Ekološki prihvatljiv metod tretiranja drveta

Iako je u osnovi hemijski proces, drvo tretirano sa furfural alkoholom je ekološki prihvatljiv proizvod koji, u odnosu na prirodno drvo, ima tamniju boju, bolju trajnost i dimenzionalnu stabilnost. Njegova dobra mehanička svojstva su najveća prednost, u odnosu na ostale tratmane, što značajno proširuje polje upotrebe tretiranog drveta u građevinarstvu.

U smislu racionalnijeg korišćenja drveta kao materijala, razvijeni su i usavršeni određeni tretmani (modifikacije) koji značajno poboljšavaju karakteristike drveta i povećavaju njegovo kvantitativno i kvalitativno iskorišćenje. Poslednjih godina su istražene i razvijene metode koje su ekološki prihvatljive i jeftine. Međutim, neki tretmani (npr. termička modifikacija) izazivaju značajnu hemijsku degradaciju drveta što dovodi do povećanja trajnosti i smanjenja utezanja, ali i do gubitka nekih mehaničkih svojstava (statička i dinamička čvrstoća na savijanje). S obzirom na lošiju nosivost takvog drveta ukazala se potreba za razvojem tretmana koji neće značajno smanjiti njegovu čvrstoću, a da takvo drvo ujedno bude dimenzionalno stabilno i otporno na uticaje spoljašnjih faktora. U tom smislu danas se, laboratorijski i industrijski, razvija metoda koja se zasniva na impregnaciji i zaštiti drveta sa furfural alkoholom. Ova hemijska modifikacija izaziva promene na drvetu kao što su bolja trajnost, dimenzionalna stabilnost, tamnija boja, ali i poboljšana toplotna i mehanička svojstva. Pored toga što koristi hemijska sredstva u svom procesu, ovaj tretman je ekološki prihvatljiv jer je uticaj hemikalija sveden na minimum. Primena ove metode je u nauci poznata još od ranije, ali se odnedavno primenjuje i u industriji. Ovde ćemo izneti njene osnovne karakteristike. 

Primena drveta tretiranog furfuralom

Furfural (ostali hemijski nazivi - fural, furfural alkohol, furfural aldehid) je ugljovodonik koji nastaje razlaganjem šećera (pentoza) uglavnom iz poljoprivrednih proizvoda kakvi su šećerna trska, kukuruz, ovas, pšenica i dr. Kao obnovljiva hemijska sirovina koja ne sadrži supstrate nafte, najčešće se nalazi u obliku bezbojne tečnosti sa mirisom badema koja na vazduhu vrlo brzo požuti. Gustina furfurala (1,16 g/ml) je veća od gustine vode. Hemijska reakcija furfural alkohola sa drvetom je veoma kompleksna. Zbog svog polariteta i gustine, furfural može, pod dejstvom pritiska, da penetrira u ćelijske zidove i da uz pomoć toplotne energije reaguje sa hidroksilnim grupama iz organskih jedinjenja u drvetu (najviše sa OH grupama iz hemiceluloze). Kao rezultat nastale reakcije formira se veliki broj razgranatih i umreženih jedinjenja nakalemljenih na polimere ćelijskih zidova. Ono što je veoma važno istaći jeste da furfural alkohol formira kovaletnu vezu sa ligninom, jednim od važnih hemijskih konstituenata u drvetu. Takođe, furfural se vezuje za lignin i u procesu termičke modifikacije što uglavnom utiče na slabije razlaganje lignina. U prilog ovim rezultatima pokazuje i činjenica da je Norveška kompanija Wood Polymer Technologies AS (WPT), na bazi laboratorijskog iskustva, odnedavno počela sa komercijalizacijom primene furfurala. Ceo projektni zadatak se sastojao u tome da se nađe, po pitanju boje, zamena za tropske vrste kakvi su wenge ili meranti. Kao rezultat obimnih izvedenih eksperimenata, izrađena su dva procesa modifikacije koja se najviše razlikuju po procentu povećanja težine (WPG), usled dodatka furfurala, a to su: VisorWood (koji se najčešće koristi za četinare sa WPG=20-50%) i Kebony (uglavnom za lišćare sa WPG=30-100%). U okviru industrijskog procesa modifikacije postoji nekoliko faza. U prvoj se vrši priprema furfural alkohola i katalizatora (najčešće limunska kiselina) pri čemu se furfural najčešće priprema rastvoren u koncentraciji od 92%, 48%, 30% i 15%. Kao rastvarač najčešće se koristi voda ili mešavina metanola sa 95% etanolom. U drugoj fazi se u vakuumu vrši impregnacija drveta sa pripremljenim rastvorom pri čemu se sam proces modifikacije izvodi uz zagrevanja drveta sa vodenom parom na temperaturi od 80 do 140° C. Ova faza traje od 6 do 8 h. U poslednjem koraku drvo se suši u veštačkim komorama do upotrebne vlažnosti.

Penetracijom furfural alkohola u masu drveta dobija se, kao što smo već napomenuli, materijal sa izmenjenim karakteristikama. Kondicioniranjem uzoraka netretiranog i tretiranog drveta u istoj klimi vazduha, ravnotežna vlažnost se smanjuje za oko 43%  kod primorskog bora, za 38% kod bukve i za oko 36% kod jasena, što nam ukazuje na značajno manju higroskopnost tretiranog drveta. Poređenja radi, da bi se termičkim tretmanom dobilo drvo primorskog bora iste higroskopnosti potrebno je netretirano drvo izložiti na temperaturi od 210º C u trajanju od 12 sati. Takođe, drvo modifikovano furfuralom postaje dimenzionalno stabilnije. U tangencijalnom pravcu utezanje se smanjuje za 43% kod bora i jasena, a za skoro za 50% kod bukve. Treba napomenuti da se pri tome gustina povećala i to za oko 36%. Ako uporedimo svojstva furfurala sa svojstvima termički tretiranog drveta uočićemo njegovu prednost u mehaničkom smislu. Primenjen tretman dovodi do povećanja čvrstoće na savijanje za oko 6%, gustine za oko 36% (Grafikon 1), ali modul elastičnosti ostaje skoro nepromenjen u odnosu na netretirano drvo. U prilog tome govori i podatak da površina postaje veoma otporna što nam pokazuje rezultat o bočnoj tvrdoći koja se kod drveta primorskog bora povećala za oko 50% u odnosu na netretirane uzorke.

Grafikon 1. Procenat smanjenja/povećanja svojstava drveta bora (engl. Souther Yellow Pine) posle dejstva termičkog tretmana i posle modifikacije sa furfuralom

Grafikon2. Faktor otpornosti drveta modifikovanog furfuralom na difuziju vodene pare (izvor: WinFur project)

Prednosti tretmana sa furfuralom su pokazala i istraživanja u okviru projekta o primeni ovako modifikovanog drveta u proizvodnji prozora. Pri tome su istraživana sledeća svojstva: higroskopnost, bubrenje, difuzija vodene pare, trajnost, lepljivost i svojstva površinski obrađene površine. Dobijeni rezultati kod bukve, jasena i bora pokazuju da drvo tretirano furfuralom pokazuje, pored trajnosti i čvrstoće, i bolju lepljivost i veću otpornost na propusnost vodene pare (Grafikon 2) u odnosu na netretirano drvo. Ove činjenice ukazuju na to da ovaj materijal ima veliki potencijal u gradnji drvetom i da je zbog toga u Evropi potražnja za njim, poslednjih godina, sve veća. Pored primene u proizvodnji fasadnih panela (na slici), drvo modifikovano furfuralom se može uspešno koristiti i u proizvodnji građevinske stolarije, podova, za oblaganje površina pored vode, baštenskog nameštaja, za proizvode koji su u kontaktu sa zemljom i drugo.