Hidrotermikus kezelése során a faanyagot különféle eljárásokkal folyékony vagy légnemű halmazállapotú víz segítségével hő hatásának tesszük ki, hogy ezáltal többirányú felhasználásra és feldolgozásra tegyük alkalmassá. A kezelés során a víz vagy gőz által közölt hő hatására a természetes állapotú faanyagok szerkezete és alkotórészei bizonyos mértékű fizikai és kémiai átalakuláson mennek keresztül. Ennek következtében a fa egyes tulajdonságai átmenetileg vagy végleg megváltoznak. Az átmeneti tulajdonságváltozások általában a könnyebb megmunkálhatóságot segítik elő, míg a maradandó változások a faanyag nemesítését szolgálják.
A hő és a nedvesség elválaszthatatlan együttműködése folytán a faanyagban, pontosabban a fa egyes alkotórészeiben változások mennek végbe, melyek hatással vannak a fa tulajdonságaira.
Az anyagátalakulás és az ezzel kapcsolatos higroszkopikus nemesedés előrehaladásának jele a színváltozás, az eredeti szín sötétebbé válása. Egyúttal csökken a térfogatsúly és a szilárdság is, mégpedig annál jobban, minél magasabb a gőzölési hőmérséklet, vagy minél hosszabb a gőzölési időtartam.
A faanyag tulajdonságaiban bekövetkező változásokat az alábbi négy csoportba oszthatjuk:
•
kémiai változások,•
fizikai változások,•
szilárdságváltozások,•
faanyagvédelmi változások.II.5.1 Kémiai változások
A hidrotermikus kezelés során először és legerősebben a hidrolizálható szénhidrátok, ezek közül is a pentozánok bomlása megy végbe. Mivel a lombosfák több pentozánt tartalmaznak, ezeknél a bomlás erőteljesebb, mint a fenyőknél. Ebből az következik, hogy gőzölés útján a lombos fafajok könnyebben formálhatók, alakíthatók.
A hőmérséklet növelésével a hemicellulózok bomlása után egyéb, a lignint és a cellulózt is érintő kémiai változások is végbemennek. A lignin átalakulása és a többi anyag kilúgozódásának mértéke a gőzölés paramétereivel (hőmérséklet, időtartam) szabályozható.
Minél erősebb a gőzölés, annál nagyobb mértékű a lignin plasztifikálódása, kilúgozódása és a faanyag zsugorodási hajlama.
A gőzölés során a cellulóz lényeges változáson nem megy keresztül. Ezzel magyarázható, hogy a faanyag jórészt megőrzi dagadási-zsugorodási készségét és hő hatására bekövetkező fokozódó képlékenységét.
A 100 °C alatti hőmérsékleten végrehajtott gőzölés hatására a fából kioldott anyagok mennyisége viszonylag csekély és a vegyi bomlás mértéke is alacsony.
II.5.2 Fizikai változások a) Színváltozás
Megfelelő ideig tartó hidrotermikus kezelés következtében a faanyag teljes tömegére kiterjedő színváltozás lép fel. A színváltozás oxidációs folyamatok következménye. Minél magasabb az
A faanyag eredeti higroszkópos tulajdonsága is megváltozik a gőzölés következtében. Azonos hőmérséklet és légnedvesség mellett a kezelt fa kevesebb nedvességet vesz fel, mint a kezeletlen. E változás mértéke azonban nem jelentős, és gyakorlatilag is számottevő mértékben csak 100 °C feletti intenzív gőzölés mellett jelentkezik. A gyakorlati tapasztalatok szerint a gőzölt faanyag higroszkopikus egyensúlyi nedvességtartalma általában csak 2-8 %-kal alacsonyabb, mint a gőzöletlen faanyagé.
A nedvességfelvevő képesség csökkenése a hidroxil-csoportok és a cellulóz molekulák között végbemenő átalakulással magyarázható. A hő és nedvesség hatására a vízmolekulák közötti kapcsolat annyira meglazul, hogy a faanyag a kiszáradás utáni nedvesedéskor már nem képes ugyanannyi vizet felvenni.
A higroszkópos tulajdonság mértékének csökkenése általában arányos a hőkezelés időtartamával és a gőzölési hőmérséklettel.
c) Dagadási – zsugorodási tulajdonságok változása
A dagadást elősegítő hemicellulózok bomlása, és a fában lévő savak hatására gyantaszerű testekké alakuló, vízben oldódó lignin részek kondenzációja következtében a gőzölt faanyag dagadási (zsugorodási) értékei maradandóan csökkennek. Ennek mértékét az alkalmazott hőmérséklet és a gőzölési idő határozzák meg. 100 °C alatti gőzölésnél a húrirányú dagadás-csökkenés 1,5-2,0 %, a sugárirányú dagadás-csökkenés pedig 0,5-1,5 % az eredeti értékhez képest.
Túlnyomásos gőzölésnél a dagadás-csökkenés nagyobb mértékű.
d) A képlékenység, hajlíthatóság változása
Mivel a faanyag termoplasztikus anyag, e tulajdonsága következtében a hidrotermikus kezelés során képlékenysége növekszik. Ez csak meleg állapotban áll fenn, és nagysága a
Gőzölés következtében a faanyag valamennyi szilárdsági tulajdonsága kedvezőtlenül változik.
A szilárdsági értékek csökkenése általában a sűrűség csökkenésével van arányban. A gőzölt fa már nem éri el a gőzöletlen rugalmassági moduluszát. A hőkezelés hatására a legnagyobb mértékben az ütő-hajlító szilárdság csökken, de nagy mértékű a hajlítószilárdság és a szakítószilárdság változása is. Nagyobb mértékű szilárdságcsökkenést csak a 100 °C feletti hidrotermikus kezelés eredményez (6. táblázat). A kezelési idő növelésével a szilárdság általában csökken.
Gőzölés után mért csökkent érték a kiinduló érték százalékában Szilárdsági jellemző
1 att túlnyomáson 2 att túlnyomáson Rostokkal párhuzamos nyomószilárdság 88-82% 82-59%
Rostokkal párhuzamos szakítószilárdság 85-78% 80-58%
Hajlítószilárdság 84-96% 85-61%
Ütő-hajlító szilárdság 86-74% 79-45%
Nyírószilárdság 98-86% 95-56%
A gőzölési paraméterek szilárdsági jellemzőkre gyakorolt hatásáról, különösen a trópusi fajok vonatkozásában, kevés irodalmi adat áll rendelkezésre, szerkezeti célú felhasználáskor azonban ez is fontos szempont. A 6. táblázatban láthatjuk, hogy a gőzölés akár 2/3 részére is csökkentheti az eredeti szilárdsági mutatókat.
II.5.4 A faanyag természetes tartósságát érintő változások
A hidrotermikus kezelés egyik nem elhanyagolható célja lehet a faanyag tartósítása, és károsítók elleni védelme. A kellően magas hőmérsékleten végzett gőzölés megakadályozza a fülledés továbbterjedését, és általában elpusztítja a faanyagot károsító gombák hífáit és a rovarok álcáit, lárváit. Az alkalmazott gőzölési hőmérséklet és időtartam azonban nem minden esetben biztosítja a faanyag teljes csírátlanítását. Egyes károsítók betokosodott petéi, spórái gyakran átvészelik a gőzölést, és ha a faanyag felhasználása során kedvező életkörülmények közé kerülnek, életműködésüket újra megkezdik. 100 °C alatti kezeléssel a faanyag teljes sterilizálását nem lehet elérni.