La madera modificada térmicamente es madera industrializada que ha sido modificada mediante un proceso de pirólisis controlada en el que se calienta la madera a (> 180 °C) en una atmósfera libre de oxígeno . Este proceso cambia las estructuras químicas de los componentes de la pared celular de la madera, la lignina , la celulosa y la hemicelulosa , lo que disminuye su higroscopia y, por lo tanto, aumenta la estabilidad dimensional. [1] El bajo contenido de oxígeno evita que la madera se queme a estas altas temperaturas. Varias tecnologías diferentes utilizan diferentes medios, incluido el gas nitrógeno, el vapor y el aceite caliente. Todos los procesos degradan la resistencia y la tenacidad de la madera tratada en algún grado.
En 1946, el Servicio Forestal de los Estados Unidos realizó experimentos parcialmente exitosos sumergiendo madera en una aleación de metal líquido (zinc, plomo y cadmio) para producir un producto estabilizado térmicamente (cuyo nombre se propuso llamar " staybwood" ) y concluyó:
"Se puede impartir a la madera un grado apreciable de estabilización dimensional y resistencia a la descomposición mediante calor seco. Esto se puede lograr en un amplio rango de temperaturas y tiempos, el tiempo de calentamiento disminuye rápidamente con un aumento de la temperatura.
Este tratamiento térmico causa una pérdida grave en las propiedades de resistencia, especialmente la tenacidad y la resistencia a la abrasión. Cuando la madera se calienta debajo de la superficie de un metal fundido, la pérdida de resistencia para cualquier eficiencia anticontracción es menor que cuando se calienta al aire. La pérdida de resistencia es todavía demasiado grande para que este sea un método comercialmente aplicable para obtener la estabilización dimensional de la madera, excepto quizás para algún uso anormal donde la resistencia es de relativamente poca importancia". [2]
En un artículo de Burmester de 1973 se describió un proceso de modificación térmica de madera presurizada con un contenido de humedad medio. [3]
Actualmente existen cinco procesos de modificación térmica diferentes. Finlandia produce Thermowood , también conocida como madera Premium . Francia utiliza el proceso de retificación Les Bois Perdure, los Países Bajos utilizan el proceso Plato, mientras que Alemania utiliza el tratamiento térmico con aceite. El proceso Westwood y los procesos AlphaInterloc son tecnologías de proceso patentadas en EE. UU. [1]
Tres de los procesos se realizan en un solo paso, utilizando aceite (tratamiento térmico con aceite), nitrógeno (madera Reti) y vapor (Le-Bois Perdure). [1] El proceso de madera Thermo consiste en secado, tratamiento térmico y finalmente enfriamiento/acondicionamiento, y demora hasta 72 horas. [4] El proceso Plato consiste en hidrotermólisis, curado en seco y acondicionamiento, y puede demorar hasta 7 días. El tiempo requerido depende de la especie de madera, el ancho y el contenido de humedad inicial. [5]
Westwood es el proceso de termomodificación más avanzado y moderno, patentado en 2004. El proceso se desarrolló inicialmente para el tratamiento de maderas duras, que son más complicadas en comparación con las maderas blandas debido a las reacciones termoquímicas que aparecen en las maderas duras durante el tratamiento térmico. El sistema de control totalmente automatizado de Westwood permite gestionar el tratamiento térmico de cualquier especie de madera dura y blanda. [6]
El proceso AlphaInterloc es un proceso patentado de reacción exotérmica termoquímica avanzada, pendiente de aprobación y con copyright 2022. Este proceso utiliza un proceso termomecánico especializado. El proceso AlphaInterloc es una tecnología completamente ecológica. [7]
El término "retificación" hace referencia a la palabra francesa rétification , que es la combinación de reticulación (creación de enlaces químicos entre cadenas poliméricas) y torréfaction (tostado). En este proceso, la madera debe tener un contenido de humedad del 12 % o menos, que se puede lograr mediante procesos de secado simples. Luego, la madera se coloca en una atmósfera con alto contenido de nitrógeno y un contenido de oxígeno no superior al 2 %. [8] El proceso Perdure es relativamente similar a la reticulación, pero mantiene la madera a una temperatura más baja. [9]
Este proceso es similar al tratamiento Les Bois Perdure en el sentido de que utiliza un entorno de vapor a presión atmosférica para tratar la madera. Sin embargo, este proceso también se puede utilizar en madera "verde" y fue el proceso comercial más utilizado en 2004. [5] [10]
En la década de 1990 se desarrolló en Finlandia un auténtico proceso ThermoWood a escala industrial. El proceso fue patentado. ThermoWood es una marca registrada propiedad de la Asociación Internacional ThermoWood. El derecho legal de uso de la marca ThermoWood pertenece a los miembros permanentes de la asociación. [11] En mayo de 2023 se publicó un nuevo Manual de ThermoWood. [12]
La principal ventaja es que la madera blanda se puede utilizar para aplicaciones que requieren una gran durabilidad. La clase de durabilidad 1-3, según la norma europea EN 350-2, se puede obtener a partir de especies de madera blanda no duraderas (clase 5). [13]
La principal desventaja es que la resistencia disminuye como resultado de las altas temperaturas. En general, la resistencia a la flexión se reduce hasta un 30%, con una reducción mayor a temperaturas más altas. [14]
La resistencia biológica contra algunos microorganismos e insectos (no todos) mejora. Sin embargo, debido a la descomposición de compuestos orgánicos volátiles (COV), las propiedades antimicrobianas de la madera también pueden disminuir. [15] La contracción y el hinchamiento se reducen hasta en un 50-90%. [16] La madera tratada se oscurece un poco.
En principio, el proceso de tratamiento térmico se puede realizar en todas las especies de madera.
Hoy en día, la madera modificada térmicamente no es sólo un tema académico. El tratamiento térmico de la madera ya se ha introducido en el mercado desde hace varios años. También hay cierta participación industrial en la investigación y el desarrollo. El Instituto de Investigación de Recursos Naturales de la Universidad de Minnesota Duluth tiene un horno a escala piloto para investigar la eficacia de la modificación térmica en las especies de árboles de Minnesota con el fin de ampliar los mercados de la madera. [17]
En la industria de fabricación de guitarras, este proceso se denomina "curado térmico", "horneado" y "tostado", entre otros nombres. [18] Algunos fabricantes de guitarras han comenzado a utilizar tablas de sonido acústicas y diapasones de guitarra eléctrica que se curan térmicamente para ayudar a prevenir la deformación y el agrietamiento típicos que a menudo ocurren debido a los cambios estacionales de humedad. [19] Como beneficio secundario, las guitarras acústicas tienden a sonar como instrumentos viejos bien usados mucho antes que las guitarras no modificadas térmicamente. Ver más en Madera tonal: preparación .
En Europa, la producción de madera modificada térmicamente a escala comercial se ha concentrado en gran medida en Estonia. Estonia está geográficamente cerca de los principales productores finlandeses de hornos térmicos, mientras que los costos de mano de obra y los gastos generales son más bajos que en Finlandia o los países escandinavos. Tres grandes productores estonios de madera modificada térmicamente surgieron a fines de la década de 1990: Brenstol OU, Tre-Timber OU y Ha-Serv. Las tres empresas se centraron en proporcionar materiales para saunas y pisos de interior para el mercado finlandés: Brenstol se especializa en maderas duras y Tre-Timber se especializa en maderas blandas. A principios de la década de 2000, Brenstol compró Tre-Timber, convirtiéndose en el mayor productor de madera modificada térmicamente. [20]
En esa época, el mercado de la madera modificada térmicamente se expandió drásticamente desde su aplicación tradicional en materiales para saunas hasta incluir productos para exteriores, como tarimas (terrazas) [21] y revestimientos (revestimientos exteriores). [22] Mientras Ha-Serv seguía centrándose principalmente en el mercado finlandés de saunas, Brenstol estableció la marca Thermory y comenzó a exportar a toda Europa y Japón, y Thermory se ha convertido en la marca más reconocida de madera modificada térmicamente en estas regiones. [23] El mercado de productos para exteriores modificados térmicamente aumentó muy rápidamente a medida que los consumidores europeos buscaban cada vez más alternativas a las maderas tropicales de Asia, África y Sudamérica. Un productor turco, Nova Wood, también comenzó a producir madera modificada térmicamente y se convirtió en un actor menor en los mercados europeos.
En 2012, Brenstol estableció una filial en los EE. UU., Thermory USA, y comenzó a expandirse agresivamente en los mercados de todo el mundo. La marca Thermory se ha consolidado en los EE. UU. y Canadá, y se ha enviado a más de 55 países de todo el mundo. [24] En 2016, los ingresos de Thermory fueron de 29 millones de euros, con 1,8 millones de euros de beneficios. [25]
En cada región siguen surgiendo pequeños productores locales, pero existen grandes barreras de entrada al mercado de la madera modificada térmicamente, en particular para las maderas duras modificadas térmicamente. El equipo de modificación térmica adecuado es extremadamente caro. Además, debido a que la tecnología no es muy conocida, hay poca información pública disponible sobre los cronogramas de secado, y muchos nuevos productores de maderas modificadas térmicamente experimentan un gran porcentaje de defectos de secado, decoloración, fragilidad, mal funcionamiento del equipo (incluidos incendios) y una incapacidad para obtener las altas calificaciones de durabilidad que han logrado productores más establecidos, como Brenstol (Thermory). En 2018, Thermory compró Ha-Serv, convirtiéndose en el líder del mercado en el segmento de la madera modificada térmicamente. [26]
Las últimas investigaciones sobre el proceso de modificación térmica han demostrado que la coloración de la madera durante el tratamiento térmico no necesariamente contribuye a su durabilidad y estabilidad: las reacciones que son responsables del cambio de color durante la modificación son diferentes de las reacciones que son responsables de la durabilidad. No toda la madera marrón debe considerarse realmente termomodificada. [27]
Actualmente se están llevando a cabo investigaciones [28] para optimizar los procesos industriales y los distintos parámetros para producirla y desarrollar las aplicaciones de esta madera. También se investiga para encontrar nuevos procesos de tratamiento térmico de la madera, intentando incluso combinar diferentes procesos de modificación de la madera.
AlphaInterloc es una empresa que se dedica a la ingeniería de procesos actuales y diseño de equipos en Estados Unidos, América del Norte. [7]
Los miembros cooperan en la estandarización, el control de calidad y la investigación para mejorar el uso de los productos ThermoWood.