Vapaa ja sidottu vesi
Vesi on puussa kahdessa paikassa. Solujen onteloissa se on vapaata, kuin putkissa. Itse seinissä se on sidottua: vesimolekyylit tarttuvat selluloosan ja hemiselluloosien hydroksyyliryhmiin.
Vapaa (kapillaarinen) vesi täyttää soluontelot ja solujen väliset tilat ja on heikosti sitoutunut. Sidottu (hygroskooppinen) vesi on sorboitunut soluseinäpolymeerien hydroksyyliryhmiin, ennen kaikkea hemiselluloosiin ja vähemmän järjestyneeseen selluloosaan. Kosteus ilmaistaan veden massana jaettuna puun kuivamassalla, joten se voi ylittää 100 %.
Syiden kyllästymispiste
Kun puu kuivuu, vapaa vesi poistuu ensin eivätkä mitat muutu. Kun ontelot ovat tyhjät mutta seinät vielä täynnä, saavutetaan syiden kyllästymispiste, noin 30 %:n kosteudessa. Sen jälkeen vesi poistuu seinistä ja puu kutistuu.
Syiden kyllästymispiste on kosteus, jossa seinät ovat kyllästyneet sidotulla vedellä eikä vapaata vettä ole jäljellä; keskimäärin se on lähellä 30 %:a. Kyllästymispisteen alapuolella mitat, lujuus ja muut ominaisuudet muuttuvat kosteuden mukana; sen yläpuolella ne tuskin muuttuvat. Todellisessa laudassa pinta kuivuu ennen sisäosaa ja alkaa kutistua ensin.
Tasapainokosteus
Jätä puu samaan huoneeseen tarpeeksi pitkäksi aikaa, niin sen kosteus lakkaa muuttumasta. Se mukautuu ilmaan: 20 °C:ssa ja 65 %:n suhteellisessa kosteudessa puussa on noin 12 % vettä.
Tasapainokosteus määräytyy ilman lämpötilan ja suhteellisen kosteuden mukaan ja riippuu puulajista vain vähän, ainakin matalassa ja kohtalaisessa suhteellisessa kosteudessa. 20 °C:ssa ja 65 %:n suhteellisessa kosteudessa (RH) se on noin 12 %. Sorptioisotermi on sigmoidinen ja siinä on hystereesi: desorptiossa tasapainokosteus on suurempi kuin adsorptiossa. Tämän sivun laskuri käyttää Hailwood-Horrobin-yhtälöä Wood Handbookin kertoimilla.
Kutistuminen ja turpoaminen
Puu kutistuu eri suuntiin eri tavalla. Syiden suunnassa se tuskin muuttuu. Poikittain, vuosilustojen suunnassa eli tangentiaalisesti, se kutistuu noin kaksi kertaa niin paljon kuin säteen suunnassa. Tästä johtuvat päätyhalkeamat ja kieroutuneet laudat.
Pituussuuntainen kutistuminen tuoreesta absoluuttisen kuivaksi on yleensä vain 0,1-0,2 %, koska S2-kerroksen mikrofibrillit kulkevat lähes solun suuntaisesti. Tangentiaalinen kutistuminen on noin kaksinkertainen radiaaliseen nähden; radiaalista kutistumista rajoittavat muun muassa ydinsäteet. Tangentiaalisen ja radiaalisen kutistumisen ero aiheuttaa säteittäisiä halkeamia ja tangentiaalisesti sahattujen lautojen kupertumista.
Miksi sillä on merkitystä
Puu kuivataan siihen kosteuteen, jossa sitä käytetään. Silloin tuote ei halkeile eikä kieroudu. Kosteus vaikuttaa myös kemiaan: keittoon, liimaukseen ja kyllästykseen.
Lämmitettyihin sisätiloihin tuleva sahatavara kuivataan kosteuteen, joka on lähellä odotettua tasapainokosteutta. Kosteus vaikuttaa tiheyteen (joka siksi ilmoitetaan standardikosteudessa tai perustiheytenä (kuiva-tuoretiheys): kuivamassa tuoretilavuutta kohti), kyllästymisnopeuteen ja kemiallisiin reaktioihin sekä liimasauman laatuun.
Keskeiset tiedot
- syiden kyllästymispiste
- noin 30 %
- tasapainokosteus 20 °C, 65 % RH
- noin 12 %
- pituussuuntainen kutistuminen
- 0,1-0,2 %
- tangentiaalinen : radiaalinen
- noin 2 : 1
- laskentaperuste
- kuivamassa
- hystereesi
- desorptiossa suurempi
Luvun lähteet
- Ross R.J. (ed.) Wood Handbook: Wood as an Engineering Material. General Technical Report FPL-GTR-282. Madison, WI: USDA Forest Service, Forest Products Laboratory, 2021.
- Sjöström E. Wood Chemistry: Fundamentals and Applications. 2nd ed. San Diego: Academic Press, 1993.
- Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. Химия древесины и синтетических полимеров: учебник. 2-е изд. СПб.: Лань, 2010.