lämpömodifioitua kuusta. 4. Mäntyöljytutkimukset 4.1 Koemateriaalien valmistus ja testaus Taulukossa 1 on esitetty yhteenveto koekyllästyksistä ja tehdyistä käsittelyistä. Koekyllästykset tuottivat materiaalia pintakäsittely, liimaus- ja huuhtoumakokeisiin. Mäntyöljyseokseksi valittiin Forchemin mäntyöljyseos. Pylväiden C-kyllästykset toteutettiin PrimaTimberin kyllästämöllä Joensuussa normaalilla Bethellprosessilla. Vesipohjaisilla kyllästeillä käytetään yleensä Bethell-prosessia, jolla pyritään maksimoimaan vesipohjaisen kyllästeen maksimaalinen tunkeuma ja pitoisuus puussa. Koska kyllästyksen mukana puuhun imeytyy vettä jopa 800 litraa kuutiolle, niin tuotteen kuivuminen vie aikaa. Tämän vuoksi vesipohjaisia kyllästeitä ja Bethell-prosessia käytetään yleensä pylväissä ja kestopuutuotteissa, koska niitä ei tarvitse yleensä kuivata kyllästyksen jälkeen. Tuote kuivuu luonnollisesti asennusympäristössä. Osa pylväistä esikäsiteltiin vesipohjaisella booriseoksella Ruping-prosessia hyödyntäen Kymenlaakson ammattikorkeakoulun kyllästyslaboratoriossa. Tavoitteena oli tutkia, että voidaanko Ruping-kyllästyksen jälkeen pylväät käsitellä välittömästi perään mäntyöljyllä. Ruping-prosessien jälkeen pylväät sisälsivät vähemmän vettä kuin Bethell-prosessin jälkeen, jonka vuoksi mäntyöljykäsittely onnistui tyydyttävästi heti boorilla tehdyn Ruping kyllästyksen jälkeen.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 9 Taulukko 1. Yhteenveto koekyllästysmateriaaleista ja tehdyistä käsittelyistä. Puutavara Käsittelymenetelmät EN84 koepalat (15*25*50 mm) - Boorikyllästys Ruping (10% liuos) -Esikäsittely boori-ruping (10% liuos) + mäntyöljykyllästys 125 kg/m3 Aitapaalu 120 mm - Boorikyllästys Ruping (10% liuos) - C-kyllästys - Puhdas mäntyöljykyllästys 175 kg/m3 -Esikäsittely boori-ruping (10% liuos) + mäntyöljykyllästys 125 kg/m3 - C-kyllästys+Taapelikuivaus C-kyllästyksen jälkeen + mäntyöljykyllästys 125 kg/m3 Terassin runkotavara 48*98 mm - Boorikyllästys Ruping (10% liuos) -Puhdas mäntyöljykyllästys 100 kg/m3 -Esikäsittely boori-ruping (10% liuos) + mäntyöljykyllästys 100 kg/m3 Ulkopuiteaihio 19*100 mm -Puhdas mäntyöljykyllästys 50 kg/m3 (liimataan 48*48 mm) Ulkopuiteaihio massiivinen -Puhdas mäntyöljykyllästys 175 kg/m3 Terassilauta 28*120 mm - Boorikyllästys Ruping (10% liuos) -Puhdas mäntyöljykyllästys 50 kg/m3 -Esikäsittely boori-ruping (10% liuos) + mäntyöljykyllästys 50 kg/m3 4.2 Tulokset mäntyöljytutkimuksista 4.2.1 Kyllästyskokeiden tulokset Koekyllästysten erätiedot on esitetty liitteessä 1 ja pienten EN 84 koepalojen sekä vertailukappaleidein tiedot on esitetty liitteessä 2. Liitteessä 3 on esitetty niiden koepalojen valmistustiedot, jotka lähetettiin pitoisuusanalyysin Novalab Oy:lle heti kyllästyksen jälkeen. Liitteessä 4 on esitetty niiden koepalojen valmistustiedot, joille tehtiin EN84 huuhtoumakoe ennen lähetystä pitoisuusanalyysin Novalab Oy:lle. Kuvassa 3 on pylväitä heti boori-ruping kyllästyksen jälkeen (erä 2) ja kuvassa 4 on terassin runkotavaraa heti boori-ruping kyllästyksen jälkeen (erä 5). Kuvassa 5 näkyy boorisakkaa, jota on vain sydänpuun kohdalla. Kuvassa 6 on katkaistun pylvään pää, josta näkyy hyvin boorikyllästeen tunkeuma pintapuuhun. Kuvissa 7 ja 8 on mäntyöljyllä käsiteltyjä pylväitä. Kaikkien pylväiden ulkonäkö oli erinomainen kyllästyksen jälkeen. Mäntyöljykyllästettyjen terassituotteiden ulkonäkö oli erinomainen heti kyllästyksen jälkeen (kuvat 9 ja 10). Pintakuivuuden varmistamiseksi tuotteet jälkikäsiteltiin Höljäkkä Oy:n kyllästämöllä (kuva 11). Tunkeumatuloksia on nähtävissä kuvissa 12, 13 ja 14. Kuvissa boorin tunkeuma pintapuuhun näkyy punaiseksi värjäytyneenä, C-kyllästeen siniseksi värjäytyneenä ja mäntyöljyn ruskeaksi värjäytyneenä pintapuun alueella. Tunkeumatulosten perusteella boorin tunkeuma pintapuuhun ei ollut täydellistä boori-ruping esikäsittelyn jälkeen, mutta mäntyöljykäsittelyn yhteydessä myös boorin tunkeuma parani. Mäntyöljy tunkeutui pääsääntöisesti hyvin männyn pintapuuhun, vaikka osa materiaalista oli esikäsitelty C-kyllästeellä ja boorilla.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 10 Kuva 3. Pylväitä heti boori-ruping kyllästyksen jälkeen (erä 2). Kuva 4. Terassin runkotavaraa heti boori-ruping kyllästyksen jälkeen (erä 5).
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 11 Kuva 5. Katkaistun pylvään pää, josta näkyy hyvin boorikyllästeen tunkeuma pintapuuhun. Kuva 6. Mäntyöljyllä käsiteltyjä pylväitä (erä 11). Kuva 7. Mäntyöljyllä käsiteltyjä pylväitä (erä 13).
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 12 Kuva 8. Sahatavaralla esiintyi boori-ruping kyllästyksen jälkeen boorisakkaa, jota oli vain sydänpuun kohdalla. Kuva 9. Mäntyöljykyllästettyjen terassituotteiden ulkonäkö oli erinomainen heti kyllästyksen jälkeen.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 13 Kuva 10. Mäntyöljykyllästettyjen terassituotteiden ulkonäkö oli erinomainen heti kyllästyksen jälkeen. Kuva 11. Pintakuivuuden varmistamiseksi tuotteet jälkikäsiteltiin Höljäkkä Oy:n kyllästämöllä.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 14 Kuva 12. Boorin tunkeuma pintapuuhun erässä 2 eli pelkän boori-ruping käsittelyn jälkeen. Boorin pitoisuus on voimakkainta punaiseksi värjäytyneellä alueella pintapuussa. Kuva 13. Boorin ja mäntyöljyn tunkeuma pintapuuhun erässä 2 eli koepylväille tehtiin ensiksi boori- Ruping käsittely, jonka jälkeen pylväät käsiteltiin mäntyöljyllä. Boorin pitoisuus on voimakkainta punaiseksi värjäytyneellä alueella pintapuussa. Mäntyöljy tunkeuma näkyy ruskeana pintapuussa.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 15 Kuva 14. C-kyllästeen ja mäntyöljyn tunkeuma pintapuuhun erässä 2 eli koepylväille tehtiin ensiksi boori-ruping käsittely, jonka jälkeen pylväät käsiteltiin mäntyöljyllä. C-kyllästeen pitoisuus on voimakkainta siniseksi värjäytyneellä alueella pintapuussa. Mäntyöljy tunkeuma näkyy ruskeana pintapuussa. 4.2.2 EN84 huuhtoumakokeet tulokset ja vertailu aikaisempiin tutkimuksiin Taulukossa 2 on esitetty yhteenveto EN84 huuhtoumakokeen tuloksista. Pelkällä boorilla käsitellyissä kappaleissa oli booria heti kyllästyksen jälkeen 7,1 g/kg ja EN84 huuhtoumakokeen jälkeen booria oli 0 g/kg. Boori+mäntyöljyllä käsitellyissä kappaleissa oli booria heti kyllästyksen jälkeen booria 5,0 g/kg ja EN84 kokeen jälkeen alle booria oli 0,029 g/kg. Pelkällä kuparikyllästeellä käsitellyissä kappaleissa oli heti kyllästyksen jälkeen kuparia 2,9 g/kg ja EN84 kokeen jälkeen kuparia oli 3 g/kg. Kupari+mäntyöljyllä käsitellyissä kappaleissa oli kuparia heti kyllästyksen jälkeen kuparia 2,2 g/kg ja EN84 kokeen jälkeen alle kuparia oli 2,1 g/kg. Kuvassa 15 näkyy C-kyllästettyjä EN84 huuhtoumakoekappaleita.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 16 Taulukko 2. Yhteenveto EN84 huuhtoumakokeen tuloksista. Kyllästys Kuparipitoisuus ennen EN 84 huuhtoumakoetta (g/kg) Kuparipitoisuus EN 84 huuhtoumakokeen jälkeen (g/kg) Pelkkä C-kylläste 2,9 3 C-kylläste + mäntyöljy (mäntyöljyn pitoisuutta ei voitu mitata punnitsemalla, koska koepalojen paino väheni kuumassa öljykäsittelyssä eli niitä poistui enemmän vettä kuin niihin meni öljyä) 2,2 2,1 Booripitoisuus ennen EN 84 huuhtoumakoetta g/kg Booripitoisuus EN 84 huuhtoumakokeen jälkeen g/kg Pelkkä Boorihappo kylläste 7,1 0 Boorihappokyllästys + mäntyöljy 93 kg/m3 5 0,029 Kemirakonsepti Trimetyyliboraatti+luonnonhartsi 10 kg/m3 7,69 0,41 *Maakosketuksissa booripitoisuuden tulisi olla vähintään 0,332 g/kg. NZS 3640:2003. Kuva 15. C-kyllästettyjä EN84 huuhtoumakoekappaleita. Tämän testin perusteella kupari näyttäisi pysyvän puussa ilman mäntyöljyäkin. Tutkimussarjoja oli vain kuitenkin yksi eli toistoja ei ollut. Koska muiden tutkimusten mukaan kuparia huuhtoutuu pois puusta EN84 kokeen jälkeen, niin kyseessä on joko analyysivirhe tai sitten puhtaan kuparin huuhtoumakoesarjassa oli kuparia jostain syystä enemmän kuin referenssisarjassa. Boori taas huuhtoutuu kokonaan pois ilman mäntyöljyä. Myös mäntyöljyllä käsitellyillä kappaleilla boorin huuhtouma oli suuri, mutta puuhun jäi booria. Puhdasta
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 17 booria oli jäljellä puussa 0,029 g/kg huuhtoumakokeen jälkeen. Tämä tarkoittaa, että puhdasta booria olisi puussa noin 0,014 kg/m3 (480 kg/m3*0,029 g). Lahonsuojauksessa boorin pitoisuus ilmoitetaan boorihappona. Huuhtoumakokeen jälkeen puhdasta booria oli mäntyöljykäsitellyissä kappaleissa puussa (EN84 koekappaleissa) 0,029 grammaa per puukilo. Yhdestä grammasta puhdasta booria saadaan boorihappoa 5,714 g (kts http://www.greenfacts.org/en/boron/toolboxes/1.htm). Boorihappona tämä on 5,714*0,029 = 0,166 g boorihappoa per puukilo eli 0,08 kg/m3, kun männyn kuivapainona käytetään 480 kg/m3. Taulukossa 3 on esitetty dioktaboraatin pitoisuusrajoja eri lahottajasieniä vastaan (Lloyd et al. 1999). EN113 kokeen perusteella dioktaboraattia tarvitaan vähintään 0,76 kg/m3, jotta lahonkestoluokka 1 saavutetaan. Kun dioktaboraatti 0,76 kg/m3 muutetaan puhtaaksi boorihapoksi, niin sen määrä on boorihappona 0,91 kg/m3. Jotta tässä tutkimuksessa olisi päästy ko. raja-arvoon, niin booria olisi pitänyt jäädä puuhun 10 kertaa enemmän EN84 huuhtoumakokeen jälkeen (boorihappoa jäi puuhun tässä tutkimuksessa 0,08 kg/m3 EN84 huuhtoumakokeen jälkeen). Mäntyöljyä oli huuhtoumakappaleissa 93 kg/m3, joka ei tämän tutkimuksen perusteella riitä ehkäisemään riittävästi boorin huuhtoutumista. Tämä on yllättävä tulos, sillä Kemiran kehittämässä konseptissa EN84 huuhtoumakokeen jälkeen booria jäi puuhun 0,41 g/kg. Boorihappona tämä on 5,714*0,41 = 2,343 g boorihappoa per puukilo eli 1,18 kg/m3, kun männyn kuivapainona käytetään 480 kg/m3. Huuhtoumista ehkäisevänä aineena oli luonnonhartsia vain noin 10 kg/m3. Ennen EN84 huuhtoumakoetta booria oli puussa 7,69 g/kg eli 3,69 kg/m3. (Kokko Matti, 2010. Kymenlaakson ammattikorkeakoulu. Puutekniikka. Booripohjaisen kyllästysaineen huuhtoutumisen tutkiminen.) Taulukko 3. Dioktaboraatin pitoisuusrajoja eri lahottajasieniä vastaan (Lloyd et al. Remedial timber treatment with borates. Proceedings of 3rd conference on urban pests, 1999). Koska mäntyöljyn pitoisuutta mahdollista nostaa sekä koostumusta parantaa, niin on mahdollista, että riittävä vaikutus boorin huuhtouman ehkäisyyn saadaan ko. konseptilla. Lisäksi tulee
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 18 huomioida, että myös mäntyöljy suojaa puuta, jolloin boorin määrän ei tarvitse olla niin suuri kuin alla olevissa taulukossa. Uudessa Seelannissa pitoisuuden alaraja on 0,8% puun kuivapainosta eli noin 3,84 kg/m3 heti kyllästyksen jälkeen, kun kyllästyksen jälkeen tuotteet pintakäsitellään kts taulukko 4. Taulukko 4. Puunsuoja-aineiden pitoisuuksien alarajoja Uudessa Seelannissa.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 19 5. Alumiinin korvaus ikkunan ulkopuitteissa modifioidulla puulla 5.1 Aineisto ja menetelmät Mäntyöljyllä modifioitu testimateriaali 19*100 mm mänty valmistettiin KyAMK:ssa Ruping/OHTmenetelmällä 125 asteen lämpötilassa (kts liite 1, erä 20). Silikaattipohjaiseen käsittelyyn valittiin materiaaliksi StoraEnson Q-treat materiaali 19*100 mm mänty, joka oli käsitelty Uimaharjun sahalla prosessilla, jossa painotetaan lopputuotteen lahonkestävyysominaisuuksia. Höyläys-, liimaus-, pintakäsittely ja säärasitustestien (Cold Check) koemateriaalin valmistusperiaate on esitetty kuvassa 16. Lisäksi modifioidun materiaalin halkeilualtiutta (19*100 mm) testattiin vesiupotuskuivauskokeessa. Kuvassa 17 on massiivinen koemateriaalia höylättynä ja kuvassa 18 vasemmalla lakattuna ja oikealla maalattuna. Kuvassa 19 näkyy Cold check koemateriaalin liimauskoe MFliimalla. Kuva 16. Höyläys-, liimaus-, pintakäsittely ja säärasitustestien koemateriaalin valmistusperiaate.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 20 Kuva 17. Oikealla normaali mänty, keskellä mäntyöljyllä modifioitu ja vasemmalla Q-treat koemateriaali. Kuva 18. Koemateriaalia 17*95 mm vasemmalla lakattuna ja oikealla maalattuna.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 21 Kuva 19. Koemateriaalin liimaus aihioiksi 48*58 mm Cold check testiä varten. Kuva 20. Cold check testin koemateriaali valmiina (6 h vesiliotus +23 C, 16 h pakastus -18 C, 24 h uunitus +60 C). Numerossa 1 on ulommainen lamelli mäntyöljykäsitelty ja kaksi sisimmäistä on normaalia mäntyä. Numerossa 2 on kaksi ulommaista lamellia mäntyöljykäsitelty ja sisimmäinen on normaalia mäntyä. Numerossa 3 on ulommainen lamelli Q-treat käsitelty ja kaksi sisimmäistä on normaalia mäntyä. Numerossa 4 on kaksi ulommaista lamellia q-treat käsitelty ja sisimmäinen on normaalia mäntyä. Numero 5 on sisäpuite, joka on valmistettu normaalista männystä.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 22 5.2 Tulokset ulkopuitekokeista Höyläys, liimaus (MF-liima) ja pintakäsittely (Teknos ikkunamaali) sujui ongelmitta sekä mäntyöljyettä Q-treat modifioidulla ulkopuiteaihioilla. Massiivisille 17*95 mm kappaleille tehdyssä vesiupotus-kuivauskokeessa parhaiten menestyi mäntyöljyllä käsitellyt kappaleet. Lakatuissa kappaleissa erot olivat pienet, mutta maalatuissa kappaleissa sekä Q-treat käsitelyllä männyllä ja käsittelemättömällä männyllä esiintyi selvää halkeilua ja maalipinnan lohkeilua kts kuva 21. Cold check-testissä lamelleista liimatuilla ulkopuitteissa halkeilua esiintyi eniten lamelleissa, joita ei modifioitu. Ulkopuitteissa, joissa oli kaksi modifioitua lamellia, esiintyi halkeilua enemmän kuin ulkopuitteissa, joissa oli yksi modifioitu lamelli. Halkeilu näyttää keskittyvän näissä puitteissa liimasauman kohdalle eli syy suuremmassa halkeilussa lienee liimasauman pettäminen modifioitujen lamellien välillä. Kuvassa 23 vasemmalla ulkopuiteaihiot (mäntyöljy 1 lamelli, 2 lamellia normaali mänty) ja oikealla ulkopuiteaihiot (mäntyöljy 2 lamellia, 1 lamelli normaali mänty) Cold check-vanhennuksen jälkeen. Kuvassa 23 vasemmalla ulkopuiteaihiot (Q-treat 1 lamelli, 2 lamellia normaali mänty) ja oikealla ulkopuiteaihiot (Q-treat 2 lamellia, 1 lamelli normaali mänty) Cold check-vanhennuksen jälkeen. Kuva 21. Alarivissä massiiviset 17*95 mm kappaleet, jotka vanhennettu vesiupotuksessa ja kuivaamalla. Ylärivissä refenssikappaleet.
Laatija: Hannu Boren, Borenova Oy 23 Kuva 22. Vasemmalla ulkopuiteaihiot (mäntyöljy 1 lamelli, 2 lamellia normaali mänty) ja oikealla ulkopuiteaihiot (Mäntyöljy 2 lamellia, 1 lamelli normaali mänty) Cold check-vanhennuksen jälkeen. Kuva 23. Vasemmalla ulkopuiteaihiot (Q-treat 1 lamelli, 2 lamellia normaali mänty) ja oikealla ulkopuiteaihiot (Q-treat 2 lamellia, 1 lamelli normaali mänty) Cold check-vanhennuksen jälkeen. 6. Tulosten tarkastelu ja vertailu aikaisempiin tutkimuksiin Laboratoriokokeissa testattiin Ruping-prosessia boorihappo-vesi kyllästeelle. Kokeet osoittivat, että boorihappo-vesiseoksella on mahdollista käyttää onnistuneesti Ruping-prosessia. Menetelmän etuna Bethell-prosessiin on se, että näin käsitelty puu voitiin kyllästää heti uudestaan esimerkiksi mäntyöljyllä. Normaalilla Bethell-prosessilla käsitelty puu täytyy kuivata ennen kuin se voidaan kyllästää uudelleen. Koekappaleista tutkittiin mäntyöljyn kykyä vähentää kuparin ja boorin huuhtoumista. Tulosten perusteella mäntyöljy hidastaa selvästi sekä kuparin että boorin huuhtoutumista pois puusta. Myös Temiz (2007) on havainnut saman asian, mutta hän käytti perinteistä Bethell-prosessia ennen mäntyöljykäsittelyä. Tämän tutkimuksen tulos osoittaa, että Ruping-prosessilla voidaan nopeuttaa huomattavasti prosessia ja saavuttaa näin kustannusetuja.