Metodutveckling för mögeltestning av trä - förstudie

Transkript

1 Metodutveckling för mögeltestning av trä - förstudie Slutrapport Margot Sehlstedt-Persson, LTU Sheikh Ali Ahmed, LTU

2 Om TräCentrum Norr TräCentrum Norr finansieras av de deltagande parterna tillsammans med medel från Europeiska Utvecklingsfonden (Mål 2) och Länsstyrelserna i Västerbottens och Norrbottens län. Deltagande parter i TräCentrum Norr är: Holmen Skog, Lindbäcks Bygg AB, Luleå tekniska universitet, Martinsons Group AB, Norra Skogsägarna, Finndomo AB, SCA Forest Products AB, Setra Group AB, Skellefteå kommun, Sveaskog AB, SÅGAB, Sågverken Mellansverige och SP Trätek. Mer information om TräCentrum Norr finns på:

3 INNEHÅLL FÖRORD SAMMANFATTNING 1 BAKGRUND, SYFTE, MÅL OCH AVGRÄNSNINGAR 2 FÖRSTUDIENS GENOMFÖRANDE 3 REKOMMENDATION REFERENSER

4 FÖRORD Projektet Metodutveckling för mögeltestning av trä - Förstudie har genomförts av LTU under Projektet är finansierat av TräCentrum Norr. Skellefteå, februari Margot Sehlstedt-Persson

5 SAMMANFATTNING Syftet med denna förstudie har varit att utveckla enkla och robusta forcerade mögeltester på trä som kan följas och utvärderas kontinuerligt i forskningsprojekt som bedrivs inom beständighetsområdet vid LTU och SP Trätek i Skellefteå. Testerna som gjorts i klimatskåp bygger på naturlig kontaminering och klimatval som gynnar mögeltillväxt. De metoder som utvecklats gör inte anspråk på att kunna erbjuda jämförelser med andra etablerade metoder utan enbart jämförelser inom batcher som ingår i de material- och processvariabler som studeras, exempelvis inom virkestorkning, värmebehandling och impregneringsmetoder. I förstudien utvärderades ett antal olika klimatval i ett klimatskåp som användes i försöken. Mögelpåväxt gynnas av stabil och hög RF, mörker och stillastående luft. Därför täcktes glasdörren till skåpet med svart plast och övre delen av klimatskåpet skärmades av med en mellanplåt eftersom en fläkt cirkulerar luften i kammaren nedre delar. I den övre delen av klimatskåpet gjordes noggranna mätningar av klimatet för att säkerställa ett jämnt och stabilt klimat i olika positioner. Mögelkontaminerat furumaterial sparat från tidigare TCN projekt användes som smittokälla genom att placeras i klimatskåpets nedre del vid valt klimat under 2 dygn för att infektera kammaren med mögelsporer. Därefter placerades försöksmaterialet i klimatskåpets övre del. Smittokällan dvs. det kontaminerade materialet befann sig i skåpet under hela försöket. Inspektion av mögelpåväxten gjordes regelbundet fram tills beslut togs att avbryta försöket och utvärdera mögelpåväxten. Den utvärderingsmetod som används för att bedöma mögelpåväxt bygger på en visuell bedömningsskala översatt i praktisk användning som utarbetats i tidigare TCN-projekt. Den lämpligaste metoden bedöms vara att använda klimatskåpets set-points +27 C/95 % RF samt att avbryta försöket efter ca dagar. Mögelgraderna på de undersökta proverna har då varit av samma omfattning som efter ca 100 dagars forcerat utomhustest beskrivit i tidigare TCN-projekt. Den framtagna metoden har använts i fyra skarpa studier som publicerats i vetenskapliga tidskrifter. Detta får ses som att projektet varit lyckat och utgör ett viktigt vetenskapligt bidrag. Metoden beskrivs i detalj i en av dessa publikationer som finns som bilaga till denna rapport nämligen: Development of a new rapid method for mould testing in a climate chamber: Preliminary tests. Ahmed, S. A., Sehlstedt-Persson, M. &Morén, T. jul 2013 i :Holz als Roh- und Werkstoff.71,4,s s. Den framtagna metoden har fungerat mycket bra. Metoden har följande fördelar: Den är enkel, robust och billig. Mögelpåväxten kan följas på plats. Det är möjligt att få svar redan efter två veckor på inverkan av olika variabler som undersöks. Enkel kontaminering ingen uppodling av speciella mögelarter. Upp till 44 stycken prover kan ingå i en batch, beroende av dimension. Metoden har följande nackdelar: Ingen standardiserad metod dvs. det är inte möjligt göra jämförelser mellan olika försöksomgångar utan endast möjligt att göra inom-batch jämförelser. Ingen kontroll av vilka mögelarter som angriper virket.

6 1 BAKGRUND, SYFTE, MÅL OCH AVGRÄNSNINGAR BAKGRUND Naturlig beständighet mot mögel och rötangrepp hos träprodukter är en avgörande fråga för framtida användning av trä som ett konkurrenskraftigt konstruktionsmaterial. I en undersökning om fuktskador i svenska hus som utförts av Boverket rapporteras inte mindre än 21 % ha problem med mögel i ouppvärmda vindar (Boverket 2010). Om klimatförhållandena är gynnsamma för mögeltillväxt kan synliga mögelangrepp uppkomma efter bara några månaders användning på exempelvis takutsprång och i ouppvärmda utrymmen som carport och förråd (Nilsson och Samuelson 2006). Det förändrade klimatet med varmare och fuktigare förhållanden, gynnar mögeltillväxt på trä men risken för uppkomsten av mögeltillväxt beror även på det geografiska läget och det lokala klimatet (Häglund et al. 2010). Det finns även tydliga resultat som visar att en snabb, forcerad industriell torkprocess påverkar mögeltillväxten på splintvedsytor av furu och gran. Virkestorkningens inverkan på mögelbenägenheten hos torkade splintvedsytor har undersökts i följande två tidigare TCN-projekt: I projektet Processanpassning för funktionsbeständiga träprodukter: Vilken roll spelar torkningen för mögelpåväxt på brädor i utomhusprodukter ovan mark? (2010) gjordes studier i labskala och i projektet Processanpassning för funktionsbeständiga träprodukter: Mögelsäkring av bräder i torkningsprocessen Industriförsök (2012) gjordes torkningsförsök i industriskala. Resultaten visar bl. a att näringsvandringen i splintvedsbräder är möjlig att styra mot utvalda virkesytor under torkningen och att denna näringsanrikning/urlakning har en mycket stor inverkan på mögelbenägenheten. Mögelbenägenheten utvärderades i det förstnämnda projektet i ett forcerat utomhustest under 96 dygn från mitten av juni-slutet av september 2009 med ca 1 m långa provstycken. I det senare projektet utvärderades mögelpåväxten på större provpaneler, 2x1m under autentiska utomhusförhållanden i ett långtidsförsök med start juni 2010 under drygt 14 månader följt av en forcerad avslutning under ca 2 månader i klimatkammare. För att bestämma mögelbenägenhet på byggnadsmaterial används ofta olika typer av korttids laboratorietester. Det finns ingen standardiserad metod att bestämma mögelpåväxt som används av alla laboratorier utan metoderna skiljer sig ofta tämligen mycket från varandra. Det kan exempelvis gälla spontan tillväxt eller inokulering av olika antal och typer av svampar, provstorlek, klimat för test, skalor för bedömning av mögelpåväxt, användning av mikroskop eller enbart visuell granskning vid bedömning av mögelgrad, tröskling i digitala bilder av möglade ytor mm. Ett exempel på mögeltest är SP metod 2899 där en vattenlösning med sporer från 6 olika mögelsvampar sprayas på provkroppar och inkuberas i 95 % RF eller högre, 22±2 C under 4 veckor. Svamparna är Aureobasidium pullulans (CBS ), Aspergillus versicolor (CBS ), Cladosporium sphaerospermum (CBS ), Eurotium herbariorum (CBS ), Penicillium chrysogenum (CBS ), Stachybotrys chartarum (CBS ), Metoden baseras på BS 1982:Part3:1990, MIL-STD 810 F samt ASTM C I de tidigare beskrivna TCN-projekten där inverkan av torkningsvariabler på mögelbenägenhet studerades gjordes bedömningen att ovan beskrivna laboratorietest med inokulerade svampar på små provbitar utvärderade under mikroskop var alltför tufft med risk att effekt av olika torkningsvariabler inte skulle bli urskiljbara. Eftersom provbitar dessutom måste skickas iväg för uppodling/inokulering och utvärdering skulle det inte vara möjligt att på plats inspektera och följa mögelpåväxten på större provytor. Istället utarbetades en enkel och robust metod att bedöma och klassa mögelpåväxten i projektet med ett uttalat syfte göra klassning utan användning av lupp/mikroskop med blotta ögat i en sjugradig skala

7 översatt till en praktisk användarskala från bra/acceptabla tveksamma oacceptabla ytor vid praktisk användning. Insikt finns naturligtvis om att mögelsporer och mycel sannolikt kan finnas även på virkesytor som med denna metod klassas som mögelfria men projektets syfte har varit att undersöka mögelpåväxt på utomhusprodukter ovan mark och därför bedöms denna utvärderingsmetod vara lämplig. En nackdel är naturligtvis utomhustesternas repeterbarhet. På grund av variationer av klimat mm. är resultat av två utomhusförsök svåra att jämföra men ifall som detta när syftet är att utvärdera inverkan av olika variabler i ett och samma försök fungerade metoderna utmärkt. SYFTE Syftet med denna förstudie är att utveckla enkla och robusta korttids mögeltester i småskaliga labtester som kan följas och utvärderas kontinuerligt i de forskningsprojekt som bedrivs inom beständighetsområdet vid LTU och SP Trätek i Skellefteå. Testerna som utförs i klimatskåp inomhus bygger på naturlig kontaminering och klimatval som gynnar mögeltillväxt. Testerna blir oberoende av årstid till skillnad från tidigare använda forcerade utomhusförsök. MÅL De projekt som bedrivs inom beständighetsområdet omfattar undersökningar där processparametrar och materialvariablers betydelse för naturlig mögelbeständighet hos trä studeras. Processerna är virkestorkning, värmebehandling och impregnering. Erfarenheter från tidigare projekt är att just närhet till provmaterialuttag, försöksplanering och närhet och insyn i de processer och utvärderingsmetoder som används i forskningsprojekt är ovärderliga för kunskapsbyggande och slutsatser. Det primära målet är därför att dessa enkla och robusta mögeltester oavsett årstid- ska kunna följas på plats och utvärderas kontinuerligt i jämförande studier av screening-karaktär för att kunna få relativt snabba svar/indikationer på inverkan av de process- och materialvariabler som undersöks. AVGRÄNSNINGAR Syftet med denna förstudie att utveckla enkla och robusta mögelmetoder är inte att följa en etablerad metod som t ex SP metod 2899 med uppodlade mögelarter. Det blir inte möjligt att göra jämförelser mellan olika försöksomgångar utan enbart inombatch jämförelser. Metoden erbjuder ingen kontroll av vilka mögelarter som angriper virket.

8 2 FÖRSTUDIENS GENOMFÖRANDE En kort beskrivning av förstudiens genomförande görs i det följande. Metoden finns i detalj beskriven i följande vetenskapligt publicerade artikel som finns som bilaga: Development of a new rapid method for mould testing in a climate chamber: Preliminary tests. Ahmed, S. A., Sehlstedt-Persson, M.&Morén, T.jul 2013 i :Holz als Roh- und Werkstoff.71,4,s s. () För övrigt har den i projektet utvecklade metoden även använts i ytterligare tre skarpa studier som publicerats och i ett fall submittats (skickats in) till vetenskapliga tidskrifter. Detta får ses som att projektet har varit lyckat och utgör ett viktigt vetenskapligt bidrag. Accelerated mold test on dried pine sapwood boards: Impact of contact heat treatment. Ahmed, S. A., Yang, Q., Sehlstedt-Persson, M.&Morén, T.2013 i :Journal of Wood Chemistry and Technology.33,3,s s. Mould susceptibility of Scots pine (Pinus sylvestris L.) sapwood: Impact of drying, thermal modification, and copper-based preservative. Ahmed, S. A., Sehlstedt-Persson, M. & Morén, T. nov 2013 i: Intern. Biodeterioration and Biodegradation. 85, s s. Improvements of water repellency, dimensional stability, and durability against mould of thermally modified European aspen and birch wood by oil-borne preservatives impregnation. Ahmed, S. A., T. Morén, M. Sehlstedt-Persson and Diego Elustondo Submitted to Annals of Forest Science. Förstudien har genomförts enligt följande: Mätning av klimatskåpet prestanda Mögelpåväxt gynnas av stabil och hög RF, mörker samt stillastående luft. Därför täcktes glasdörren till skåpet med svart plast och övre delen av klimatskåpet skärmades av med en horisontell mellanplåt eftersom en fläkt cirkulerar luften i kammaren nedre delar. I den övre delen av klimatskåpet gjordes noggranna mätningar av klimatet. Mätning av temperatur och RF i olika positioner gjordes för att säkerställa stabila klimatförhållanden samt att inte provens position i skåpet skulle inverka på mögelpåväxten. Vid klimatmätningarna användes INTAB PC-logger AAC-2 med tre givare av typen VAISALA Intercap Humidity and Temperature probe HMP60 (kapacitiv RF-mätning). VAISALA givarna kalibrerades före mätningarna enligt certifierad metod över mättad kaliumsulfatlösning K 2 SO 4 vid +20 C/97 % RF. Klimatskåpet som använts i försöken är av typen ARCTEST ARC 1500 med innermått 980x 1450x 1050 (mm3) samt innerväggar av rostfritt stål. VAISALA givarna placerades diagonalt i den övre delen av skåpet vid inställning av klimatskåpets set-points +27 C/ 94 % RF. Temperatur och RF befanns vara stabilt och med små avvikelser i de olika positionerna, se figur 1. I figur 2 visas de uppmätta skillnader som fanns mellan skåpet övre vindstilla del ovanför mellanplåten (där försökmaterialet monteras) och den undre delen där smittokällorna fanns placerades. Figur 2 visar även avvikelser mellan skåpets set-points och det med VAISALA givarna uppmätta klimatet.

9 Figur 1. Kontroll av klimatets jämnhet under tid i olika positioner i övre delen av skåpet (Figur från bilaga 1). Figur 2. Skiss av klimatskåpet samt avvikelser mellan klimatskåpets set-points och uppmätt klimat. (Figur från bilaga 1). Slutsats av mätning av klimatskåpet prestanda Bedömningen gjordes att försöksmaterialets position i den övre delen av skåpet inte påverkar mögelpåväxten. Skåpets klimatreglering under tid var stabilt. Pilotförsök Ett antal pilotförsök gjordes med målsättningen att hitta optimala testförhållanden för korttids mögeltest vad gäller temperaturnivå, RF och tid. Två temperaturnivåer valdes: 27 C samt 35 C (utifrån litteratur om olika trämögelsvampar optimum).

10 Ett antal pilotförsök med dummy-prover gjordes med olika set-points för klimatskåpet vid +27 C och +35 C samt med RF mellan 94-97%. Vid utvärdering bedömdes den lägre temperaturen vara lämpligare eftersom mögelpåväxten var måttligare under tiden och beslutet att avbryta försöket var enklare att ta innan mögelpåväxten blev alltför riklig. Vid 35 C var mögelpåväxten betydligt mer explosiv efter några dagar och svårare att förutse när det var lämpligt att avbryta. Dessutom blev det kondensproblem vid den högre temperaturen och mer instabilt klimat. Förstudien rekommenderar därför att den utvecklade mögeltesten är lämpligast att köras vid set-points +27 C och 95 % RH (Verklig RH blir något lägre ca 93-94%) under ca dagar. Inspektion görs regelbundet under försökets gång. Mögelkontaminering och montering av försökmaterial Mögelkontaminerat furumaterial sparat från tidigare TCN projekt användes som smittokälla genom att tre stycken infekterade splintvedsbräder placeras i klimatskåpets undre del vid valt klimat under ca 2 dygn för att infektera kammaren med mögelsporer. Därefter monterades försöksmaterialet i klimatskåpets övre del, se figur 3, med minst 10 mm mellanrum mellan varje prov. Som mest rymdes 44 prover i ett av de skarpa testen. Smittokällan dvs. det kontaminerade materialet befann sig i kammaren under hela försöket. Inspektion av mögelpåväxten gjordes därefter regelbundet, efter 5, 7, 9 dagar fram tills beslut togs att avbryta försöket och utvärdera mögelpåväxten. Figur 3. Montering av försöksmaterial under mögeltest i klimatskåpets övre vindstilla del. Utvärdering av mögelgrad Den utvärderingsmetod som används för att bedöma mögelpåväxt bygger på en visuell bedömningsskala i 7 grader (0-6) översatt i praktisk användning som utarbetats i tidigare TCN-

11 projekt. Metoden beskrivs utförligt i TCN rapporten Processanpassning för funktionsbeständiga träprodukter: Vilken roll spelar torkningen för mögelpåväxt på brädor i utomhusprodukter ovan mark? (2010) 3 REKOMMENDATION Förstudiens rekommendation för den utvecklade snabba mögeltestmetoden i befintligt klimatskåp är: Lämpligaste försöksklimatet är set-points +27 C och RF 95 % (RF blir då i verkligheten ca 93-94%) 2 dygns uppodling med kontaminerat material före montering av försöksmaterial Inkubationstid dygn Inspektera efter 7 dygn och sedan efter ca dygn Utvärdering av mögelgrad i 7-gradig skala Klimatloggning under försök för att kontrollera ev. störningar Sanera klimatskåpet med sprit och kör skåpet ett dygn vid +60 C mellan två olika försök

12 REFERENSER Boverket Good built environment - proposals for new target for moisture and mould. Results of Buildings moisture damage in buildings from the project BETSI. (In Swedish) Häglund, M., Isaksson, T, Thelandersson, S Onset of mould growth the effect of climate variability and different geographic locations. Paper prepared for the 41 st Annual Meeting Biarritz, France 9-13 May IRG /WP Nilsson, I., Samuelson, I. (2006) Missfärgande mikroorganismer på råspont. SP RAPPORT 2006:43. Processanpassning för funktionsbeständiga träprodukter: Vilken roll spelar torkningen för mögelpåväxt på brädor i utomhusprodukter ovan mark? Sehlstedt-Persson, M., Wamming, T. &Karlsson, O.2010 Skellefteå : TräCentrum Norr. 38 s. Processanpassning för funktionsbeständiga träprodukter: Mögelsäkring av bräder i torkningsprocessen Industriförsök. Sehlstedt-Persson, M. & Wamming, T. dec 2012 TräCentrum Norr. 21 s. Följande artiklar, där den i projektet utvecklade metoden har använts i skarpa studier, har publicerats och i ett fall, nr 4, submittats (skickats in) till vetenskapliga tidskrifter: 1. Development of a new rapid method for mould testing in a climate chamber: Preliminary tests. Ahmed, S. A., Sehlstedt-Persson, M.&Morén, T.jul 2013 i :Holz als Rohund Werkstoff.71,4,s s. () 2. Accelerated mold test on dried pine sapwood boards: Impact of contact heat treatment. Ahmed, S. A., Yang, Q.,Sehlstedt-Persson, M.&Morén, T.2013 i :Journal of Wood Chemistry and Technology.33,3,s s. 3. Mould susceptibility of Scots pine (Pinus sylvestris L.) sapwood: Impact of drying, thermal modification, and copper-based preservative. Ahmed, S. A., Sehlstedt-Persson, M. & Morén, T. nov 2013 i: Intern. Biodeterioration and Biodegradation. 85, s s. 4. Improvements of water repellency, dimensional stability, and durability against mould of thermally modified European aspen and birch wood by oil-borne preservatives impregnation. Ahmed, S. A., T. Morén, M. Sehlstedt-Persson and Diego Elustondo Submitted to Annals of Forest Science.

13 Eur. J. Wood Prod. (2013) 71: DOI /s Author's personal copy ORIGINALS ORIGINALARBEITEN Development of a new rapid method for mould testing in a climate chamber: preliminary tests Sheikh Ali Ahmed Margot Sehlstedt-Persson Tom Morén Received: 10 December 2012 / Published online: 15 May 2013 Ó Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013 Abstract The purpose of this study was to develop fast, simple and robust solid wood mould testing methods for the use in small-scale laboratory tests. The objective was to investigate mould susceptibility of different wood materials within the batches. The proposed method is based on natural contamination of non-sterile surfaces in climates conducive to mould growth. For this purpose, a climate chamber with regulated temperature and relative humidity was used. The conditioning chamber was divided into upper and lower chamber by a thin layer of stainless steel placed horizontally above the fan to minimise air circulation to the sample in the upper compartment. Mouldinfected samples from outdoor tests were used as a source of mould inocula, and test trials were conducted on Scots pine (Pinus sylvestris L.) sapwood. Samples were suspended from the top of the upper chamber, and the chamber was exposed to different temperature and humidity levels. Severe mould infestation was observed after days of incubation. Visual mould rating was then performed. Regardless of some constraints, this test method was very simple, fast, and effective. More importantly, unlike other test methods, it closely models mould infestation as it would occur under natural condition. S. A. Ahmed (&) M. Sehlstedt-Persson (&) T. Morén Department of Engineering Sciences and Mathematics, Division of Wood Science and Engineering, Wood Physics, Luleå University of Technology, Campus Skellefteå, Forskargatan 1, Skellefteå, Sweden sheikh.ahmed@ltu.se M. Sehlstedt-Persson margot.sehlstedt-persson@ltu.se T. Morén tom.moren@ltu.se Entwicklung eines neuen Schnellverfahrens zur Prüfung von Schimmelbefall in einer Klimakammer Vorversuche Zusammenfassung Zweck dieser Studie war die Entwicklung eines schnellen, einfachen und robusten Verfahrens zur Prüfung von Schimmelbefall auf Massivholz im Labor. Ziel war es, die Anfälligkeit von in der Prüfkammer unterschiedlich angeordneten Prüfkörpern für Schimmelbefall zu untersuchen. Die vorgeschlagene Methode basiert auf natürlicher Kontamination nicht steriler Oberflächen in Klimata, die Schimmelwachstum fördern. Hierfür wurde eine Klimakammer mit regulierbarer Temperatur und relativer Luftfeuchte verwendet. Die Klimakammer wurde mittels einer horizontal über dem Ventilator angebrachten dünnen Edelstahlplatte in einen oberen und einen unteren Teil abgeteilt, um die Luftzirkulation im Bereich der Prüfkörper in der oberen Kammer zu minimieren. Von Schimmel befallene Prüfkörper aus Freilandversuchen dienten als Infektionsquelle. An Kiefernsplintholz (Pinus sylvestris L.) wurden Testversuche durchgeführt. Die Prüfkörper wurden an der Decke der oberen Kammer aufgehängt und in der Kammer wurden verschiedene Temperatur- und Feuchteniveaus eingestellt. Nach Tagen wurde starker Schimmelbefall festgestellt. Anschließend wurde der Befall visuell bewertet. Abgesehen von einigen Einschränkungen erwies sich diese Methode als sehr einfach, schnell und effektiv. Noch wichtiger war jedoch, dass dieses Verfahren, im Vergleich zu anderen Prüfverfahren, Schimmelbefall am realistischsten modelliert. 1 Introduction Critical factors influencing mould growth on wood include the moisture content (MC) of wood, relative humidity 123

14 Author's personal copy 452 Eur. J. Wood Prod. (2013) 71: (RH), and temperature of the environment (Grant et al. 1989; Theander et al. 1993; Viitanen 1997). However, the MC of wood depends on the surrounding environment. For example, the average MC of wood can deviate under ambient conditions due to small changes in temperature, especially at high RH (Time 2002; Sargent et al. 2010), affecting outdoor mould testing. Fluctuating RH can result in retardation of mould growth (Isaksson et al. 2010). However, if the RH is high enough, mould spores can germinate and grow without free water. A RH above 95 % in combination with suitable temperature (25 40 C) can result in visible mould growth on pine and spruce sapwood within a few days. The minimum RH for mould growth is % at 20 C and % at 40 C, if the exposure time is expanded to 24 weeks (Viitanen and Ritschkoff 1991; Viitanen 1997). Rot fungi degrade wood when there is enough available water. In this case, as mould is able to bind water, it produces high MC near the wood surface, which can make the wood more susceptible to wood-rotting fungi. Therefore, mould infestation can indicate or even accelerate an attack of rot fungi (Blom and Bergström 2005). It is clear that interior and outdoor wood products are prone to mould fungi as the natural climatic condition can provide suitable environment for mould to grow. Therefore, durability tests are required to ensure the aesthetics of wood products, prevent health hazards, and ensure the service life of wood. Accelerated field tests are limited because they require long incubation periods and also dependent on the time of year (summer autumn) (Isaksson et al. 2010). On the other hand, accelerated laboratory tests under sterile or nonsterile condition require a special setup (Blom and Bergström 2005; AWPA E ; SP ; ASTM D ). Accelerated laboratory test method developed by Blom and Bergström (2005) used repeated dry wet cycle on non-sterile wood samples for 10 weeks. As mentioned earlier, fluctuating RH could actually retard the mould growth (Isaksson et al. 2010). A stable climatic condition is thus necessary to enhance the mould growth further in laboratory condition. Since most of the laboratory decay tests are carried out in small containers, using Basidiomycete fungi as monoculture under sterile conditions, no interaction between the fungal species and other types of micro-organisms takes place as it happens in field conditions and many other situations where wood is used in practice (Van Acker et al. 1999). Generally three types of interaction between fungi are recognized: competition, antagonism, and mutualism (Råberg et al. 2005). Mostly, those interactions are the different ways of competition for space and nutrients, influencing their establishment (Cooke and Whipps 1993). Unlike decay resistant tests under laboratory conditions using different fungi culture (e.g. EN ; ASTM D ), ENV 807 (2009) uses unsterile soil and is reported to be more relevant to actual field performance than other available laboratory standards (Westin 2008). Thus, it would be interesting to develop a mould test method that uses more natural conditions than current monoculture methods. The authors believe that using naturally infected samples as source of mould inocula, will allow natural biological interactions under laboratory test condition. A rapid mould testing using a climate chamber was developed. This method does not claim to offer comparisons with other more established methods, but can compare within batches of the materials and process variables under investigation. During the development of this new mould testing method, some preliminary tests were performed on different batches of wood such as dried sugar-enriched sapwood of pine dried industrially or in the laboratory. Therefore, the aims of this report were to test the climate chamber for its feasibility in accelerated mould growth using Scots pine (Pinus sylvestris L.) sapwood boards dried under different conditions. It is of interest to see whether this method could facilitate mould development from lower to higher grade on wood samples within the batches within a short period of time. Visual grading for the degree of mould growth on the various samples within the batches was performed, and mould growth was examined microscopically. 2 Materials and methods 2.1 Wood material Winter felled (in January March), kiln-dried, green Scots pine (Pinus sylvestris L.) boards (ca mm 2 ) were collected from Kåge sawmill, Kåge, Sweden (ca N, E). This species is readily available and is highly susceptible to mould. Scots pine (Pinus sylvestris L.) sapwood contains a large amount of soluble sugar, which provides nutrients for mould especially in winter-felled timber (Terziev and Boutelje 1998). The number and dimensions of the samples are presented in Table Wood drying Industrial kiln drying was performed at a maximum temperature of 64 C for 65 h. During drying, the boards were double-stacked in sapwood out fashion as shown in Fig. 1. This facilitated the migration of soluble carbohydrates and nitrogen compounds (nutrients) towards the outer surfaces of the wood (Sehlstedt-Persson et al. 2011). The boards were cut into 900 mm long pieces and randomly divided into two sets- 123

15 Author's personal copy Eur. J. Wood Prod. (2013) 71: Table 1 Parameters for different sets of experiments Tab. 1 Parameter der verschiedenen Teilstichproben Set Sample size (mm) Number of boards Number of working samples Set temp. ( C)/RH (%) Days of incubation Batch /97 12 Batch /96 12 Batch /94 14 Sticker Load Sapwood out Fig. 1 Double stacking of boards during industrial kiln drying for Batch 1 and Batch 2. Sapwood out refers to the sapwood sides facing outwards Abb. 1 Paarweise Anordnung der Bretter der Teilstichprobe 1 und 2 bei der technischen Trocknung. Sapwood out bezeichnet die nach außen zeigenden Splintholzseiten Batch 1 and Batch 2 for the test run. These two batches were used to find out the proper climatic condition for accelerated mould testing in the climate chamber. For the final set (Batch 3), seven green sapwood boards (ca mm 2 ) were cut into 335 mm long pieces and were end-sealed with silicon resin. Samples from Batch 3 were randomly selected and subdivided into seven groups to observe the effect of different drying temperatures on mould susceptibility. Several 30 mm thick slices were obtained from every board in each group to determine the moisture content (MC) by gravimetric method. Among the seven groups, six were double-stacked in sapwood out position (Fig. 2) and oven-dried at 70, 90, 110, 130, 150, and 170 C, respectively. The total number of samples was 7, 6, 6, 6, 7, 6, and 6 for 70, 90, 110, 130, 150, 170 C, and air-dried group, respectively. When necessary, 1 2 extra oven-dried wood samples were used to facilitate double stacking according to Fig. 2. The air-dried group was also double stacked in sapwood out position during air drying and used as control. Based on the MC and the green weight, the weight at 40 % MC of each sample was calculated. Before drying, the weight of each group was recorded. The samples were then oven-dried until the calculated weight at 40 % MC was achieved. This took approximately 13, 7, 5, 4, 4, and 3 h of drying at 70, 90, 110, 130, 150, and 170 C, respectively. The aim of this drying experiment was to dry the green samples at the capillary phase where the MC is high with free capillary Load water present in sapwood. After drying, all samples were room conditioned for 180 days. Some samples were unexpectedly found with visible mould growth on their inner surfaces (nutrient depleted) after conditioning. Thus, the inner surfaces and edges of all samples in Batch 3 were planed carefully to minimize possible contamination and to provide similar conditions for all samples before placing them in the mould chamber. 2.3 Accelerated mould tests and grading Double stacked boards in sapwood out position Fig. 2 Double stacking ( sapwood out ) of boards during drying at different temperature ranges for Batch 3 Abb. 2 Paarweise Anordnung der Bretter ( sapwood out ) der Teilstichprobe 3 bei der Trocknung mit verschiedenen Temperaturen Accelerated mould tests were performed in dark conditions in a climate chamber ARCTEST ARC 1500 (Arctest Oy, Espoo, Finland) with controlled relative humidity (RH) and temperature. The inner dimensions of the stainless steel chamber were 980 (width) 9 1,450 (height) 9 1,050 (depth) mm 3. Aluminium bars were attached to the top of the chamber. Each sample was nailed on the top side of their end grains and hung from the supporting aluminium bars. A minimum 10 mm gap was maintained between the two samples. A thin stainless steel sheet was placed horizontally above the fan to minimise air circulation in the sample compartment which facilitated mould establishment on the samples surfaces (Fig. 3). Two Vaisala INTERCAP Ò humidity and temperature probes HMP60 (Vaisala Oyj, Helsinki, Finland) were placed inside the chamber to record data throughout the experimental period 123

16 Author's personal copy 454 Eur. J. Wood Prod. (2013) 71: Sample Sample Upper chamber Temperature about 1 o C above the set point RH about 3-4% below the set point Mould infected sample Stainless steel sheet Fan Mould infected sample Mould infected sample Lower chamber Temperature about 0.5 o C above the set point RH about 0.1-2% below the set point Fig. 3 Schematic of the climate chamber. Note the temperature and RH (relative humidity) variations from the set point in upper and lower chamber. Experimental samples installed on the upper and naturally infected samples as a source of mould inocula on the lower part. Dimensions are not true to scale Abb. 3 Schema der Klimakammer. Angegeben sind die Abweichungen der Temperatur und der relativen Luftfeuchte vom Einstellwert im oberen und unteren Teil der Kammer. Die Prüfkörper befinden sich im oberen Teil der Kammer und die natürlich befallenen Prüfkörper als Infektionsquelle im unteren Teil der Kammer. Darstellung ist nicht maßstabsgetreu in 1 h intervals with a PC-logger AAC-2 (intab, Stenkullen, Sweden). To confirm even climatic conditions (27 C/ 94 %) at different positions in the upper chamber, three Vaisala probes were placed diagonally and the climatic conditions were observed as shown in Fig. 4. The temperature and RH were steady at different positions (back corner, middle or front corner). Thus, it is postulated that the position of the sample in the climate chamber will not affect its mould susceptibility. Three different tests were performed using the different climates shown in Table 1. Three mould-infected Scots pine sapwood pieces from previous experiments (Sehlstedt-Persson et al. 2011) were placed in the lower part of the climate chamber to infest the chamber with spores. The infected samples were reported to contain Cladosporium, Penicillium, and yeast in abundance along with various other species (Sehlstedt-Persson et al. 2011). After 2 days of chamber infestation, the test samples were installed in the upper part of the climate chamber. The experiment was stopped for Batch 1 and Batch 2 after 12 days of incubation as abundant mould growth was observed on some of the sample surfaces. For Batch 3, samples were evaluated twice, once after 10 days and again after 14 days. The flat side of each sample showing the worst mould growth was evaluated first. The mould growth was graded on a scale of 0 6. The lowest level (0) had no visible mould, while the highest level (6) had extremely severe mould growth on the board surfaces. More detailed information about mould grading can be found in Sehlstedt-Persson et al. (2011). Two independent Relative humidity, RH (%) Probe 1 Probe 2 Probe 3 Set RH 94% Set temperature 27 o C Time (h) Fig. 4 Temperature and RH at different positions in the upper chamber at temperature/rh 27 C/94 %. Small circles represent the diagonal position of Vaisala probes 1 ( ), 2 ( ), and 3 (d) from the front to the back of the upper part of the climate chamber. Bold dotted straight lines show the set points for RH and temperature Abb. 4 Temperatur und relative Luftfeuchte an drei verschiedenen Stellen im oberen Teil der Kammer bei einer Temperatur von 27 C und 94 % rel. Lf. Die kleinen Kreise zeigen die diagonale Anordnung der Vaisala Sonden 1 ( ), 2 ( ) und 3 (d) im oberen Teil der Klimakammer. Fett gestrichelte Linien zeigen die Einstellwerte für rel. Luftfeuchte und Temperatur investigators performed the visual inspection without the help of a loupe or microscope. Surfaces of sapwood sides were assessed excluding edges, heartwood area, and the area under the stickers during drying. A mould grade 0 2 was classified as good to acceptable for use. A mould grade of 3 was classified as questionable for use and a mould grade of 4 6 was classified as unacceptable for use Temperature ( o C) 123

17 Author's personal copy Eur. J. Wood Prod. (2013) 71: Microscopic observation This forced mould experiment is based on grading with the naked eye without the aid of a microscope. However, a few individual mouldy surfaces were also microscopically examined to observe general differences between mould grades 1 and 6. Further studies of mould type were performed using an electron microscope Light microscopy To observe the mould on the wood surfaces, an Olympus stereo microscope SZH-ILLD (Olympus Corporation, Tokyo, Japan) fitted with a LED ring light 66/40 illumination with a control unit (Photonic Optics, Vienna, Austria) and a USB ueye LE camera, UI-1485LE-C-HQ (IDS Imaging Development Systems GmbH, Obersulm, Germany) was used. Images were recorded digitally and stored using ueye Demo, software in Bitmap (BMP) file format Scanning electron microscopy Scanning electron microscope (SEM) analyses were carried out on sample blocks (ca mm 3 ) using a JSM (JEOL, Akishima, Japan) electron microscope at 15 kv accelerated voltage to observe various mould types and their depth of penetration. Sample blocks were adhered to aluminium stubs with double sided tape and sputtercoated with gold ready using a Desk II Cold Sputter (Denton Vacuum Inc., Moorestown, USA) for SEM observation. 3 Results and discussion 3.1 Climatic condition in the chamber Temperature and RH must be effectively controlled in order for the chamber to function reproducibly during the short incubation period. As severity and rate of mould growth on wood is a function of the MC and sugar deposition on the surface (Sehlstedt-Persson et al. 2011), a stable RH and temperature is required for test boards to develop rapidly and maintain an adequate moisture level to support mould growth. Throughout the experimental period, climatic conditions in the chamber were steady. However, slight differences were noted between the lower and upper compartments (Fig. 5). There was a protective layer (stainless steel sheet) between the two parts to minimise air circulation to the upper part facilitating the settlement and germination of mould spores on the experimental samples. In the upper part, the temperature was slightly higher and the RH was slightly lower than the Relative humidity, RH (%) Set 97% Average 94.06% (±0.56) Upper chamber a b c Average o C (±0.08) Set 27 o C Incubation time (h) Set 97% Average 96.84% (±0.55) Average o C (±0.10) Set 96% Average 92.19% (±0.41) Average o C (±0.08) Set 35 o C Set 96% Average 95.91% (±0.42) Average o C (±0.05) Set 94% Average 90.10% (±0.35) Average o C (±0.05) Set 27 o C Set 94% Average 92.16% (±0.57) Average o C (±0.05) Temperature ( o C) Lower chamber Set 27 o C Set 35 o C Set 27 o C Incubation time (h) Fig. 5 Temperature and RH data during the experimental period for Batch 1 (a), Batch 2 (b), and Batch 3 (c). Each point is the average of two measurements. Solid and dotted lines show the RH and temperature respectively. Bold straight and dotted straight lines show the set points for RH and temperature respectively. Values in parentheses are the standard deviations Abb. 5 Temperatur und rel. Luftfeuchte während des Versuchszeitraums für a) Teilstichprobe 1, b) Teilstichprobe 2 und c) Teilstichprobe 3. Jeder Punkt ist ein Mittelwert aus zwei Messungen. Fette Linien zeigen die rel. Luftfeuchte und gestrichelte Linien die Temperatur. Fette gerade Linien zeigen den Einstellwert für die rel. Luftfeuchte und gestrichelte gerade Linien den Einstellwert für die Temperatur. Werte in Klammern geben die Standardabweichung an 123

18 Author's personal copy 456 Eur. J. Wood Prod. (2013) 71: set points (see Fig. 3). The stainless steel sheet was responsible for these differences. 3.2 Mould growth Double stacked-drying has a significant influence on the migration and deposition of low molecular weight carbohydrates on the outer surfaces of wood (Sehlstedt-Persson et al. 2011). When sapwood faces outwards, higher concentrations of low molecular weight carbohydrates are deposited on the outer surfaces compared with sapwood facing inwards. These low molecular weight carbohydrates provide nutrient for mould growth. Mould growth was higher on the outer side of the double-stacked sample than on the inner side because more wood extractives (e.g. proteins) and low-molecular weight sugars were present for mould metabolism (King et al. 1976; Fengel and Wegener 1989; Zabel and Morrell 1992; Schmidt 2006; Welling and Lambertz 2008; Sehlstedt-Persson et al. 2011). After 12 days of incubation, mould grading for samples in Batch 1 and Batch 2 were evaluated using the visual rating system (see Tables 2, 3). Mould growth was graded from 0 to 6. These two test runs were used to determine the proper conditions for mould growth in the climate chamber. The average mould rating on the outer side (sugar enriched side) of samples in Batch 1 and Batch 2 was 4.5 and 5.9, respectively. The average mould rating on the inner side was 1.3 and 3.0 for Batch 1 and Batch 2, respectively. The higher mould infestation on both sides of samples in Batch 2 was most likely due to the higher temperature (35 C compared to 27 C) applied during the incubation period. Higher temperature at almost the same RH level (96 97 %) accelerated the mould growth. This is consistent with other studies where mould growth in wood sample is accelerated at higher temperatures for a fixed RH (Viitanen and Ritschkoff 1991). Although accelerated mould growth is possible in the climate chamber, it will be likely to misjudge mould grading if the incubation period is delayed. Therefore, different treatments for mould susceptibility would be difficult to separate. Thus a slower growing condition was selected for Batch 3 by lowering the temperature and RH (27 C/94 %). Visual rating was performed independently by two people (Fig. 6). The mould grades for samples in Batch 3 dried at different temperatures are presented in Fig. 7. Before placing the samples in the climate chamber, the average MC was 8.4 %. After incubation, the MC was 19.6 %. As expected, control (air-dried) samples had significantly less mould growth. This occurred because nitrogen and carbohydrate gradients near the lumber surface in dried sapwood depend on the drying process. Air-dried sapwood surfaces have smaller gradients than kiln-dried lumber (Terziev 1995). However, no significant Table 2 Mould grading for samples in Batch 1 at a temperature of 27 C and 97 % relative humidity Tab. 2 Bewertung des Schimmelbefalls der Teilstichprobe 1 bei einer Temperatur von 27 C und 97 % rel. Lf. Sample no. Mould rating Moisture content (%) Outer side Inner side Table 3 Mould grading for samples in Batch 2 at a temperature of 35 C and 96 % relative humidity Tab. 3 Bewertung des Schimmelbefalls der Teilstichprobe 2 bei einer Temperatur von 35 C und 96 % rel. Lf. Sample no. Mould rating Moisture content (%) Outer side Inner side effect of drying temperature ( C) on mould susceptibility was observed. This meant that rapid drying at lower temperatures (70 90 C) when the MC is high because of free water, as well as redistribution of nutrients (low molecular weight carbohydrates and nitrogenous compounds) towards the wood surface must have affected mould susceptibility. On the other hand, with high temperature drying ( C), nutrients might have decomposed. Interestingly, those samples were mould susceptible. This may have resulted from hemicelluloses decomposition (Sundqvist 2002). Because capillary water was present during heating, the hemicelluloses degradation was assumed to be mainly hydrolytic (Fengel and Wegener 1989). In addition, heat treatment does not affect the growth of non-decaying wood fungi such as mould or stain fungi on the surface of wet wood even though it changes cellulose, hemicelluloses, and lignin content (Boonstra 123

19 Author's personal copy Eur. J. Wood Prod. (2013) 71: Fig. 6 Scale for visual mould rating (0 6) evaluated by the naked eye. Example from Batch 3 after 14 days of incubation Abb. 6 Skala fu r die visuelle Bewertung von Schimmelbefall (0 6). Beispiel aus Teilstichprobe 3 nach 14-ta gigem Befall 6 After 10 days After 14 days 5 Mould grade et al. 2007). Moreover, degradation products of hemicelluloses (e.g., sugars) might accelerate mould growth (Boonstra et al. 2007), cancelling out the temperature effect on mould susceptibility. The trend for mould susceptibility was the same for samples observed at 10 days and 14 days. However, after 14 days, mould infestation was slightly higher than after 10 days (Fig. 7). This test method is much faster compared with the existing standard method in ASTM D3273, whereas outdoor tests take approximately 3 8 months to complete (Terziev and Edlund 2000; Sehlstedt-Persson et al. 2011). As for example, using the same test materials in Batch 1 and 2, it took about 1 month in laboratory test at 20 C/ 84 % RH and 14 months in outdoor mould test (SehlstedtPersson and Wamming 2012). Whilst it took only days to complete the mould test using this accelerated method. Using outdoor contaminated samples as a source of mould infection is simple, practical and further enhanced the mould infestation on experimental wood Control Drying temperature (oc) Fig. 7 Mould grades on the outer surfaces of oven-dried Batch 3 samples after accelerated mould tests. Control group are from airdried samples. Error bars represent 95 % confidence intervals of the means Abb. 7 Bewertung des Schimmelbefalls an den a ußeren Oberfla chen der bei verschiedenen Temperaturen getrockneten Pru fko rper der Teilstichprobe 3. Die Pru fko rper der Kontrollgruppe sind luftgetrocknet. Die Fehlerbalken geben die 95 % Konfidenzintervalle der Mittelwerte an 123

20 Author's personal copy 458 Eur. J. Wood Prod. (2013) 71: materials. It not only accelerated the test but also facilitated contamination with different mould species as would occur under natural conditions. By efficiently controlling the environment, mould growth was enhanced. For accuracy of this test method, it is advisable to compare the mould rating on samples within the batch, as the test favours identical conditions among samples. This is a preliminary test for method development and at this stage it is confirmed that different mould grading was possible on samples within the batches. In Batch 1 and Batch 2, the authors tried to find out a suitable condition for mould growth on Scots pine samples in Batch 3. But in this experiment, no reference products were used for comparative purpose. In the next step of this method development, commercially available pine wood impregnated with Celcure AC 800 will be used. Continued research will further extend to test mould susceptibility on mixed softwood/ hardwood samples from different wood species treated with different process variables such as drying, impregnation and thermal modification. 3.3 Optical and SEM observation Mould growth was graded from 0 to 6 by visual observation (Fig. 8). In the lowest grade (0), there was no visible mould. There was also some doubt about mould growth for grade 1, but microscopic observation revealed traces of mould growth. In grade 6, very heavy mould growth can be observed by the naked eye and microscope. For a relative comparison, optical microscopic differences between grade 1 and 6 are presented in Fig. 8. Three infected samples from previous experiment were used as a source of mould, where Cladosporium, Penicillium, and yeast were in abundance with various other species. Because this test was performed under non-sterile conditions, any fungal spores present in the sample have the opportunity to grow. Thus, it is not surprising to observe additional types of mould. Generally, colonisation of mould in wood is initiated by fungi living on cell contents such as sugar and starch (Råberg et al. 2005). Under favourable conditions, abundant spores are produced from sporangia and germinate on the sugar-enriched wood surfaces. The majority of spores were from Penicillium and Aspergillus genera (see SEM photographs in Fig. 9a, c, d). Abundant white and sometimes coloured mycelia covered the entire surface of the wood where heavy infestations were present (Fig. 8b). Different types of mould generally grow only on the surface of the wood (Fig. 9). However, the authors found that mould can grow up to 2.3 mm (range mm) deep through open structure in the wood (see Fig. 9g, h). Mould consists of multiple filamentous structures called hypha, which secrete hydrolytic enzymes from their tips to break down the nutrients within the wood and draw upon these nutrients as a source of energy. Once this process begins, mould colonies produce abundant spores to spread throughout the surrounding area. Thus, under favourable conditions (optimum temperature, RH, and nutrition), mould growth was severe within a very short period of time. This method could simply, robustly, cheaply, and rapidly assess the influence of material and process parameters on mould infestation of wood. It is simple in the sense that a normal conditioning chamber can be turned into a mould chamber without major changes. The controlled climate excludes the influence of sample position within the cabinet. Nonetheless, this test is disadvantageous in the sense that mould grade can vary when different sources of contamination are used. Therefore, results cannot be compared with the result obtained from standards, outdoor testing or Fig. 8 Comparison of relative mould grade 1 (a) and 6 (b) observed under the light microscope. Scale bars 500 lm Abb. 8 Vergleich des relativen Schimmelbefalls a) der Stufe 1 und b) der Stufe 6 mit dem Lichtmikroskop. Maßstabsbalken = 500 lm 123

21 Author's personal copy Eur. J. Wood Prod. (2013) 71: Fig. 9 SEM images of different mould fungi. a Penicillium mould and spores. b Long acropetal chains consisting of lemon-shaped conidia of Penicillium. c Sporangium of Aspergillus. d Mature sporangium with sporangiospores of Rhizopus. e Spores at high magnification. f A germinated spore. g Growth of hyphae through the apertures of the bordered pit. h Mould hypha in the ray parenchyma. Scale bars 10 lm Abb. 9 REM-Aufnahmen verschiedener Schimmelpilze. (a) Penicillium Schimmel und Sporen, (b) lange akropetale Ketten aus zitronenförmigen Penicillium-Konidien. (c) Aspergillus-Sporangien, (d) reife Sporangien mit Rhizopus-Sporangiosporen, (e) stark vergrößerte Sporen, (f) eine gekeimte Spore, (g) Hyphenwachstum durch die Öffnungen der Hoftüpfel, (h) Schimmelhyphe im Parenchymstrahl. Maßstabsbalken = 10 lm from different batches. Because the test is performed in non-sterile conditions, a number and different unknown fungal species may grow. This can depend on the season when the test is performed. However, this test is more natural than using monocultures. Another constraint is that sample dimensions and number of samples are limited to the size of the climate chamber. Finally, it is difficult to monitor the degree of mould infestation without opening the chamber door, which might interrupt mould growth. A climate chamber constructed with clear Plexiglas would resolve this problem. It is interesting that with this accelerated, simple, and robust method, results/responses can be obtained after only days compared to other accelerated laboratory tests (ca. 35 days or more) or outdoor test (ca. 100 days or more). Using this method, the grading system does not ensure any specific period of time for a mould free surface; however, products with a lower grading would likely perform better in service. 4 Conclusion The authors considered simplicity when developing their mould testing method. Using mould-infected wood samples from outdoors as sources of inocula provided a natural mode of mould infestation. The overall findings of this report are: 123