A faanyagok kémiai modifikációja - Acetilezés

A famodifikálási eljárások célja a faanyag tartósságának, mechanikai tulajdonságainak, méretstabilitásának, színének, színtartósságának a javítása, és a nedvességre való érzékenység csökkentése. Sorozatunk kilencedik részében ennek kémiai úton történő megvalósításával foglalkozunk, azon belül is az acetilezési eljárással.

Ablak acetilezett fából (forrás: Accoya)

AZ ACETILEZÉSRŐL

Ebben a cikkben az acetilezési eljárásról lesz szó, melynek során valamilyen anhidridet használnak reagensként. Ipari szinten az ecetsavanhidrid használata terjedt el, azonban más vegyszerekkel is elvégezhető az acetilezés, ám ezek általában mérgező, magas költségű és / vagy nehezen kezelhető anyagok.

Az acetilezés mechanizmusa (forrás: Accoya)

Az acetilezési eljárás folyamata (forrás: Accoya)

Az ecetsavanhidrid egy színtelen, szúrós szagú folyadék, amely víz hatására hidrolizál és ecetsavra bomlik. Az acetilezéshez saválló berendezés használata elengedhetetlen.

Az ipari eljárás során ecetsavanhidriddel és más adalékanyagokkal impregnálják a faanyagot, majd felfűtik, végül szárítják és hűtik. A kezelés hatékonyságát számos tényező befolyásolja, mint a faanyag (impregnálhatóság, nedvességtartalom, méretek), a reakció közege (reagens típusa, halmazállapota), folyamatparaméterek, illetve az utókezelés módja.

AZ ACETILEZETT FAANYAG TULAJDONSÁGAI

A fában található hidroxil csoportok teszik lehetővé, hogy a faanyag nedvesség- és páratartalom-változás hatására zsugorodik-dagad, változtatja az alakját. Az acetilezés során az ecetsavanhidrid reakcióba lép a faanyaggal, melynek következtében a hidroxil csoportok egy része acetil csoportokra cserélődik ki, illetve melléktermékként ecetsav keletkezik.

Emiatt van az acetilezett faanyagnak jellegzetes ecetszaga. A sejtfalak megduzzadnak a kezelés következtében, míg a sejtüregek üresek maradnak.

Ablak acetilezett fából (forrás: Accoya)

A kezelés hatására megnő a faanyag dimenzióstabilitása, csökken a nedvességtartalma és a vízfelvevő képessége. A reagens felvétele és beépülése következtében a faanyag mérete és tömege kis mértékben növekszik (max. 20%). A mechanikai tulajdonságok eltérően változnak fafajtól függően, de általánosságban elmondható, hogy a nyomószilárdság, keménység nő, míg az ütő-hajlító szilárdság, rugalmasság nem változik vagy csökken.

Szilárdságát vízzel való érintkezés, áztatás esetén nagymértékben megőrzi. Az acetilezett faanyag megmunkálhatósága, felületkezelhetősége nem változik a természetes faanyagéhoz képest. A jobb dimenzióstabilitásnak köszönhetően a fedőfestékek, lakkok nem peregnek le úgy, mint a kezeletlen faanyag esetében. A gomba- és rovarállóság nagymértékben növekszik, eléri akár a legmagasabb tartóssági osztályt is.

A faanyag színe fafajtól függően eltérő mér tékben változik a kezelés hatására: a Radiáta fenyő színe szinte nem változik, míg a legtöbb lombos fafaj kisebb-nagyobb mértékben elsötétedik. Az időjárás-állóságát is javítja a faanyagnak, azonban nem ajánlott felületkezelés nélkül kültérre tenni, ugyanis előbb-utóbb az acetilezett fa is elszürkül.

Kilenc és fél évnyi kitettség után sem kellett az acetilezett faanyagot újrafesteni (forrás: SHR, Hollandia)

Az acetilezés nemcsak a felületen, hanem teljes keresztmetszetben és hosszban történik, így egy viszonylag homogén szerkezetű és tulajdonságú termék hozható létre belőle. A kezelés hatása végleges, nem visszafordítható, nincs veszélye kimosódásnak. Mivel természetes anyagot használnak a kezelés során (ami amúgy is előfordul a faanyagban), a létrejött termék nem mérgező, nem veszélyes sem az emberre, sem a környezetre nézve, és teljes mértékben újrahasznosítható, mely különösen fontos a fenntartható fejlődés érdekében.

Kiváló tartóssága és alacsony karbantartási igénye lehetővé teszi, hogy felvegye a versenyt a trópusi fafajokkal, a WPC-vel, a PVC-vel vagy az alumíniummal.

IPARI ELTERJEDÉSE

A faanyag acetilezésével már több mint 80 éve foglalkoznak a kutatók. 1928-ban jelent meg az első publikáció, amiben ecetsavanhidriddel kezeltek faanyagot. Ettől kezdve számos kísérletet hajtottak végre, különböző anhidridek és katalizátorok alkalmazásával. A gombákkal és a nedvességgel szembeni ellenálló képesség növekedését felismerték, majd később célzottan javították.

Többen is kísérletet tettek az acetilezett faanyag piacra vitelére. Az 1960–70-es években az Egyesült Államokban (Koppers 1961), majd a Szovjetunióban (Otlesnow és Nikitina 1977) is megpróbálták beindítani a gyártást, azonban ezek hamar megszűntek a rossz költséghatékonyság miatt.

Az 1990-es évekig több japán kezdeményezés is történt az acetilezett faanyag ipari elterjedésének irányában (Daiken Wood Industry: α Wood, Tokiwa Industry: EX Wood, Matsushita Denko: Mu-Tech Wood), de ezek is mind kudarcot vallottak a rossz gazdasági helyzet és a famodifikálás iránti csekély érdeklődés miatt. A ’80-as évek végén, ’90-es évek elején Svédországban (A-Cell) szabadalmaztatták az eljárást és két kísérleti üzemet hoztak létre: egyet a tömörfa, egyet a farost acetilezéséhez.

Gyertyán (felül) és acetilezett gyertyán (alul) vízben való áztatás és hirtelen szárítás után (forrás: Pozsgayné)

2004-ben az Accsys Technologies kísérleti üzemet hozott létre Hollandiában, majd 2007-ben elindult az Accoya® (acetilezett tömörfa) és a Tricoya® (acetilezett forgácslapok, farostlemezek) nagyüzemi gyártása. A cég nagy mennyiségben acetilez fenntar tható erdőgazdálkodásból származó ültetvényes Radiáta fenyőt, emellett bükköt és égert is.

A faalapú lemezeket többnyire acetilezett lucfenyő forgácsból és farostból gyártják. A késztermékek folyamatos minőség-ellenőrzése és tesztelése mellett kutatás-fejlesztést is végeznek, ahol más fafajok acetilezésével kísérleteznek. Termékeiket Magyarországon is forgalmazzák.

2012-ben egy amerikai cég acetilezett déli fenyő gyártásába kezdett (Eastman Chemical Company: Perennial Wood), azonban 2014-ben leállt a gyártás.

FELHASZNÁLÁSA

Az acetilezett faanyagból készült termékek kitűnően helytállnak bel- és kültérben egyaránt. Széles körben alkalmazzák ablakok, ajtók, kültéri burkolatok (terasz, homlokzat), kültéri bútorok, padok alapanyagaként. Tartósan megállja a helyét olyan körülmények között is, ahol ki van téve az időjárás viszontagságainak, talajnak és édes vagy sós víznek, pl. közúti, illet ve gyaloghidak, kikötők, kerítések stb. Megnövekedett keménysége és kopásállósága elősegíti, hogy különféle járófelületeket készítsenek belőle. Acetilezett faanyagból készült

Acetilezett faanyagból készült „Lebegő híd” Hollandiában (forrás: Accoya)

ÉRDEKES KUTATÁSOK

A Soproni Egyetem Faanyagtudományi Intézetében egy szakdolgozat keretében kezeltek ecetsavanhidriddel nyár és akác faanyagot, laboratóriumi körülmények között, zárt autoklávban. Az acetilezés hatására a nyár és az akác hajlítószilárdsága 10%-kal, a sűrűségük (nyár esetén) 40%-kal és (akác esetén) 4%-kal nőtt, a zsugorodás mértéke 20–50%-kal, a nedvességtartalmuk 70%-kal csökkent (Gohér Gellért 2009).

A z Accsys Technologies és a Faanyagtudományi Intézet együttműködésének köszönhetően született egy diplomamunka, amelynek keretében gyertyánt acetileztek ipari körülmények között a holland cég üzemében. Az eljárásnak köszönhetően a gyertyán egyensúlyi nedvességtartalma 70%-kal csökkent, nyomószilárdsága 43%-kal, hajlítószilárdsága 20%-kal, ütő-hajlító szilárdsága 88%-kal, keménysége 55%-kal nőtt.

Az áztatott állapotban mért hajlítószilárdsága 93%-kal, rugalmassága 36%-kal, keménysége több mint 110%-kal nagyobb volt. A kezelés következtében a színe sötétedett, a legmagasabb tartóssági osztályba került és stabilabb, kevésbé repedékeny lett. Ezt a munkát jelenleg doktori képzésen belül folytatjuk, kiegészítve más fafajokkal (Pozsgayné Fodor Fanni 2015).

ÖSSZEGZÉS

Az ecetsavanhidriddel történő kezelés számos kedvező tulajdonságot biztosít a faanyagnak, mint a megnövekedett dimenzióstabilitás, tartósság, szilárdság és keménység. Az acetilezés nagy előnye, hogy nemcsak a faanyag felületén, hanem teljes keresztmetszetben és hosszban történik, emellett nem mérgező, és nem veszélyes sem az emberre, sem a környezetre.

Hátrányként megemlítendő az eleinte erős ecetszag, illetve, hogy nem növeli a fafelület UV-állóságát. Az acetilezett termékek számos bel- és kültéri felhasználási területen helytállnak, ahol nedvességnek, változó páratartalomnak, hőmérsékletnek, fakárosító gombáknak és rovaroknak kell ellenállniuk.

Az eljárással kapcsolatos kérdések felmerülése esetén forduljanak hozzánk bizalommal a nemeth.robert@uni-sopron.hu e-mail címen vagy a +36-99/518-152-es telefonszámon.

Kapcsolódó dokumentum:

Tetszett a cikk?