Hout

Houtmodificatie

Bôke Tjeerdsma is onderzoeksmanager bij SHR Hout Research. Hij is expert op het gebied van houtcomposieten en houtmodificatie.

Profiel

1. Wat is houtmodificatie?

Bij houtmodificatie worden de belangrijkste basiseigenschappen van hout veranderd (verbeterd) door een principiële verandering van de chemische (molecuul)structuur van het hout. Chemische stoffen worden ingebracht in het hout om die vervolgens te laten reageren met de houtstructuur (chemische modificatie) of door middel van het behandelen van hout bij hoge temperaturen (thermische modificatie). In beide gevallen is het resultaat materiaal met een andere chemische structuur. De onverminderde vraag naar hout met zijn hoge esthetische waarde en zijn warme uitstraling is een van de belangrijkste grondredenen dat houtmodificatie zich in een toenemende belangstelling mag verheugen. Ook de gezamenlijke zorg voor het behoud van onze bossen en tropische wouden speelt hierbij een belangrijke rol.

2. Waarom hout verbeteren?

Hout is een materiaal met vele voordelen. Bovenal is hout een materiaal met een hoge esthetische waarde. Door de warme natuurlijke uitstraling is het een gewild materiaal voor vele toepassingen. Hout is flexibel te gebruiken; het is gemakkelijk te verwerken, te bewerken of te repareren. Men kan het eenvoudig zagen, schaven, verlijmen of nagelen. In verhouding tot zijn (lage) gewicht is hout enorm sterk. Een reden om hout te blijven gebruiken - die nu al veel aandacht geniet, maar in de toekomst nog belangrijker gaat worden - is dat hout een hernieuwbare grondstof is.

Helaas heeft hout ook een aantal minder goede eigenschappen, waardoor het gebruik ervan beperkt wordt en er in de praktijk soms voor minder duurzame materialen gekozen wordt. Hout kan aangetast worden door schimmels en insecten. Hout is niet (altijd) dimensiestabiel: hout krimpt of zwelt als het respectievelijk water afgeeft of water opneemt. Hout kan aan het oppervlak worden afgebroken door UV-straling en is brandgevoelig. Daarnaast verschilt de hardheid van hout per houtsoort. Houtmodificatie probeert nu voor één of meerdere van deze eigenschappen een oplossing te bieden door een slim gekozen behandeling van het hout.

3. Zijn gebruik van hout en houtmodificatie duurzaam?

Hout is een hernieuwbare grondstof; door de bijgroei wordt CO₂ vastgelegd. Verantwoord en langdurig gebruik van hout zorgt voor een duurzame manier van het vastleggen van CO₂. Bij een goed beheer van onze bossen wordt op een zodanige manier geoogst en voldoende hersteltijd gegeven voor hergroei dat het natuurlijke ecosysteem in stand blijft. Hout wordt daarom ook wel een CO₂-neutrale grondstof genoemd. De grondstof draagt niet verder bij aan de opwarming van de aarde. Een hardnekkige misvatting die nog steeds heerst is dat houtgebruik altijd bijdraagt tot een verdere ontbossing. Bij goed gereguleerd en duurzaam bosbeheer kan juist het tegenovergestelde het geval zijn. Door een belangrijke economische betekenis aan het bos toe te kennen, stijgt de kans dat het lokaal in stand wordt gehouden tegen de overige invloeden die ontbossing in de hand werken, zoals de bevolkingsdruk en oprukkende landbouwgronden.

Houtmodificatie zorgt ervoor dat hout langer gebruikt kan worden in zijn toepassing. Hierdoor legt het langer CO₂ vast die dus minder snel in de atmosfeer terugkeert. Houtmodificatie behandelingen zijn milieuvriendelijk. Ook bij chemische modificatie zijn de stoffen die gebruikt worden vaak natuurlijke stoffen (biobased) of daarvan afgeleide stoffen. Het zijn overwegend organische stoffen (koolstof, zuurstof en waterstof), zodat gemodificeerd hout net zoals gewoon hout na zijn allerlaatste levensfase nog altijd schoon verbrand kan worden. Op die manier kan ook de energetische waarde van het hout nog benut worden.

 

4. Waarom houtmodificatie?

Houtmodificatie is bedoeld om meer, beter en duurzamer gebruik te kunnen maken van hout als materiaal in een brede range aan toepassingen. Het is bedoeld om minder hoogwaardige houtsoorten op te waarderen. Hiermee kan het in aantal gevallen een alternatief bieden voor tropisch hardhout soorten. Bij houtmodificatie wordt geen gebruik gemaakt van toxische componenten om de duurzaamheid te verbeteren. Het biedt dus ook een alternatief voor traditioneel verduurzaamd hout.

Houtmodificatie biedt vooral ook mogelijkheden om relatief laagwaardige houtsoorten op te waarderen voor hoogwaardige toepassing. Snelgroeiende houtsoorten hebben over het algemeen minder hoogwaardige eigenschappen dan bijvoorbeeld de zware tropisch hardhoutsoorten. Door de open anatomische structuur van veel van de snelgroeiende houtsoorten zijn deze bij uitstek geschikt om behandeld te worden in een modificatieproces. Vooral de impregneerbaarheid van een houtsoort bepaald of deze geschikt is om succesvol gemodificeerd te kunnen worden.

Snel groeiende houtsoorten zijn uitermate geschikt om zowel in teelttechnische als economische zin in houtplantages geteeld te worden. De combinatie van snelgroeiende, maar laagwaardige houtsoorten uit plantages, met de nieuwe technieken die houtmodificatie ons bieden om hout op te waarderen, zou een gouden combinatie kunnen zijn. Voor de toekomst biedt dit goede mogelijkheden om aan de groeiende vraag naar hout te voldoen zonder de druk op de natuurlijke bossen te veel te laten oplopen.

5. Welke soorten houtmodificatie zijn er?

Er zijn twee hoofdtypen houtmodificatie: thermische en chemische houtmodificatie.

Bij thermisch modificeren van hout wordt gebruik gemaakt van warmte om de chemische structuur van hout te veranderen. Nadeel is dat alle thermische modificatiemethoden een zeker verlies van mechanische eigenschappen van het hout veroorzaken. Bij thermische modificatie wordt vaak gestreefd naar een compromis tussen de verbetering van duurzaamheid (resistentie tegen schimmelaantasting) en behoud van sterkte.

Dit interieur van een sauna is gemaakt van thermisch gemodificeerd hout.

Bij chemische modificatie worden de gewenste houteigenschappen bereikt door het hout met chemische stoffen te behandelen. Met specifieke chemicaliën kunnen veel verschillende eigenschappen verbeterd worden. De bekendste vorm van chemische modificatie is het acetyleren. Bij deze behandeling wordt hout behandeld met azijnzuuranhydride. Deze stof reageert met het hout en zorgt er voor dat het evenwichtsvochtgehalte omlaag gaat, de duurzaamheid omhoog, de UV-resistentie toeneemt en dat het hout dimensiestabiel wordt. De voorlopig enig productielocatie van geacetyleerd hout wereldwijd staat in Arnhem. Een andere methode is furfuryleren van hout. Bij furfuryleren wordt het hout behandeld met een natuurlijke stof (furfuryl alcohol), die op dit moment wordt gewonnen uit restproducten van suikerrietproductie. Deze stoffen kunnen in principe uit alle soorten (houtige) biomassa reststromen gewonnen worden.

6. Hoe werkt houtmodificatie?

Hout is opgebouwd uit een heleboel afzonderlijke cellen. De celwand bestaat op zijn beurt uit een soort matrix van voornamelijk drie bestanddelen: cellulose, hemicellulose en lignine. Dit zijn grote (bio)polymeren die een zeer specifieke verdeling in de celwand hebben en onderling diverse fysische en chemische verbindingen met elkaar hebben. Een groot deel van de eigenschappen van hout wordt bepaald door het gedrag van deze grote moleculen.

De waterminnende hydroxyl-groepen in de biopolymeren zijn verantwoordelijk voor de blijvende aantrekking van water door hout. Het hout zwelt omdat dit water tussen de moleculen gaat zitten waardoor de celwand 'uitzet'. Bij drogen gebeurt juist het omgekeerde. Hout blijft dus krimpen en zwellen, in het jargon heet dit dat hout niet dimensiestabiel is. Bij een langdurig hoog vochtgehalte kan er nog een ander probleem optreden; hout kan biologisch worden aangetast door vooral schimmels.

Bij het modificeren van het hout worden de waterminnende hydroxyl-groepen vervangen door waterafstotende (hydrofobe) groepen waardoor een aantal houteigenschappen gelijktijdig verbeterd. Omdat het hout door de behandeling veel minder water kan aantrekken is het in alle omstandigheden droger, zwelt en krimpt het minder en hebben schimmels geen kans meer om het hout aan te tasten.

7. Welk eigenschappen van hout kunnen verbeterd worden?

Eén van de belangrijkste reden om hout te modificeren is vaak om de duurzaamheid van het hout te verhogen. Dat wil zeggen de weerstand van het materiaal tegen schimmels en andere biologische afbraak te verbeteren. Niet-duurzame houtsoorten vallen in duurzaamheidsklasse 5 (minder dan 5 jaar bestand tegen aantasting in grondcontact). Afhankelijk van het type behandeling, wordt door de modificatie behandeling het hout verbeterd tot duurzaamheidsklasse 2 of 1 (meer dan 25 jaar bestand tegen aantasting in grondcontact). Daarnaast is verminderen van het krimpen en zwellen van het hout (verhogen van de dimensiestabiliteit) een belangrijke reden om hout te modificeren. Niet alleen verweert en scheurt het hout daardoor minder snel, maar het heeft vooral een positief effect op de afwerklaag. Verf zal minder snel scheuren en afbladderen.

Ook het verlijmde (gelamineerd) hout wordt veel minder belast waardoor het beter presteert. Hierdoor wordt het onderhoud, wat bij hout soms nodig is, sterk terug gebracht. De beste behandeling op dit gebied zorgt ervoor dat het krimpen en zwellen van het hout met 80% gereduceerd is ten opzichte van het onbehandelde hout. In een aantal gevallen verbetert ook de UV-resistentie, waardoor het hout minder snel verkleurt of verweert. Ook de hardheid van het hout kan verbeterd worden. Dit is vooral een voordeel bij het toepassen van hout in vloeren en loopdekken. Soms is de donkerverkleuring de reden waarom men het hout modificeert. Het oorspronkelijke hout met een lichte kleur krijgt dan de uitstraling van tropisch hardhout. Zo zijn er dus tal van reden en mogelijkheden om een aantal bepalende eigenschappen van het hout te verbeteren.

 

8. Is houtmodificatie hetzelfde als houtverduurzaming?

Bij gemodificeerd hout worden de belangrijkste basis eigenschappen van hout veranderd door een principiële verandering van de chemische (molecuul)structuur van het hout. Dit is principieel anders dan klassieke behandelingen van hout zoals houtverduurzaming. Hierbij worden ook stoffen ingebracht die vasthechten aan het hout, maar deze zijn toxisch (giftig) voor hout aantastende organismen. Gemodificeerd hout werkt niet op basis van toxiciteit, maar creëert een materiaal dat in hoge mate inert is voor biologische aantasting.

9. Zijn alle houtsoorten te modificeren?

Om hout goed te kunnen modificeren is het belangrijk dat er stoffen in de gehele doorsnede ingebracht kunnen worden of dat het hout zonder schade aan hoge temperaturen kan worden blootgesteld. Niet alle houtsoorten zijn hiervoor geschikt. Houtsoorten met een open structuur, die goed impregneerbaar zijn of waar het water gemakkelijk uit verdampt, zijn het meest geschikt. Zware tropische hardhout soorten zijn dus niet geschikt. Snelle groeiers hebben vaak een open structuur en vormen een ideale grondstof om gemodificeerd te worden. Het is wel belangrijk dat het hout dat gebruikt wordt een goede basis kwaliteit heeft, omdat sommige aspecten niet met modificatie verbeterd kunnen worden, zoals veel of losse noesten, scheuren en andere 'houtfouten'.

 

10. Lijkt gemodificeerd hout nog wel op hout?

Houtmodificatie richt zich op het verbeteren van de zwakke eigenschappen van hout zonder dat dit ten koste gaat van de esthetische waarde van hout als materiaal met een warme en natuurlijke uitstraling. Houtmodificatie is dus eigenlijk ontworpen om het natuurlijke materiaal een handje te helpen om de concurrentieslag met de niet-natuurlijke materialen beter aan te kunnen. Niet alleen qua uiterlijk maar ook qua gedrag blijft dit nieuwe type materiaal zich als ‘gewoon’ hout gedragen. Bij de verwerking tot producten reageert het gemodificeerde hout vaak iets anders, maar het blijft be- en verwerkbaar als gewoon hout. Hierdoor behoudt het materiaal zijn flexibiliteit met betrekking tot verwerking. De modificatie zorgt er vaak wel voor dat de geur van het hout (licht) verandert. Bij sommige behandelingen verandert de kleur niet tot nauwelijks, maar bij de meeste modificaties wordt het hout donkerder van kleur.

11. Waarvoor is gemodificeerd hout geschikt?

Eigenlijk in alle toepassingen waar nu ook hout wordt toegepast. Het wordt nu al veel toegepast als bouwmateriaal; kozijnen, deuren en gevelbekledingen. Door zijn verbeterde kwaliteit kan het nu ook worden gebruikt in zwaardere omstandigheden waar men nu voor beton, staal of kunststof kiest. Zoals in grond-, weg- en waterbouw, waar het bestand moet zijn tegen zware condities.
 

 

Een mooi voorbeeld van de mogelijkheden en het vertrouwen in gemodificeerd hout dat steeds meer toeneemt, is het initiatief van de provincie Friesland in Nederland. De provincie heeft besloten om over de nieuw aan te leggen snelweg A7 rond Sneek twee houtenverkeers bruggen van geacetyleerd hout te laten bouwen, voor de zwaarste verkeersklasse. Dit betekent dat op meerdere aspecten het uiterste gevraagd wordt van dit materiaal. Naast de hoge eisen aan mechanische eigenschappen, wordt het uiterste gevergd van de constructieve aspecten met betrekking tot fabricage en functioneren, de weerstand tegen de zware invloeden in weer en wind en de interactie van het materiaal met verlijming en coating. Ook het onderhoud en het behouden van het esthetische uiterlijk in de tijd van dit ontwerp is van groot belang.

De vereiste minimale levensduur van deze houten verkeersbruggen is 80 jaar. In het ontwerp van deze verkeersbruggen is gebruik gemaakt van dubbel gekromde liggers van gelamineerd hout met zeer grote dimensies. Nergens ter wereld is ooit een houten brug van dit kaliber gebouwd. Inschatting van het team van experts was dat deze gecompliceerde houten constructie alleen gebouwd kon worden door hiervoor gemodificeerd hout te gebruiken.

Zoek in kennisbank

Aanmelden nieuwsbrief

Uitgelicht

Amsterdamsche Fijnhouthandel

De Amsterdamsche Fijnhouthandel bestaat al sinds 1900. De fijnhandel is gespecialiseerd in het ...

Themasponsors Bouwmaterialen