Modifikace dřeva

Dřevo je obnovitelný zdroj suroviny. Přesto je s ním třeba zacházet tak, aby nám výrobky z něj sloužily co možná nejdéle. K tomu přispívá kromě sušení dřeva také jeho modifikace.¹

Modifikace je způsob úpravy dřeva tak, aby byly zachovány či vylepšeny jeho pozitivní vlastnosti a současně sníženy či úplně eliminovány vlastnosti negativní. Mezi žádoucí vlastnosti patří například jeho pevnost, pružnost a nízká hmotnost. Mezi nežádoucí vlastnosti pak řadíme rozměrovou nestabilitu způsobenou změnou vlhkosti v jeho okolí, náchylnost na biologické poškození, opotřebitelnost apod.²

Vlastnosti dřeva se modifikují především na úrovni buněčné stěny a to zejména úpravou počtu volných hydroxylových skupin. Těmito úpravami se zvyšuje užitná hodnota výrobků ze dřeva a umožňuje jejich využití i tam, kde by to jinak nebylo možné.¹  

Modifikaci můžeme provádět různými způsoby: ²

• působením vysokých teplot,
• chemicky,
• impregnací,
• tlakem,
• mikrovlnným zářením.

Modifikace dřeva není žádnou novinkou dnešní doby, už pravěcí lidé používali tepelnou modifikaci ve formě ohně na opalování hrotů oštěpů, aby déle vydržely.² Naši nedávní předkové zase opalovali konce sloupků od plotů.³ Na počátku dvacátého století byly prováděny první moderní experimenty, při kterých bylo dřevo vystavováno vlivu předehřáté páry.⁴ V poslední době je snaha vyvíjet nové materiály na bázi dřeva s novými a vylepšenými vlastnostmi, jednou z cest je napodobit vlastnosti tropických dřevin.¹

Tepelná modifikace dřeva

Tento způsob úpravy vlastností dřeva probíhá působením vysokých teplot. Při tepelné modifikaci se mění fyzikální vlastnosti dřeva a mechanické vlastnosti dřeva. Dochází k výraznému snížení koeficientu bobtnání a sesychání a mění se i rovnovážná vlhkost dřeva. Tato technologie se nejvíce rozšířila koncem minulého století ve Finsku, kde se začala provádět průmyslově pod známou značkou ThermoWood.³

Účelem tepelné úpravy dřeva je dosažení změn chemických složek ve dřevě (lignin, celulóza, hemicelulózy a doprovodné složky).³ Ty vedou ke zvýšení rozměrové stability, při které se zároveň snižuje navlhavost dřeva, a zlepšení odolnosti vůči biotickým škůdcům. Tepelná úprava se uskutečňuje v teplotním rozsahu 180–260 °C. Při teplotách nižších než 140 °C dochází jen k nepatrným změnám v materiálových vlastnostech, naopak při překročení hranice 300 °C dochází k dramatickému snížení pevnosti a nastává tzv. teplotní degradace. Proto jsou moderní procesy tepelné modifikace dřeva omezeny teplotou 260 °C.⁵

Typickým znakem tepelně modifikovaného dřeva je jeho tmavší barva a změna přirozené vůně.³

Chemická modifikace dřeva

Modifikace acetylací

Acetylace dřeva se provádí pomocí působení chemické látky acetanhydridu. Dochází při ní k chemické reakci volných hydroxylových (-OH) skupin v buněčné stěně. Ukazuje se, že je to jedna z nejlepších metod na zlepšení vlastností výrobků ze dřeva. Ošetřené dřevo je velmi trvanlivé, rozměrově stabilní a odolné vůči UV záření.²

Buněčná stěna je po modifikaci zaplněna chemicky vázanými acetylovými skupinami, které zabírají prostor uvnitř buněčné stěny. Proto je takto modifikované dřevo ve stále nabobtnalém stavu. To může být někdy považováno za nevýhodu, protože může docházet ke zhoršení některých mechanických vlastností.⁵

Modifikace amoniakem

Působením amoniaku (čpavku) dochází ve dřevě ke změnám jeho rovnovážné vlhkosti. U většiny dřevin se zvyšuje i bod nasycení vláken a navlhavost, u některých se pak projeví velké změny v míře sesychání (sesychání dřeva) a bobtnání (bobtnání dřeva). Tyto změny chemického složení dřeva neovlivňují celkovou hustotu a mechanické vlastnosti. Použití čpavku má za následek změnu barvy, dřevo získá po tomto ošetření tmavší odstín. Míra ztmavnutí je závislá na době působení čpavku.²

Modifikace impregnací

Impregnační látky snižují rovnovážnou vlhkost dřeva a zvyšují jeho rozměrovou stálost. Je důležité, aby nezvyšovaly hořlavost, nedegradovaly buněčnou stěnu a byly viskózní, což usnadňuje jejich průnik do dřeva. Podle hloubky průniku impregnační látky do povrchu dřeva jsou rozlišujeme impregnace:

• povrchové (do 2 mm),
• mělké (2–10 mm),
• hloubkové (nad 10 mm).

Aplikace se provádí nátěrem, nástřikem, ponořováním či máčením. U impregnačního procesu se dají měnit tlak a teplota prostředí, impregnační látky (většinou různé typy pryskyřic) a čas.²

Modifikace tlakem

Modifikace tlakem se provádí lisováním dřeva. Při tomto procesu vzniknou působením mechanických sil na dřevo deformace, které jsou většinou trvalého rázu. Následkem slisování dojde ke zvýšení hustoty dřeva, zlepší se jeho mechanické vlastnosti a odolnost vůči

mechanickému poškození. Při lisování nesmí být překročena mez pevnosti dřeva, jinak dojde k porušení buněčné struktury a mechanické vlastnosti se naopak sníží. Lisováním rovnoběžně s vlákny se vyrábí tzv. trvale ohybatelné dřevo známé pod názvem ohýbací dřevo.²

Modifikace mikrovlnným zářením

Mnoho dřevin má nízkou propustnost, což způsobuje komplikace při jejich sušení a impregnaci. Mikrovlnná modifikace se využívá pro zvýšení této propustnosti. Pro úpravu se používá dřevo o vlhkosti více než 35 %, protože voda ve dřevě dobře absorbuje mikrovlnnou energii. Voda se začne velmi rychle zahřívat a změní se v páru. V dřevních buňkách a strukturách vzniká tlak, jehož velmi rychlý nárůst poruší všechna slabší místa v buňkách. Následkem změn ve struktuře je zvýšená propustnost v příčném i podélném směru. Fyzikální i mechanické vlastnosti takto modifikovaného dřeva jsou velmi odlišné. Kromě propustnosti se ovlivní i pevnost, ohebnost, hustota, tepelná vodivost, elektrické a dielektrické vlastnosti.²

Dřevo má široké uplatnění napříč různými obory. Některé jeho přirozené vlastnosti však jeho využití v některých směrech snižuje. Proto je modifikace dřeva důležitým posunem. Výzkum v této oblasti je jednou z cest, jak přispět k udržitelnému rozvoji naší planety. Dřevo jako přírodní, obnovitelný a udržitelný materiál může díky modifikaci přinést nové způsoby jeho zpracování a využití.