A faanyagok modifikációja

A famodifikálási eljárások célja a faanyag tartósságának, mechanikai tulajdonságainak, méretstabilitásának, színének, színtartósságának javítása, és a nedvességre való érzékenység csökkentése. Sorozatunk hatodik részében a faanyagok impregnálással történő modifikációjával, azon belül is a furfurilezéssel foglalkozunk.

AZ ELJÁRÁSRÓL
A faanyagok telítő eljárásokkal történő modifikációja során valamilyen telítő anyagot juttatunk be a faanyagba vákuum és túlnyomás segítségével, ahol ezek az anyagok fixálódnak valamilyen módon. Az ilyen eljárások alapelve, hogy eltömítse a faanyag mikro- és/vagy makropórusait, ezáltal javítva a kívánt faanyagjellemzőket. Az egyik lehetőség a fixálódásra a polimerizáció. Ennek során jellemzően valamilyen monomer vizes diszperzióját juttatjuk be a faanyagba, ahol az végül térhálósodik (pl. műgyanták, furfuril alkohol, szilikonvegyületek).
A másik lehetőség a fixálódásra, hogy a bejuttatott anyag csupán halmazállapotot vált a faanyagban, mégpedig folyékonyból szilárdra. Ez utóbbi jellemző az olajjal és a különböző viaszokkal végzett telítő eljárásokra (az olaj beszáradása, ill. a megolvasztott viasz megszilárdulása
által). A különböző telítő eljárásokat passzív modifikációnak hívjuk, mivel a faanyag kémiai összetételét nem változtatják meg közvetlenül, és az impregnáló anyagok nem lépnek kémiai reakcióba a faanyaggal.

Faanyag-modifikációval foglalkozó sorozatunk legújabb részében a fenti lehetőségek közül a furfuril alkohollal történő modifikációval (furfurilezés) foglalkozunk. Ennek az eljárásnak a külön kezelését indokolja, hogy a telítő eljárások közül ez a legelterjedtebb, és ipari alkalmazással
is rendelkezik. Maga az eljárás nem új keletű, az első próbálkozások az ’50- es években történtek. Ezt követően azonban egészen a ’90-es évekig kellett várni a módszerrel foglalkozó szélesebb körű kutatásokra és az ipari alkalmazásra. Az eljárás nagy előnye, hogy természetes
alapú anyagot használ. A furfuril alkoholt jellemzően kukoricatorzsából vagy a cukornádgyártás melléktermékéből, a kisajtolt cukornádból állítják elő. Ezek az anyagok a bioetanol-gyártás melléktermékei is, így gyakran  a bioetanol-gyártás mellékfolyamataként állítják elő.

Az alkalmazott impregnáló anyagok sokfélék lehetnek:
■ műgyanták (pl. epoxi, melamin-formaldehid, fenol-formaldehid)
■ olajok (elsősorban növényi olajok)
■ viaszok (természetes viaszok, paraffinok)
■ szilikonvegyületek (pl. vízüveg)
■ furfuril alkohol.

A faanyag furfurilezése alapvetően egy hagyományos telítő eljárás, melynek során első lépésként vákuumot alkalmaznak a fa pórusaiban lévő levegő eltávolítására. Ezt követi egy túlnyomásos szakasz, melynek során a furfuril alkohol vizes diszperzióját bejuttatják a faanyagba. Záró lépésként a bejuttatott furfuril alkoholt polimerizálják a faanyagban, magas hőmérséklet (100 °C felett) alkalmazásával. Az utolsó lépéssel egyúttal a faanyag száradása is megtörténik. Ezt követően a faanyag furfurilezése késznek tekinthető, és a faanyag továbbfeldolgozható.

A furfurilezés sematikus ábrája (forrás: kebony.com)

A FURFURILEZETT FAANYAG TULAJDONSÁGAI
A többi modifikációs eljáráshoz hasonlóan a furfurilezés is több faanyagjellemzőre van hatással. A változások nagyságát leginkább a furfurilezés mértéke határozza meg, amit legegyszerűbben a tömegnövekedéssel adhatunk meg. A faanyag furfurilezéssel járó tömegnövekedése általában 30–90% közötti. Minél nagyobb mértékű a tömegnövekedés, annál nagyobb fokú furfurilezettségről beszélhetünk, és ezzel párhuzamosan a faanyag tulajdonságainak változása is egyre nagyobb lesz. Mindenképp figyelmet érdemel, hogy a faanyag térfogata is megnő a furfurilezés hatására. Ez a tömegnövekedés abból adódik, hogy a faanyag megdagad a sejtfalba juttatott furfuril alkoholtól, és mivel ott rögzül a polimerizáció révén, a faanyag duzzadt állapotban marad a kezelés után is.

A mechanikai tulajdonságok többnyire nem változnak vagy kismértékben növekednek. Ez alól kivétel a dinamikus hajlítószilárdság, amely jelentősen, akár 50–60%-kal mérséklődik. További fontos változás, hogy a faanyag ridegebbé válik. Előnyös tulajdonságként jelentkezik azonban, hogy a keménység 50– 100%-kal megnő. A vízzel szembeni viselkedés is jelentősen javul a kezelés hatására. A zsugorodás/dagadás mértéke 40–80%-kal csökken, az egyensúlyi nedvességtartalommal együtt. Szembetűnő változás, hogy a faanyag színe jelentősen
sötétedik, ami a legtöbb esetben esztétikai értéknövekedést is jelent. Az eljárás egyik elsődleges célja a tartósság növelése. A furfurilezés eredményeként a faanyag ellenálló képessége jelentősen megnő farontó gombák, rovarok és tengeri károsítókkal szemben is. Néhány termeszfajjal szemben azonban csak mérsékelten ellenálló a furfurilezett faanyag.

Mobil pavilon furfurilezett elemekből (forrás: http://www.arch2o.com/kreod-kebony)

IPARI ELTERJEDÉSE
A furfurilezés technológiájának ipari termelésbe emelése nem tekint vissza nagy múltra. Az első termelőegységet 2000-ben indították Norvégiában, mindössze néhány ezer köbméteres éves termeléssel. A teljes volumenű termelés 2009-ben indult el 15 000 m3 éves termeléssel, de a gyártóegység kapacitása 25 000 m3. Azóta már tervezik egy újabb berendezés telepítését is, amely kedvező feltételek mellett néhány éven belül megvalósulhat. A termelés kizárólag Norvégiában történik, de a furfurilezett faanyag megjelent a legtöbb európai ország és az USA piacain is. Sajnos azonban az eljárásnak mindmáig ez az egyetlen megvalósult ipari termelőegysége, így a legelterjedtebb modifikációs eljáráshoz, a hőkezeléshez képest jóval kisebb volumenben található meg a piacon a furfurilezett faanyag. A leggyakrabban
felhasznált fafajok az erdeifenyő, a radiátafenyő és a juhar.

FELHASZNÁLÁSA
A furfurilezett faanyagok felhasználási területe elsősorban a kültéri alkalmazásokra terjed ki. Ezek közül a leggyakoribbak a különböző teraszburkolatok, homlokzatburkolatok, kerti/kültéri bútorok, kerítéselemek. Gyakran készítenek belőle mindezek mellett zajvédő falakat, pergolákat, virágládákat, játszótéri elemeket. Felhasználják különböző talajjal, illetve édes vagy sós vízzel érintkező szerkezetek építéséhez. Különleges felhasználási területe a csónakok és vitorlások gyártása. Mindezek mellett azonban beltéri alkalmazásai is ismertek. Leggyakrabban parkettákat készítenek belőle kiemelkedő keménysége, valamint nyílászárókat a fokozott méretstabilitása miatt. A bútorgyártás területén a magas keménysége és kopásállósága, valamint sötétbarna színe miatt kedvelt alapanyag. Emellett felhasználják szerkezeti anyagként is.

Furfurilezett erdeifenyő teraszburkolat (forrás: www.jaf-imholz.de)

ÖSSZEGZÉS
A furfurilezés hatékony alternatívája lehet az elterjedt modifikációs eljárásoknak. Segítségével homogén, kedvező tulajdonságokkal rendelkező faanyag állítható elő. Többek között a fokozott dimenzióstabilitás és a kiemelkedő biológiai tartósság, valamint a jelentősen megnövelt keménység emelhető ki. A technológia nagy előnye, hogy természetes alapú reagenst használ, amely mezőgazdasági melléktermékekből, hulladékokból állítható elő. A furfurilezett faanyag ennek köszönhetően nem jelent környezeti vagy egészségügyi kockázatot a felhasználás és a megsemmisítés során sem. A technológia szélesebb körű terjedése esetén az előállítási költségek jelentős mérséklődése várható. Amennyiben kérdése lenne, forduljon hozzánk bizalommal a nemeth. robert@nyme.hu e-mail címen vagy a +36-99/518-152-es számon.

Dr. Bak Miklós
kutatómérnök, Faanyagtudományi Intézet, NyME, Sopron

Kapcsolódó dokumentum:

Tetszett a cikk?