Tekninen toteutettavuustutkimus vaikeasti käsiteltävän kuusen tuoreessa tilassa suoritetulle upotuskäsittelylle

The main goal of this master’s thesis was to determine if an immersion treatment process could be used to impregnate green Norway spruce with a waterborne fire retardant (FR) in a way that ensures that the FR does not leach out of the wood. The ability of wood to seal the FR inside its cellular structure was hypothesised to be based on the natural phenomenon of pit aspiration, which occurs as spruce is subject to drying. Spruce is known as a refractory wood species, which means that it is difficult to impregnate. The research revolved around adequate penetration depth for the FR, the effect of pit aspiration on leaching, the fire retardancy of the treated material, the effect of moisture content on FR uptake, the effect of diffusion storage time, the effect of elevated treatment temperature and the effect of the treatment on wood hygroscopicity. The methodology involved the execution of FR treatment, including a diffusion storage period, followed by oven drying of the prepared specimens. A leaching test was executed for selected specimens as per SFS-EN 84. Solution samples were taken during the leaching test for analysis. A selected number of specimens went through fire performance testing. Scanning electron microscopy was performed to determine the degree of pit aspiration semi-quantitatively. Overall, it was discovered that the treatment method was insufficient to reach a deep enough penetration and that the FR formed an outer “shell” around the wood. Industrial potential is not indicated. Leaching of FR was not eliminated by drying the wood and pit aspiration did not progress to a high enough degree. Fire retardancy was enhanced, yet the rationale remains elusive. Higher green moisture content led to an increase in FR uptake. Increased diffusion storage times caused a deeper penetration of wood to some degree. An elevated treatment temperature caused a higher FR uptake. The wood became less hygroscopic because of the treatment.Tämän diplomityön päätavoitteena oli selvittää, voidaanko upotuskäsittelyprosessia käyttää tuoreen norjankuusen kyllästykseen vesiliukoisella palonsuoja-aineella siten, että palonsuoja-aine ei huuhtoudu pois kuusesta. Puun kyvyn sulkea palonsuoja-aine solurakenteensa sisään otaksuttiin perustuvan puun solujen pihahuokosten luonnolliseen aspiraatioon (sulkeutumiseen), joka tapahtuu kuusen kuivuessa. Kuusi tunnetaan vaikeasti käsiteltävänä puulajina, eli sitä on vaikea kyllästää. Tutkimus keskittyi riittävän tunkeumasyvyyden saavuttamiseen palonsuoja-aineelle, pihahuokosten aspiraation vaikutukseen huuhtoumaan, käsitellyn puumateriaalin palonsuojakäytökseen, kosteuspitoisuuden vaikutukseen palonsuoja-aineen kertymään, diffuusiovarastoajan vaikutukseen, korotetun käsittelylämpötilan vaikutukseen ja käsittelyn vaikutukseen puun hygroskooppisuuteen. Menetelmänä oli puun palonsuojakäsittely, jossa hyödynnettiin diffuusiovarastointiaikaa. Valmistetut näytteet uunikuivattiin. Ulosliukoisuustesti suoritettiin valituille näytteille SFS-EN 84 mukaan. Liuosnäytteitä otettiin huuhtoumatestin aikana analysointia varten. Valikoitu määrä näytteitä päätyi palotesteihin. Pyyhkäisevää elektronimikroskopiaa hyödynnettiin pihahuokosten aspiraation tason semi-kvantitatiiviseen määritykseen. Kokonaisuutena havaittiin, että käsittelymenetelmä on riittämätön syvän penetraation saavuttamiseksi ja että palonsuoja-aine muodosti ”ulkokuoren” puun ympärille. Teollista potentiaalia ei voitu todistaa. Palonsuoja-aineen huuhtoutumista ei saatu eliminoitua kuivaamalla puuta eikä pihahuokosten aspiraatio edennyt riittävän korkealle tasolle. Palo-ominaisuudet paranivat, mutta syy tälle on epäselvä. Korkeampi tuorekosteuspitoisuus aiheutti kasvaneen palonsuoja-aineen kertymän. Korotetut diffuusiovarastointiajat aiheuttivat syvempää penetraatiota puuhun jossain määrin. Korotetusta käsittelylämpötilasta seurasi suurempi palonsuoja-aineen kertymä. Puusta tuli vähemmän hygroskooppinen käsittelyn ansiosta