Olet täällä

Puurakentamisen liimat

Puuliimat ovat keskeisessä roolissa nykyaikaisessa teollisessa puurakentamisessa. Liimaamalla voidaan säästää puuta, tehdä kevyitä ja lujia rakenteita, sekä hillitä puulle ominaista kosteuden aiheuttamaa elämistä. Nykyaikaiset teolliset puuliimat on räätälöity puuteollisuuden tarpeisiin ja kehittyvät jatkuvasti. 

Liimaamalla valmistetaan kontrolloiduissa olosuhteissa rakenteellisia puutuotteita. Näitä ovat muun muassa sormijatkettu sahatavara, liimapuu, lamellihirsi, CLT (cross laminated timber), vaneri ja viilipuu eli LVL (laminated veneer lumber).

Yleiset käytössä olevat liimatyypit

Rakenteellisessa puun liimauksessa käytetään kemialtaan muutamia erilaisia liimoja. Yleisimmät liimatyypit ovat fenolipohjaiset (fenoliformaldehydi- (PF), fenoliresorsinoliformaldehydi-(PRF), resorsinoliformaldehydiliima (RF), aminohartsipohjainen (melamiini-urea-formaldehydiliima (MUF)), kosteuskovettuva polyuretaaniliima (PU tai PUR) ja emulsiopolymeeri-isosyanaattiliima (EPI), joiden valintaan kussakin tapauksessa vaikuttaa lopputuotteen vaatimukset, kohteen käyttöluokka (1,2 tai 3) sekä tuotantolinjan tyyppi.

Fenolipohjaiset liimat ovat käytössä pääosin rakenteellisen vanerin ja LVL:n tuotannossa eli niitä käytetään viilujen liimaamiseen yhteen. Fenoliliimat ovat kaksi- tai kolmekomponenttisia, kovettuvat korkeissa lämpötiloissa ja muodostavat kestävän, mutta näkyvän tumman liimasauman.

MUF-liimoja eli kaksikomponenttisia melamiini-urea-formaldehydiliimoja käytetään monien rakenteellisten puutuotteiden valmistukseen, erityisesti sormijatkamiseen ja liimapuun valmistamiseen. MUF kovettuu korkeassa lämpötilassa ja muodostaa värittömän liimasauman.

Yksikomponenttisia PUR-liimoja eli polyuretaaniliimoja käytetään sormijatkosten, liimapuun, lamellihirren ja CLT:n valmistuksessa. Polyuretaaniliimalla myös liimataan LVL- levyä kerroksittain (ns. kerrannaisliimaus). Polyuretaanipuuliimat kovettuvat kosteuden vaikutuksesta huoneenlämpötilassa ja muodostavat värittömän liimasauman. Polyuretaaniliimat valmistetaan polyolin ja isosyanaatin reaktiolla, joka muodostaa uretaanisidoksia. Vastaavia ainesosia käytetään myös muualla arkiympäristössä muun muassa huonekalujen pehmusteissa ja urheilujalkineissa.

Emulsiopolymeeri-isosyanaattiliimat koostuvat dispersioliimasta sekä isosyanaattikovetteesta. Liima kovettuu huoneenlämpötilassa kuivumalla. EPI-liimoja käytetään yleisemmin Euroopan ulkopuolella pienen dimension sormijatkosten, liimapuun ja lamellihirren valmistuksessa.

Liimojen käyttö ja päästöt

Rakenteellisessa liimauksessa käytetään formaldehydin (fenolipohjaiset/aminohartsit) sekä isosyanaatin (polyuretaani/epi) kovettumisreaktioon perustuvia liimoja, koska niillä saavutetaan kovettuneena riittävä rakenteellinen lujuus ja kesto. Liimoja käytetään teollisissa olosuhteissa, jossa on huolehdittava, että tuotteet käytetään liimojen mukana toimitetun käyttöturvallisuustiedotteen mukaisesti.

Liimojen kovettumisprosessissa formaldehydi tai isosyanaatti reagoivat muodostaen liimasauman, jossa on uusia kemiallisia sidoksia liimapolymeerien välissä sekä puun ja liiman välissä. Esimerkiksi kosteuskovettuva polyuretaaniliima kovettuu pääosin puun kosteuden vaikutuksesta puun välissä.

Nykyaikainen kovettunut liima ei sisällä liuottimia ja sen emissiot ovat lähes olemattomia. Useat liimat täyttävät päästöluokan M1 vaatimukset pelkkänä liimanakin.

Liimauksen pitkäaikaiskesto ja testaaminen

Liiman osalta soveltuvuutta rakenteelliseen liimaukseen merkitään joko eurooppalaisella standardilla EN 301 (fenoli- ja aminohartsiliimat), EN 15425 (polyuretaaniliimat) tai EN 16254 (EPI liimat) mukaan niin, että EN 301 ja EN 15425 tyypin I liimat soveltuvat kaikkiin käyttöluokkiin (1, 2 ja 3) ja tyypin II liimat sekä EN 16254 tyyppi I liimat käyttöluokkiin 1 ja 2. Nämä edellä mainitut standardit määrittävät testit, joita liimojen on ensin läpäistävä tullakseen käyttöön.

Eri standardien mukaiset testit, joita on yhteensä noin kymmenen erilaista riippuen liimasta, testaavat monipuolisesti liimojen lämpötila- ja kosteusrasituksen kestoa lyhyessä tai pitkäkestoisessa kuormituksessa. Testit ovat luonteeltaan joko rajuja lyhytaikaisia testejä (esimerkiksi kiehuvan veden tai delaminointitestin kestoa) tai pitkäaikaisempia jatkuvan kuormituksen ja vaihtelevien olosuhteiden testejä, jotka kestävät 3, 6 ja 12 kuukautta. Testien mukaan puuaines hajoaa yleensä ennen liimasaumaa, joten rakenteellinen suojaus ja käyttöluokan huomioon ottaminen suunnitteluratkaisuissa ovat pitkäaikaiskestävyyden kannalta liimasaumoja keskeisemmät asiat.

Uusimmissa standardeissa testitulosta kuvaamaan on tullut käyttöön merkintäkoodi, joka kuuluisi löytyä liiman etiketistä tai tuote-esitteestä. Esimerkiksi kaikkiin käyttöluokkiin soveltuvalla yksikomponenttisella kosteuskovettuvalla polyuretaaniliimalla yleinen merkintä on EN 15425 1 70 GP 0,3. Merkinnällä kerrotaan standardi, jonka mukaan liima on testattu (EN 15425), liimatyyppi (tyyppi 1), yleinen testauslämpötila (70 °C), käyttötarkoitus (GP = general purpose eli yleiskäyttö) ja suurin sallittu liimasauman paksuus käytössä eli 0,3 mm. Muut käyttötarkoitusvaihtoehdot kaikille liimoille ovat FJ (finger-joint eli vain sormijatkamiseen) tai SP (special purpose eli erikoistarkoituksiin).

Liimat ja puun kosteuskäyttäytyminen

Liimoille tehtävien testien tarkoituksena on osoittaa, että tuotteet sopivat rakenteellisen puuliiman päätarkoitukseen eli tekemään puuta lujempi liimasauma, joka kestää erityisesti kosteuden ja lämpötilan vaihteluja koko rakenteen suunnitellun käyttöiän ajan, esimerkiksi yli 50, 75 tai jopa 100 vuotta. Koska käyttökokemus käytössä olevista liimoista on lyhyempi kuin tyypillinen suunniteltu käyttöikä, tarvitaan syntyneille liimasaumoille rajuja, pitkäaikaiskäyttäytymistä ennakoivia testejä. Esimerkiksi liimapuun, lamellihirren ja CLT:n laadunvalvonnassa yleinen delaminointitesti pyrkii ennustamaan koko käyttöiän käyttäytymistä, ja on kehitetty todellisten monen vuoden olosuhdetestien pohjalta. Delaminointitestissä liimattu puukappale kyllästetään vedellä alipaine / ylipaine syklillä yli kuitusaturaatiopisteen ja kuivataan nopeasti lähes alkuperäiseen painoon korkeassa lämpötilassa.

Puun kosteuseläminen aiheuttaa liimasaumaan rasitusta, jota liiman tulisi kestää vuosikymmenten ajan. Liimasaumat muodostavat osan liimatun puutuotteen rakennetta ja näin ollen vaikuttavat sen kosteuselämiseen. Tutkimuksien mukaan puuliimat voivat vähentää puutuotteen kosteuselämistä verrattuna saman kokoiseen massiivipuuhun. Tyypillisesti valmiilla puutuotteilla kosteuseläminen vaikuttaa puutuotteen pintakerrokseen eniten ja jo liimasauman syvyydessä kosteuseläminen on vähäisempää. Liimasauman vaikutus kosteuden siirtymiseen puutuotteessa riippuu käytetystä liimasta, liimasauman paksuudesta sekä kosteuserosta liimasauman eri puolilla. Puun pinta ei ole liimatessa täysin tasainen mikroskoopilla tarkasteltuna. Nykyaikaisilla liimoilla käytetään liimamääriä, jotka tuottavat keskimäärin noin 0,1 mm paksun liimasauman puutuotteen välissä. Tämä 0,1 mm liimasauma on syntynyt mikroskooppisella tasolla epätasaisten puupintojen välissä ja näin ollen sisältää paksumpia ja ohuempia alueita sekä kaasun tai kuivumisen aiheuttamia aukkoja. Liima ei muodosta tiivistä kalvoa vaan kosteus siirtyy puussa liimasauman läpi.

Liimasauman kostuminen on vähäistä silloin, kun puun kosteus on normaali, mutta lisääntyy kaikilla liimatyypeillä puun kostuessa kohti kuitusaturaatiopistettä. Kosteus liimasaumassa aiheuttaa jonkin verran liimasauman mekaanisen lujuuden alenemaa.

Tutkimuksissa veden isotooppimäärityksien avulla on havaittu kosteuden siirtyvän monienkin liimasaumojen läpi ja siitä johtuen liimattu puutuote asettuu tasapainoon ympäröivän kosteuden kanssa riittävän ajan kuluttua. Puun kostuminen ja kuivuminen tapahtuvat eri suuntiin eri puutuotteilla puun rakenteesta johtuen. Esimerkiksi CLT:llä jokainen kerros on 90 asteen kulmassa edelliseen, joka tasaa kosteuselämistä verrattuna massiivipuuhun.


Artikkeli on julkaistu Puulehdessä 1/2019, johon pyysimme alan johtavaa toimijaa (Kiilto Oy) kertomaan, mitä liimat ovat ja miten ne vaikuttavat puun ominaisuuksiin.