Mats Westin, Magnus Wålinder, Pia Larsson Brelid och Marie-Louise Edlund Nya modifierade träprodukter för utomhusanvändning SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut SP Bygg och Mekanik SP RAPPORT 2006:10
Mats Westin, Magnus Wålinder, Pia Larsson Brelid och Marie-Louise Edlund Nya modifierade träprodukter för utomhusanvändning
2 Abstract New modified wood products for out door use The environmental discussion in Sweden has lead to an increasing use of naturally durable domestic wood species and wood treated according to environmentally friendly methods for above ground end-uses. New wood products treated with derivatives of linseed oil and tall oil have been tested according to durability against wood destroying micro-organisms, dimension stability and environmental impact. As reference material commercial produced linseed oil and tall oil treated wood as well as acetylated and untreated pine sapwood was used. The results can be summarized: Treating wood with oil derivatives give a product with durability not better than pine- or larch heartwood, i.e. less durable than conventional treated wood and acetylated wood. No improvement of dimension stability was reached. The oil treated wood had a slower water uptake, which is an advantage in above ground use. Key words: modified wood, oil derivatives, durability, dimension stability SP Sveriges Provnings- och SP Swedish National Testing and Forskningsinstitut Research Institute SP Rapport 2006:10 SP Report 2006:10 ISBN 91-85303-94-1 ISSN 0284-5172 Borås 2006 Postal address: Box 857, SE-501 15 BORÅS, Sweden Telephone: +46 33 16 50 00 Telex: 36252 Testing S Telefax: +46 33 13 55 02 E-mail: info@sp.se
3 Innehållsförteckning Abstract 2 Innehållsförteckning 3 Förord 4 Sammanfattning 5 1 Bakgrund 7 2 Målsättning 7 3 Material 8 3.1 Tallolja 8 3.2 Reaktiv tallolja 8 3.3 Linolja 8 3.4 Värmebehandling i rapsolja följt av behandling i varm linolja (Thermex+Royal) 9 3.5 Reaktiv linolja 9 3.6 Acetylerat trä 9 3.7 Obehandlad furusplint 9 4 Metoder 10 4.1 Vattenlakning enligt EN 84 10 4.2 Rötprovning enligt AWPA E10 (s k soil-block test) 10 4.3 Rötprovning i osteril jord,tmc (Terrestrial microcosms) ENV 807 11 4.4 Beständighet 12 4.5 Ecotoxtest enligt ISO 113 48-3 13 4.6 Tryckhållfasthet 14 4.7 Dimensionsstabilitet 14 4.8 Vattenupptagning 14 5 Resultat 14 5.1 Rötprovning enligt AWPA E10 14 5.2 Rötprovning i osteril jord,tmc 15 5.3 Beständighet 16 5.4 Ecotoxtester 17 5.5 Hållfasthet 18 5.6 Dimensionsstabilitet 18 5.7 Vattenupptagning 20 6 Slutsatser 23 7 Referenser 25
4 Förord Detta forskningsprojekt är utfört vid SP Trätek i Borås och Stockholm och har finansierats av Skogsindustrierna (Proj. Nr 2004-002). Arbetet har fokuserats på trämodifiering genom behandling med s.k. reaktiva oljor och dess effekt på träets fuktkänslighet och beständighet mot mikrobiologisk nedbrytning, samt analyser av toxicitet. Forskning och teknikutveckling gällande modifierat trä och utvärdering av beständigheten hos trä och träbaserade material och produkter är viktiga områden i SP Träteks verksamhet, särskilt i ljuset av nya genomgripande nationella och globala restriktioner mot användningen av traditionella träskydd. Ett stort tack framförs särskilt till examensarbetarna Julia Paravicini, universitetet i Göttingen, Tyskland, som utförde stor del av laboratoriearbetet samt Pavel Domagalski och Agnieczka Nowika, lantbruksuniversitetet i Poznan, Polen, vilka båda gjorde förberedande arbeten och startade flera försök. Linda Erikssons hjälp har varit ovärderlig för att starta rötprovningarna enligt AWPA E10. Författarna tackar även Skogsindustrierna för finansieringen. Stockholm, Februari 2006 Magnus Wålinder
5 Sammanfattning Under senare år har impregnerat trä ifrågasatts från miljösynpunkt och användningen av vissa träskyddsmedel har begränsats genom föreskrifter från Kemikalieinspektionen. För att ersätta impregnerat trä har alternativa, mindre miljöbelastande behandlingar lanserats, liksom alternativa träslag som anses ha bättre beständighet än furu och gran. Nya introducerade modifieringsmetoder bygger på impregnering av träbaserade produkter med reaktiv linolja och tallolja för användning i fuktutsatta miljöer. Målsättningen med detta projekt har varit att utvärdera effekter av behandlingar med reaktiv tallolja och reaktiv linolja på massiva träprodukter. Egenskaper av central betydelse när det gäller träprodukter för användning i utomhusapplikationer är beständighet och dimensionsstabilitet. I målsättningen har även utvärdering av eventuell påverkan på den yttre miljön ingått. Resultaten av undersökningarna kan sammanfattas: Modifiering av trä med reaktiva linolje- respektive talloljederivat är ett kostsamt sätt att åstadkomma träprodukter med beständighet i nivå med furu- eller lärkkärna, dvs avsevärt lägre beständighet än vad traditionell träskyddsbehandling (tryckimpregnering) eller kemisk modifiering såsom acetylering ger. Sann dimensionsstabilisering (vid jämviktstillstånd) är dessutom obefintlig till följd av modifiering med reaktiva oljor, till skillnad från exempelvis acetylering som ger kraftigt minskade svällnings-/krympningsrörelser. I jämförelse med ren värmebehandling eller acetylering framstår således modifiering med reaktiva oljor som både dyrare och sämre. Viss effekt vad gäller långsammare fuktupptagning, vilket har en viss betydelse i ovan mark exponering, uppnås dock vid mycket höga oljeupptag vid modifieringen. Referensbehandlingar med vanlig linolja resp tallolja, dvs kommersiella produkter från Setra (EcoImp) och EkoPine, som marknadsförs som alternativ till tryckimpregnerat trä, har dessutom i våra försök visat sig ge mycket liten förbättring av beständigheten jämfört med obehandlat trä vilket måste anses som remarkabelt.
6
7 1 Bakgrund Under senare år har impregnerat trä ifrågasatts från miljösynpunkt och användningen av vissa träskyddsmedel har begränsats genom föreskrifter från Kemikalieinspektionen. Användningen av arsenik och krom är starkt begränsad och kommer sannolikt att begränsas ytterligare. För att ersätta impregnerat trä har alternativa, mindre miljöbelastande behandlingar lanserats, liksom alternativa träslag som anses ha bättre beständighet än furu och gran. Som alternativ till impregnerat trä har nya metoder för att förlänga träets beständighet i utsatta konstruktioner lanserats, så som värmebehandling, kemisk modifiering och behandling med fuktavvisande medel t ex linolja. De mest studerade modifieringarna är furfurylering, acetylering och värmebehandling. Dessa modifieringsmetoder har visat på både en ökad rötbeständighet och ökad dimensionsstabilitet hos det modifierade trämaterialet (Lande et al 2004, Larsson Brelid 1998, Tjeerdsma 2005). Inom ett EU-projekt arbetar man med värmebehandling av trä i reaktiva vegetabiliska oljor, ECOTAN, och inom CRAFT-programmet pågår forskning rörande behandling av trä med reaktiv solrosolja. Nya introducerade modifieringsmetoder bygger på impregnering av träbaserade produkter med reaktiv linolja och tallolja för användning i fuktutsatta miljöer. Dessa har i detta arbete utvärderats, med fokus på beständighet och dimensionsstabilitet, tillsammans med oljebaserade idag kommersiella produkter. Som referensmaterial valdes acetylerat trä då det är ett av de mest studerade modifierade materialen. I tidigare rapporter har effekten av såväl kemisk modifiering som värmebehandling rapporterats (Westin 2006, Jermer et al 2003,) och vissa undersökningar har också gjorts vad gället effekten av behandling med oljor (Englund 2003) och impregnering med linolja (Edlund 2003). Oljor ger en fuktavvisning som bidrar till att hålla träets fuktkvot på en låg nivå men har en tendens att läcka ut från virket. Genom att tillsätta reaktiva komponenter i oljorna skulle man kunna binda oljorna till virket och därmed få ett mer långsiktigt skydd. I detta projekt har egenskaper hos virke behandlat med s k reaktiva tall- och linoljor undersökts vad gäller rötresistens, dimensionsstabilitet Toxicitet är tillsammans med nedbrybarhet och bioackumulerbarhet viktiga egenskaper då man undersöker ett materials miljöpåverkan. Det finns idag ett stort antal testmetoder att tillgå för att bestämma dessa egenskaper. Toxiciteten hos ämnen eller blandningar (tex lakvatten) bestäms genom att de testas på olika organismer. Microtox är ett relativt snabbt och enkelt toxicitetstest där man mäter nedgången i ljusintensitet hos en marin ljusalstrande bakterie (Vibrio fisherii), jämfört med ett kontrollprov som inte innehåller något lakvatten (Wegen et al 1998; Van Eetvelde et al 1998) 2 Målsättning Målsättningen har varit att utvärdera effekter av behandlingar med reaktiv tallolja och reaktiv linolja på massiva träprodukter. Egenskaper av central betydelse när det gäller träprodukter för användning i utomhusapplikationer är beständighet och
8 dimensionsstabilitet. I målsättningen har även utvärdering av eventuell påverkan på den yttre miljön ingått. 3 Material Provmaterialet består av furusplintved, Pinus sylvestris, och kan delas upp i två grupper, hädanefter betecknade dels små prover, prover som impregnerats i den storlek som används vid de olika provningarna, dels stora prover där proverna sågats ut ur material som impregnerats i grövre dimensioner. De små proverna har i regel högre upptagning av oljor än de stora proverna 3.1 Tallolja Proverna med icke reaktiv tallolja impregnerades kommersiellt av EkoPine OY i Finland. Upptagningen beräknades till ca 150 kg/m 3. Proverna visade tecken på att oljan läckte ut på ytan av materialet. I vattenupptagningsförsöket och mätningen av dimensionsstabilitet ingick två olika prover behandlade vid olika tillfällen. 3.2 Reaktiv tallolja Talloljefettsyra (vanligen kallad TOFA efter Tall Oil Fatty Acid), som genom derivatisering försetts med reaktiva epoxidgrupper, har förmågan att reagera med vedens hydroxyler och förankras kovalent. I dessa försök späddes den epoxiderade fettsyran ut med dimeriserad TOFA till en halt av ca 10 %. (Det kan antas att det är fullt tillräckligt att förankra en mindre del av fettsyrorna i veden, varefter de övriga binds sekundärt genom adhesion och oxidativ polymerisation. Att utnyttja den epoxiderade fettsyran outspädd skulle för övrigt inte vara ekonomiskt försvarbart). Derivatiseringen utfördes av professor Salme Koskimies vid VTT Processes. De mindre proverna (14x14x14 mm) behandlades med epoxi-tofa (10 % i TOFA-dimer) utan andra tillsatser, medan 20 viktsprocent av TOFA ersattes med etylacetat för de större proverna (25x50x500 mm) för att minska viskositeten. Båda uppsättningarna av prover impregnerades under samma förhållanden: 15 minuter med 80% förvakuum impregnering 45 min vid 11 bar och ett slutvakuum på 90% i 60 minuter. Upptagningen i de mindre proverna blev ca 115 kg/m³. Talloljederivatet framställdes av Nina Heiskanen på VTT Processes och behandlingarna utfördes av Antti Nurmi vid VTT Building and Transport. 3.3 Linolja Prover impregnerades av Setra Group med olja från LinoTech. Produkten utgörs av en vanlig linolja som tränger in i cell-lumen, hartskanaler och andra håligheter, men inte binder till träet. Upptagningen var ca 150 kg/m 3. Behandlingen är kommersiellt tillgänglig och produkterna marknadsförs under produktnamnet EcoImp.
9 3.4 Värmebehandling i rapsolja följt av behandling i varm linolja (Thermex+Royal) Provmaterial av typen Thermex erhölls av AB Bitus. Thermex processen är en relativt kort värmebehandling i rapsolja vid 190-200 C. Denna produkt hyvlades och impregnerades med varm linolja på SP i Borås enligt Royalprocessen (True et al 2003). Upptagningen av linolja var 50 kg/m 3. 3.5 Reaktiv linolja Proverna impregnerades med en linoljefettsyra (LOFA) som gjorts reaktiv genom att den försetts med anhydridgrupper. I ett mellansteg drevs vatten av vid 150 C, och därefter värmebehandlades proverna i icke torkande rapsolja vid 160 C resp 200 C. Prover av olika storlek behandlades: - - - - prover av storleken 14x14x14x med efterbehandling vid 160 C. Upptagning ca 480 kg/m 3 prover av storleken 25x50x500 mm med efterbehandling vid 160 C. Upptagning ca 135 kg/m 3 prover av storleken 14x14x14x med efterbehandling vid 200 C. Upptagning ca 450 kg/m 3 prover av storleken 25x50x500 mm med efterbehandling vid 200 C. Upptagning ca 270 kg/m 3 Behandlingen utfördes av Bôke Tjeerdsma på träforskningsinstitutet SHR i Holland som en del av EU-projektet ECOTAN. ECOTAN bygger vidare på erfarenheter från tidigare EU-projekt, NATRES och CHEMOWOOD (där SP deeltagit i det senare). Konceptet i detta EU-projekt är just att impregnering med reaktivt linoljederivat följs av kortvarig värmebehandling i rapsolja (jämför Thermex). Vid värmebehandlingen reagerar anhydridgupperna effektivt med vedens hydroxylgrupper fetresom det krävs temperaturer på över 160 C för sådana reaktioner. Dessutom ger värmebehandlingen ytterligare ökad beständighet (ref). 3.6 Acetylerat trä Acetylering är en metod för kemisk modifiering av ved som leder till dimensionsstabilisering och rötskydd. Vedens hydroxylgrupper får reagera med ättiksyraanhydrid, varvid acetylgrupper bildas. Samtidigt bildas ättika som biprodukt. Acetyleringen har utförts i SPs pilotanläggning enligt ett förenklat förfarande (Rowell et al 1985). Virke med en fuktkvot av ungefär 6% fullcellsimpregnerades med ättiksyraanhydrid. Virket värmdes till lämplig reaktionstemperatur och restkemikalier drevs av med hjälp av mikrovågsteknik. Total processtid var ca. 4 timmar. Acetyleringsgraden på virket efter behandling var 25% uttryckt som bundna acetylgrupper. 3.7 Obehandlad furusplint Splintved av furu, Pinus sylvestris, har, liksom splintved hos de flesta träslags, dålig beständighet mot vednedbrytande organismer. Den tar lätt upp vatten i vätskefas och angrips lätt av såväl rötsvampar som av missfärgande svampar. I de
10 flesta provningsmetoder för beständighet hos trä används furusplintved som referensmaterial. 4 Metoder 4.1 Vattenlakning enligt EN 84 De biologiska testerna föregicks av åldring genom vattenlakning enlig EN 84. Efter en inledande vakuum/tryck-impregnering i avjoniserat vatten, för att påskynda vattenupptaget, lakades proverna i 14 dagar (varje grupp separat). Lakvatten byttes tio gånger. Från varje behandling sparades vattenprov från första och sista lakvattnet får Ecotox-tester. Lakvattenproverna sparades frusna fram till analystillfället. Efter lakning torkades och vägdes alla provkroppar för att bestämma torr startvikt före biologisk provning. Lakning utförs för att simulera den miljö som trämaterialet utsätts för i realiteten. Det ger också en uppfattning om vad som lakas ut till den omgivande miljön. Den eventuella miljöpåverkan bestäms i Ekotox-försöken. 4.2 Rötprovning enligt AWPA E10 (s k soil-block test) Provkropar, 14x14x14 mm, blötlades i ca en timme för att påskynda påväxten av svamp vid inokuleringen varefter de steriliserades genom gammastålning eftersom den sedvanliga ångsteriliseringen skulle kunna påverka materialet. Provkropparna placerades på feeder strips (syllar) i burkar med steril jord uppfuktad till ca 95 % av jordens vattenhållningkapacitet. Mycelsuspensioner av fyra olika svampar tillreddes, tre brunrötor, Coniophora puteana, Postia placenta, Gloeophyllum trabeum, samt en vitröta, Trametes versicolor. För varje behandling ympades två burkar vardera med varje enskild svamp. Burkarna förvarades i ett mörklagt konditioneringsskåp (26 C och 70 % RH) under hela provtiden (10 veckor). Därefter rengjordes provkropparna, vägdes, torkades och vägdes igen. Viktsförlusten beräknades som procent av torrvikten före exponering.
11 Figur 1. Rötprovning enligt AWPA E 10. 4.3 Rötprovning i osteril jord,tmc (Terrestrial microcosms) ENV 807 Provstavar av dimensionen 5x10x100 mm sattes ned till ca 80 % av sin längd i lådor med osteril jord. Provernas torrvikt bestämdes före och efter exponeringen och viktsförlusten beräknades som procent av utgångsvikten. Tre olika jordar med dominans av olika typer av vednedbrytande mikroorganismer ingick i försöket, tabell 1. Exponeringen pågick i 40 veckor och omfattade 6 prover per träslag/behandling och jord. Under hela exponeringstiden förvarades jordlådorna i ett konstantrum med en temperatur på 20 C och en relativ luftfuktighet på ca 85 %. Tabell 1. Jordar för provning enligt ENV 807 samt dominerande mikroorganismer Jord Jord från Simlångsdalen Skogsjord Kompostjord Dominerande mikroorganismer Brunröta Vitröta och soft rot Soft rot och bakterier
12 Figur 2. Provning enligt modifierad EN 807. 4.4 Beständighet Naturlig beständighet hos trä kan enligt EN 350-2 delas in i fem klasser enligt tabell 2. I EN 350-2 ges en lista med beständighetsklasser för kommersiellt intressanta träslag och där furukärna och lärkkärna klassas i beständighets klass 3-4 och gran i klass 4. Beständighetsklasser kan även räknas ut med utgångspunkt från laboratorieförsök enligt EN 350-1 enligt formel 1, där x inom olika värden motsvarar olika beständighetsklasser enligt tabell 2. I denna studie har den naturliga beständigheten för de olika behandlingarna räknats ut med utgångspunkt från resultaten av E 10-provningarna och TMCprovningarna för att ge en uppfattning av beständigheten jämfört med kända trämaterial. Som ytterligare jämförelse kan nämnas att s k CCA-impregnerat trä hamnar i beständighetsklass 1. Tabell 2. Beräkning av beständighetsklasser från laboratorieprovning enligt EN 350-1 X = medelvärde av viktsförlusten hos provmaterialet medelvärde för referensmaterialet (1) Beständighetsklass Beskrivning Värdet på x 1 Mycket beständig x 0,15 2 Beständig 0,15 < x 0,30 3 Måttligt beständig 0,30 < x 0,60 4 Dåligt beständig 0,60 < x 0,90 5 Icke beständig x > 0,90
13 4.5 Ecotoxtest enligt ISO 113 48-3 Resultaten från Ecotoxtest anges ofta som EC 50, den koncentration (Effect Concentration) av lakvattnet vid vilken 50% av försöksorganismen uppvisar den sökta effekten tex. dödlighet. Syftet med denna undersökning är att utreda eventuell toxiska påverkan av urlakningsprodukter från det behandlade materialet på mark och vatten. Lakvatten från EN 84 har sparats och analyserats i en Microtox- spektrofotometer. Microtox är ett relativt snabbt och enkelt toxicitetstest där man mäter nedgången i ljusintensitet hos en marin ljusalstrande bakterien (Vibrio fisherii), jämfört med ett kontrollprov som inte innehåller något lakvatten. Figur 3. Microtox-spektrofotometer och lakvattenprov För varje modifieringsmetod sparades lakvatten från första och 10e lakningen för analys. Efter tillsats av närsalter, buffrande salter mm utfördes en 1:2- spädningserie dvs (1:2, 1:4, 1:8, 1:16, 1:32). Den första spädningen hade en lakvattenkoncentration på 45%, denna späddes sedan vidare till 22,25% 11,125% osv. Toxic Units (TU) beräknades som den koncentration (eller mellan två koncentrationer) som ger upphov till EC 50 dvs. 50% ljusnedgång. Den första spädningen (45% lakvatten) är detsamma som TU2 och påföljande spädningar motsvarar TU4, 8, 16 osv (se tabell 3) Tabell 3. EC 50 uttryckt som Toxic Unit TU< 2 inte ens den högsta konc (1:2) gav 50% ljusnedgång TU= 2-4 EC 50 ligger mellan högsta (1:2) och näst högsta (1:4) spädningen TU= 4 Näst högsta spädningen (1:4) gav 50% ljusnedgång
14 Eftersom de marina bakterierna är extremt känsliga för toxiska ämnen, brukar man räkna lakvatten med TU 16 som relativt ogiftiga. Som jämförelse kan nämnas att lakvatten från såväl de flesta beständiga tropiska träslag som konventionellt tryckimpregnerat trä (impregnerat med konventionellt kopparbaserat träskyddsmedel) brukar få TU på över 128. 4.6 Tryckhållfasthet Biologisk nedbrytning kan mätas både genom viktsförlustbestämningar och bestämning av hållfasthetsreduktion. Den senare infallsvinkeln medför två fördelar. Den ena är att man direkt mäter en egenskap av betydelse för virket vid användning, och det är också ofta en känsligare metod, som ger utslag långt innan allvarliga viktsförluster hunnit uppträda. Den andra är att man inte riskerar att dra felaktiga slutsatser i de fall viktsförlusten beror på urlakning eller konsumtion av tillförda behandlingsmedel (alternativt viktsökning till följd av oxidation av lin- /tallolja), utan att vedpolymererna påverkats nämnvärt. För att få en uppfattning av styrkeförluster vid biologisk nedbrytning mättes tryckhållfastheten före och efter provning enligt E10. Mätningar utfördes på fem oexponerade provkroppar per behandling samt på alla exponerade prover efter att dessa konditionerats (20 C, 85 % RH). Resterande tryckhållfasthet beräknades som procent av ursprungligt värde. 4.7 Dimensionsstabilitet Dimensionsförändringar mättes på provkroppar 20x20x5 mm (tangentiellt, radiellt och longitudinellt). Proverna cyklades dels mellan 30 och 85 %RH (en månad i varje klimat), dels mellan vattenmättnad och ugnstorrt. För att minska risken för sprickbildning konditionerades de prover som varierades mellan vattenmättnad och ugnstorrt i ett mellansteg i 85 %RH. Fem radiella och fem tangentiella mått samt vikt bestämdes för varje tillstånd. 4.8 Vattenupptagning Vattenupptagningen hos de olika materialen mättes genom att små klossar, 20x20x5 mm (tangentiellt x radiellt x longitudinellt) vägdes efter konditionering, blötlades och vägdes efter 1, 2, 4 och 8 timmar första dygnet och därefter en till två gånger per dag fram till ca 180 timmar. Därefter togs de upp och vägdes med samma intervall under torkningen. Proceduren upprepades en gång. Därefter torkades proverna i 103 C, torrvikten bestämdes och fuktkvoten vid de olika mättillfällena beräknades 5 Resultat 5.1 Rötprovning enligt AWPA E10 Samtliga svampar visade hög aktivitet vilket framgår av att de obehandlade proverna hade en viktsförlust mellan 23-35 %, tabell 4. Små prover av reaktiv linolja, vilka innehöll 450-480 kg olja/m 3 trä, var de prover som genomgående hade lägst viktsförlust. Stora prover behandlade med samma typ av olja hade en upptagning på 135 resp 270 kg/m 3 och visade en betydligt större viktsförlust. De högre upptagningarna ger en beständighets klass 1 (mycket beständig), medan en
15 mer realistisk upptagning på ca 150 kg/m 3 endast ger en beständighetsklass på 3 till 5, dvs i klass med furu- och lärkkärna. Dessa resultat är jämförbara med dem som erhölls med prover impregnerade med kommersiell linolja. Proverna impregnerade med reaktiv tallolja (10 % reaktiv olja) hade likartad upptagning och proverna hade även jämförbara, höga, viktsförluster med en uträknad beständighetsklass på 3 till 4. Den provade kommersiella produkten hade en högre upptagning än proverna med reaktiv olja och mindre viktsförlust samt en beräknad beständighetsklass på 2. För både linolja och tallolja är det en tydlig dos-responseffekt där mängden olja är av avgörande betydelse för beständigheten. Tabell 4. Viktsförlust efter exponering för olika rötsvampar efter 10 veckor enligt AWPA E 10 samt uträknad beständighetsklass enligt EN 350-1. Material Upptagning kg/m3 AWPA E10 provning Brunröta Brunröta Brunröta Vitröta Postia placenta Coniophora puteana Gloeophyllum trabeum Trametes versicolor Vikts förlust % Bestän dighet sklass Vikts förlust % Beständi g- hetsklass Vikts förlust % Beständi g- hetsklass Vikts förlust % 150 7,6 2 6,3 2 8,8 2 2,0 1 Beständi g- hetsklass Tallolja, kommersiell produkt Reaktiv tallolja stora 125 19,4 4 10,7 3 15,2 3 - - prover Reaktiv tallolja små 115 19,6 4 6,6 2 11,3 3 - - prover Linolja, 150 18,4 4 13,6 3 15,3 3 15,1 3 kommersiell produkt Thermex+Royal, 50 10,3 3 8,8 3 - - 2,8 1 kommersiell produkt Reaktiv linolja, 480 3,5 1 4,4 2 4,0 1 160 C små prover Reaktiv linolja, 135 23,2 4 10,8 3 29,3 5 - - 160 C stora prover Reaktiv linolja, 450 1,8 1 2,0 1 2,5 1 200 C, små prover Reaktiv linolja, 270 10,5 3 6,0 2 14,1 3 - - 200 C stora prover Obehandlad - 32,3 5 23,4 5 31,5 5 36,4 5 furusplint Acetylerat trä 25%* 0,0 1 0,0 1 0,0 1 0,0 1 *Uttryckt som acetylinnehåll, dvs. bundna acetylgrupper i veden 5.2 Rötprovning i osteril jord,tmc Den biologiska aktiviteten var god i kompostjorden och jorden från Simlångsdalen. Däremot var den förhållandevis låg i skogsjorden, vilket bidragit till att det generellt sett var mycket låga viktsförluster för samtliga prover i denna jord, tabell 5.
16 I jorden från Simlångsdalen är tendensen för linolja densamma som vid provning enligt E10: små prover med hög oljeupptagning har mindre viktsförlust än stora prover med lägre upptagning. I kompostjorden däremot angrips även prover med hög oljeupptagning vilket tyder på att oljan inte är effektiv mot soft rot och bakterier. Skillnaden i viktsförluster mellan prover behandlade med tallolja och reaktiv tallolja var större i Simlångsdalsjorden jämfört med kompostjord och skogsjord. Simlångsdalsjorden är rik på brunröta och resultaten i denna jord visar bra överensstämmelser med de resultat som erhölls i AWPA E10-provningen. Resultaten från kompostjorden visar att även i fallen tallolja och reaktiv tallolja är effektiviteterna mot soft rot och bakterier inte så uttalade. Tabell 5. Viktsförlust efter exponering för olika rötsvampar efter 40 veckor enligt en modifierad EN 807 samt uträknad beständighetsklass enligt EN 350-1. TMC Kompostjord Simlångsdalajord Skogsjord Material Vikts förlust, % Beständighetsklass Vikts förlust, % Beständighetsklass Vikts förlust % 8,8 3 6,6 1 1,9 3 Beständighetsklass Tallolja, kommersiell produkt Reaktiv tallolja, 10,7 3 14,7 3 2,2 3 stora prover Linolja, - - 1,5 1 - - kommersiell produkt Reaktiv linolja, 8,2 2 2,1 1 3,1 5 160 C,små prover Reaktiv linolja, 13,0 3 13,4 2 1,3 3 160 C, stora prover Reaktiv linolja, 4,6 2 1,1 1 1,3 2 200 C små prover Reaktiv linolja, 4,2 1 4,2 1 1,4 3 200 C Obehandlad 27,2 5 44,6 5 4,3 furusplint Acetylerat trä - - 0,0 1 - - 5.3 Beständighet Resultaten av beständighetsberäkningarna för de olika oljebehandlingarna återfinns i tabellerna 4 och 5. I AWPA E 10 kunde lägst beständighet konstateras för de stora proverna behandlade med reaktiv linolja vid 160 C och reaktiv tallolja. Liknande resultat kunde även konstateras i ENV 807 resultaten från Simlångsdalsjorden. Däremot uppvisade exponering i de övriga jordarna en lägre beständighet vilket antyder att oljorna inte är lika effektiva vid angrepp av soft rot och bakterier. Detta visar på vikten av att prova material mot ett brett spektrum av vednedbrytande mikroorganismer.
17 5.4 Ecotoxtester Första och sista lakvattnet från EN 84 analyserades i Microtoxspektrofotometern. TU-värdena redovisas i tabell 6. Ju lägre värdena är desto lägre är påverkan av urlakningsprodukter på miljön. I princip innebär TU<2 att ingen toxisk effekt kan påvisas, TU=2-16 att endast mycket låg toxisk effekt kan påvisas och TU>16 att viss effekt förekommer. Av tabell 6 framgår att lakvatten från obehandlad furusplint uppvisar ett TU mellan 8 och 16 i första lakvattnet vilket torde bero på de naturligt förekommand extraktivämnena i veden. Av stor betydelse i detta sammanhang är pinosylvin med känd fungicid effekt. Samtliga prover behandlade med reaktiva linoljor hade mätbar urlakning av toxiska ämnen i första lakvattnet men urlakningen klingade av och vid tionde lakningen var mängden toxiska ämnen knappt detekterbar. Under hela lakperioden läcker olja ut från prover behandlade med den kommersiella linoljan liksom från samtliga prover behandlade med tallolja. I dessa fall rör det sig dock om mycket låga toxiska effekter. Tabell 6. TU-värden från första och tionde lakvattnet från EN 84 Material Upptagning TU kg/m 3 Första lakvattnet Sista lakvattnet Tallolja, kommersiell produkt 150 8-16 8-16 Reaktiv tallolja Små prover 125 8-16 8-16 Reaktiv tallolja Stora prover 115 4-8 8-16 Linolja Kommersiell produkt 150 4-8 16 Thermex+Royal, kommersiell produkt 50 4-8 <2 Reaktiv linolja, 160 C små prover 480 32-64 2-4 Reaktiv linolja, 160 C stora prover 135 8-16 4-8 Reaktiv linolja, 200 C små prover 450 4-8 <2 Reaktiv linolja, 200 C stora prover 270 8-16 2-4 Acetylerat trä 25%* 64-128 <2 Obehandlad furusplint - 8-16 <2
18 Första lakvattnet från acetylerat trä hade högt TU-värde medan sista lakvattnet inte gav detekterbar påverkan. I detta fall berodde det höga TU-värdet på att lakvattnet inte ph-justerats före Mikrotoxtestet (bakterierna är även känsliga för kraftiga ph-förändringar). Tidigare försök av Dr Greet van Eetvelde på phjusterat lakvatten från acetylerat trä visade ingen toxisk effekt. 5.5 Hållfasthet Hållfastheten reduceras drastiskt vid biologisk nedbrytning av trä. Hållfasthetsnedsättningen kan vara påtaglig redan innan viktsförlusten är mätbar. Liksom resultaten av viktsförlustsmätningarna är resultaten från hållfasthetsmätningarna relaterad till oljeupptagningen. De små proverna impregnerade med reaktiv linolja hade hög upptagning av olja, låg viktsförlust och något högre resterande tryckhållfasthet än de prover som sågats ut ur större provkroppar. Acetylerat trä, som inte haft mätbar viktsförlust i rötprovningarna har kvar i stort sett hela hållfastheten. Resterande tryckhållfasthet, % 100 90 80 70 % 60 50 40 30 20 10 Coniophora Gloeophyllum Postia Trametes 0 Tallolja, kommersiell produkt Reaktiv tallolja, små prover Reaktiv tallolja, stora prover Linolja, kommersiell produkt Thermex + Royal Reaktiv linolja,, 160 C, små prover Reaktiv linolja,, 160 C, stora prover Reaktiv linola, 200 C, små prover Reaktiv linola, 200 C, stora prover Acetylerat trä Obehandlad furusplint Figur 4. Resterande tryckhållfasthet hos E 10-prover exponerade för olika svampar. Värdena i procent av hållfastheten hos icke exponerade prover. 5.6 Dimensionsstabilitet I figur 5 visas volymsvällningen mellan torrt och vått tillstånd efter 4 cykler och i figur 6 volymsvällning mellan 35 %RH och 85 %RH. Dimensionsförändringarna skilde inte drastiskt mellan de oljebehandlade och de obehandlade proverna. Talloljorna och den kommersiella linoljan gav något högre
19 volymsvällning än obehandlat trä medan de reaktiva linoljorna gav en något mindre volymsvällning. Minst fuktrörelser uppvisar de acetylerade proverna. Volymsvällning mellan torrt och vått tillstånd 25 20 Svällning, % 15 10 Cykel 1 Cykel 2 Cykel 3 Cykel 4 5 0 Tallolja, kommersiell produkt 1 Tallolja, kommersiell produkt 2 Reaktiv tallolja, hög upptagning Reaktiv tallolja, låg upptagning Linolja, kommersiell produkt Reaktiv linolja 160 C Reaktiv linolja 200 C Obehandlad furusplint Acetylerat trä Figur 5. Volymsvällning från torrt trä till vattenmättat trä behandlat med olika oljor. Volymsvällning från 30 till 85 % RH 10 9 8 Volymsvällning, % 7 6 5 4 3 2 1 0 Tallolja kommersiell produkt 1 Tallolja kommersiell produkt 2 Reaktiv tallolja hög upptagning Reaktiv tallolja låg upptagning Linolja, kommersiell produkt Reaktiv linolja, 160 C, stora prover Reaktiv linolja, 200 C, stora prover Obehandlad furusplint Acetylerat trä Figur 6. Volymsvällning från 30 %RH till 85% RH för trä behandlat med olika oljor.
20 5.7 Vattenupptagning Fuktkvoten efter varje vattenupptagning återfinns för de olika oljorna i figurerna 7 och 8. Fuktkvoten är beräknad på den torra vikten före första vattenupptagningen. Vattenupptagningsförmågan ändras inte efter tre cykler utan proverna når samma maximala fuktkvot efter varje cykel. Vattenupptagningen är även mätt över tiden och vattenupptagningen var mycket snabb de första två timmarna och avklingade successivt men även efter 180 timmar kan man se att vattenupptagningen fortsätter, figurerna 7-12. Den reaktiva linoljan hade lägst vattenupptagning och också högst oljehalt i proverna. Dessa prover blev efter ca ett dygns vattenlagring något kladdiga att hantera. Prover impregnerade med kommersiell tallolja blev redan efter någon timme i vatten mycket svårhanterliga p g a att olja la sig på provernas yta. Träprover behandlade med den bästa reaktiva linoljan (värmefixerad vid 200 C) nådde över 25% fuktkvot (den nivå under vilken i princip ingen röta sker) först efter 24 timmars blötläggning, vilket indikerar relativt god beständighet i utomhuskonstruktioner ovan mark. Talloljor 180 160 140 120 Fuktkvot, % 100 80 60 Kommersiell tallolja 1 Kommersiell tallolja 2 Reaktiv tallolja, hög upptagning Reaktiv tallolja, låg upptagning Obehandlad furusplint 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 Figur 7. Fuktkvot vid vattenmättnad efter tre uppfuktnings-nedtorkningscylker hos provkroppar behandlad med olika talloljor.
21 Linoljor 180 160 140 Fuktkvot, % 120 100 80 60 Reaktiv linolja 200 C, stora prover Reaktiv linolja, 160 C, stora prover Kommersiell linolja Obehandlad furusplint 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 Figur 8. Fuktkvot vid vattenmättnad efter tre uppfuktnings-nedtorkningscylker hos provkroppar behandlad med olika linoljor. Talloljor 180 160 140 Fuktkvot, % 120 100 80 60 Kommersiell tallolja 1 Kommersiell tallolja 2 Reaktiv tallolja hög upptagning Reaktiv tallolja låg upptagning Obehandlad furusplint 40 20 0 0 50 100 150 200 Timmar Figur 9. Fuktkvot vid vattenupptagning under 180 timmar hos provkroppar behandlad med olika talloljor.
22 Talloljor 180 160 140 120 Kommersiell tallolja 1 Kommersiell tallolja 2 Reaktiv tallolja hög upptagning Reaktiv tallolja låg upptagning Obehandlad furusplint Fuktkvot, % 100 80 60 40 20 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Timmar Figur 10. Fuktkvot under de första tio timmarna vid vattenupptagning hos provkroppar behandlad med olika talloljor. Linoljor 180 160 Fuktkvot, % 140 120 100 80 60 Kommersiell linolja Reaktiv linolja, 160 C, stora prover Reaktiv linolja 200 C hög upptagning Reaktiv linolja 200 C, låg upptagning Obehandlad furusplint 40 20 0 0 50 100 150 200 Timmar Figur 11. Fuktkvot vid vattenupptagning under 180 timmar hos provkroppar behandlad med olika linoljor.
23 Linoljor 180 160 140 Fuktkvot, % 120 100 80 60 Kommersiell linolja Reaktiv linolja, 160 C, stora prover Reaktiv linolja 200 C hög upptagning Reaktiv linolja 200 C, låg upptagning Obehandlad furusplint 40 20 0 0 2 4 6 8 10 Timmar Figur12. Fuktkvot under de första tio timmarna vid vattenupptagning hos provkroppar behandlad med olika linoljor. 6 Slutsatser Modifiering av trä med reaktiva linolje- respektive talloljederivat är ett kostsamt sätt att åstadkomma träprodukter med beständighet i nivå med furu- eller lärkkärna, dvs avsevärt lägre beständighet än vad traditionell träskyddsbehandling (tryckimpregnering) eller kemisk modifiering såsom acetylering ger. Sann dimensionsstabilisering (vid jämviktstillstånd) är dessutom obefintlig till följd av modifiering med reaktiva oljor, till skillnad från exempelvis acetylering som ger kraftigt minskade svällnings-/krympningsrörelser. I jämförelse med ren värmebehandling eller acetylering framstår således modifiering med reaktiva oljor som både dyrare och sämre. Viss effekt vad gäller långsammare fuktupptagning, vilket har en viss betydelse i ovan mark exponering, uppnås dock vid mycket höga oljeupptag vid modifieringen. Referensbehandlingar med vanlig linolja resp tallolja, dvs kommersiella produkter från Setra (EcoImp) och EkoPine, som marknadsförs som alternativ till tryckimpregnerat trä, har dessutom i våra försök visat sig ge mycket liten förbättring av beständigheten jämfört med obehandlat trä vilket måste anses som remarkabelt.
24 Ecotox-provningarna visar att de provade oljorna ger lägre miljöpåverkan än vad man får t ex av trä impregnerat med kopparbaserade träskyddsmedel eller från flera tropiska träslag.
25 7 Referenser Edlund, Marie-Louise (2003) Beständighet hos miljöanpassat träskydd SP Rapport 2003:26 EN 350-2 (1994): Durability of wood and wood based products-natural durability of solid wood-part 2: Guide to natural durability and treatability of selected wood species of importance in Europe. CEN-European Committee for Standardization. Englund, Finn (2003) Alternativ för djupverkande vattenavvisning hos trä. Rapport P 0309022, Trätek, Stockholm. Jermer, J, Bengtsson, C, Brem, F, Ek-Olauson, B, Edlund, M-L (2003). Heat treated wood durability and technical properties. SP Report 2003:25, Borås Lande, S, Westin, M, Schneider, M (2004) Properties of furfurulated wood. Scand J For Res 19(suppl 5): 22-30 Larsson Brelid, Pia (1998). Acetylation of solid wood. Doktorsavhandling Chalmers Tekniska Högskola Rowell, R M, Tillman, A-M, Simonsson, R (1986) A simplified Procedure for the Acetylation of hardwood and softwood Flakes for flakeboard production. J Wood Chem. Technol. 6(3): 427-448 Tjeerdsma, B.F., Swager, P., Horstman, B.J., Holleboom, B.W., Homan, W.J. (2005): Process Development of Treatment of Wood with Modified Hot Oil. Paper prepared for the 2 nd European Conference on Wood Modification, Göttingen, Germany. October 6-7, 2005, conference proceedings p.186-197. Treu, A., Habicht, J., Klaucke, R., Militz, H. (2003): Improvement of Wood Properties by a Combined Impregnation Process the Royal Process. Paper prepared for the European Conference an Wood Modification, Ghent, Belgium. April 3-4, 2003. Conference proceedings p. 3-13. Van Eetvelde, G., De Geyter, S., Marchal, P., Stevens, M. (1998) : Aquatic toxicity research of structural materials. International Research Group on Wood Preservation IRG/WP 98-50114 Wegen, H.W., Platen, A., Van Eetvelde, G., Stevens, M. (1998): An appraisal of methods for environmental testing of leachates from salt-treated wood. International Research Group on Wood Preservation IRG/WP 98-50110 Westin, Mats (2006) Sunda beständiga träprodukter.
SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut utvecklar och förmedlar teknik för näringslivets utveckling och konkurrenskraft och för säkerhet, resurshushållning och god miljö i samhället. Vi har Sveriges bredaste och mest kvalificerade resurser för teknisk utvärdering, mätteknik, forskning och utveckling. Vår forskning sker i nära samverkan med högskola, universitet och internationella kolleger. Vi är drygt 750 medarbetare som bygger våra tjänster på kompetens, effektivitet, opartiskhet och internationell acceptans. SIK Struktur- och materialdesign Process / Miljö Mikrobiologi / Bioteknik Sensorik / Arom YKI Skogsindustri Material och färg Kemi och verkstad Läkemedel och livsmedel SMP Maskinprovning Besiktning Certifiering SITAC Certifiering av Byggprodukter Personer SP är organiserat i åtta tekniska enheter och fyra dotterbolag. SP Bygg och Mekanik SP RAPPORT 2006:10 ISBN 91-85303-94-1 ISSN 0284-5172 SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut Box 857 501 15 BORÅS Telefon: 033-16 50 00, Telefax: 033-13 55 02 E-post: info@sp.se, Internet: www.sp.se