Dünyada kaynağı kolaylıkla yenilenebilen ve çok fazla sayıda kullanım alanında değerlendirilebilen tek hammadde olan ağaçtan rasyonel faydalanma imkânları, ancak odunun anatomik yapısı ve temel özellikleri hakkında yeterli miktarda bilgiye sahip olmakla mümkündür [33]. Ahşabın uygun koşullarda dayanıklı bir malzeme olduğu ve yüzyıllardır yapı malzemesi olarak kullanıldığı bilinmektedir [4], [34], [35].
Günümüzde ahşap esaslı ürünlerde kişi başına tüketimin artması ve orman alanlarının azalması ile buna bağlı olarak da hammadde sıkıntısı artmaktadır [30], [36]. Ağaç ham maddesinin tekniğine uygun ve optimum şekilde kullanılarak [32], [37] üretilen ürünlerin uzun süre kullanılmasını zorunlu kılmaktadır [6].
Ağaç malzemenin kendine özgü anatomik yapısı, fiziksel ve mekanik özellikleri ile çok farklı ürünler halinde birçok kullanım alanı mevcuttur. Odun; selüloz, hemiselüloz ve lignin ve ekstaktif maddelerden oluşan ve doğada fazla miktarda bulunan yenilenebilir
organik bir malzemedir. Ağaç malzeme; fiziksel, mekanik, kimyasal ve biyokimyasal müdahale olanağı olan ender maddelerdendir. Gerek masif halde, gerekse ahşap esaslı kompozit veya levha ürünlerine [38] de dönüştürülerek değerlendirilebilir [30], [31], [32], [39]. Yoğunluğunun diğer yapısal materyallere oranla düşük olmasına karşılık, direnci oldukça yüksektir. Alet ve makinelerle kolay işlenmesi [40], ısı iletme kabiliyeti, elektriksel direnç (dielektrik), özgül ısısı, yalıtkanlık kabiliyeti, ses rezidansı, ses izolasyonu gibi özelliklere sahip bir malzeme olan ağaç malzeme aynı zamanda arzu edilen derecede akustik özelliklere de sahiptir [6]. Ahşap müzik aletleri ve akustik maksatlar için en uygun malzemedir. Ayrıca diğer yandan sesi absorbe etme özelliğinden dolayı ahşap malzeme binalarda ses ve gürültüyü absorbe ederek [6] gürültünün azalmasını sağlayabilmektedir [41]. Dolayısıyla ağaç malzeme, ilk çağlardan bu yana kullanım alanı sayısı artarak devam etmekte ve insanoğluna hizmetini sürdürmektedir. Günümüzde odun hammaddesinin 10000’den fazla farklı kullanım yeri bulunduğu bildirilmektedir [6].
Ağaç malzeme, havanın bağıl nemi ve sıcaklığına bağlı olarak çalışması [42], mantarların olumsuz etkisi ile çürümesi, renk değiştirmesi, böcekler [7] ve diğer zararlılar tarafından tahrip edilmesi, fiziksel, mekanik ve kimyasal etkiler ile ateşe karşı sınırlı dayanımı vb. gibi kullanım yerlerinde arzu edilmeyen ve sakıncalı olabilecek bazı olumsuz özelliklere sahiptir [4], [37], [43], [44], [45]. Nitekim ahşap malzemenin beklenen üstün özelliklere kavuşturulması 2018 yılında yapılan güncel araştırmalarla mümkün olabileceği ortaya konulmuştur [46]. Song ve arkadaşlarının yaptığı araştırma ile ortaya konulan modifikasyon yönteminin çeşitli ağaç türleri için evrensel olarak etkili olduğu gösterilmiştir. Modifiye edilen çeşitli ahşap türlerinin, çoğu yapısal metal ve alaşımdan daha yüksek bir özgül güce sahip ve bu da ahşap malzemenin düşük maliyetli, yüksek performanslı, hafif bir alternatif haline getirdiğini ortaya koymuşlardır [46].
Kullanılacak alanda, ağaç malzemenin bilinen zayıf yönlerinin güçlendirilmesi, ağaç malzemenin, kullanılan yerde kendinden beklenen en uzun kullanım süresine ulaşmak için oldukça önem arz etmektedir [47]. Organik ve lignoselülozlu bir madde olan odunun kullanım yerine göre çeşitli tahrip eden etkenlere karşı, tahrip edici faktörün türü ve risk derecesine göre korunması bir zorunluluktur [14], [48]. Ağaç malzeme harici etkilere karşı kendisini koruyacak doğal dayanıklılığa sahip olmasına rağmen biyolojik, fiziksel, kimyasal ve mekanik etkilere karşı korunmasız olarak uzun süre dayanıklı kalamaz [49]. Nitekim sıklıkla kullanım yerinde ağaç malzemenin kendinden beklenen performansı
göstermemesi sonucunda, yenisi ile değiştirmek için yapılan masrafların yüksekliği ağaç malzemenin kullanım yerlerinde korumak ve kullanım ömrünü uzatmak üzere bazı termal modifikasyon [42], [43], [50], [51], [52] ve yüzey işlemlerinin yapılmasını kaçınılmaz hale getirmektedir [14], [47].
Ağaç malzemenin dayanıklılığını olumsuz yönde etkileyen en sakıncalı etken dış hava şartlarıdır [7]. Hava sıcaklığı, güneş ışığı ve farklı dalga boyları ile UV radyasyonu, nem [14], [53], [54] bu faktörlerin mevsime ve gün içindeki saate göre değişmesi korumasız olan ağaç malzemede deformasyona sebep olmaktadır. Ahşap malzemenin bu tür olumsuz etkilerden belli bir miktar korunabilmesi için, farklı iyileştirici işlemler yapılsa da çoğunlukla malzeme yüzeyleri boya ve vernikler gibi koruyucu katmanlar ile kaplanmalıdır [4], [55], [56].
1.2.1. Ağaç Malzemenin Anatomik Yapısı
Ağaç malzemeye uygulanacak vernik veya boya gibi yüzey işlemlerinde, malzeme düzgün ve kusursuz olmalıdır. Reaksiyon odunu, eğri büyüme, lif kıvrıklığı gibi kusurlara sahip ağaç malzeme yüzey işlemi sonrasında kullanıldığında yüzey işlemlerini birçok yönden olumsuz yönde etkiler. Uygun olmayan koşullarda bekletilen ağaç malzemede, önce lekelenmeler, sonrasında ise çürüme ve ardaklanmalar meydana gelebilmektedir. Lekeli, çürük ve ardaklanmış kısımlar yüzey işleminin dengeli şekilde bünyesine çekememektedir. Uzun zaman bekletilmiş ağaç malzeme de renk değişikliği dıştan zor fark edilmektedir. Mantar tahribatı sonucu ortaya çıkan renk kusurları, çürükler ve ardaklar yüzey işlemi ile tamamen temizlenemediğinden dolayı kesme sırasında uzaklaştırılmalarında fayda vardır [2].
Ağaç malzemenin esasını oluşturan yıllık halkalar içinde ilkbahar odunu (İBO) ve yaz odunu (YO) olmak üzere iki değişik tabaka bulunmaktadır. Ağaç malzemenin yüzey işlemi uygulanacak yüzeyleri ise radyal ya da teğet biçilmiş olabilir. Radyal yüzeylerde İBO ve YO tabakaları dar şeritler halinde bulunurken, teğet yüzeylerde bir yıllık halkadaki İBO ve YO tabakaları geniş alanlar kapsamaktadırlar. Bu kısımlar, yüzey işlemi sistemini tutma bakımından farklı özelliklere sahip bulunduklarından önem kazanmaktadırlar. Çünkü yüzey işleminin nüfuzu bakımından farklılıklar oluşturmakta ve YO üzerindeki yüzey işlemi tabakası dış hava koşullarından daha fazla etkilenerek hızlı şekilde dökülmektedir. Dolayısıyla radyal biçilmiş yüzeyler yüzey işlemi sistemini daha iyi tutarlar. Yapraklı ağaçların bazılarında mevcut olan traheler büyük çaplı olup
bunlar sıvı taşınmasında önemli rol oynamaktadırlar. Ayrıca yapraklı ağaçlar iyi verniklenirken, iğne yapraklı ağaçlar daha iyi renklendirilebilirler [2].
1.2.2. Ağaç Malzemenin Rutubeti
Ağaç malzeme bünyesinde daima bir miktar su bulundurur. Malzeme içeresindeki nem miktarı kullanım yerinde; fiziksel, mekanik ve teknolojik özellikler üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Nitekim ahşap malzemenin, işlenme, kurutma, emprenye edilebilme kabiliyeti ve kalori değeri rutubete göre değişiklik göstermektedir. Ayrıca malzeme içerisindeki rutubet miktarı, renk değiştiren ve çürüklük yapan mantarlar için önem taşımaktadır. Genellikle mantarlar rutubeti minimum %18-20’de olan malzemede faaliyet göstermeye başlarlar [33]. Kurutma ve ısıl işleme tabi olmuş ağaç malzemelerde rutubet miktarı yaklaşık %5-8 arasında olduğu düşünüldüğünde biyolojik zararlılara, çürümeye ve boyutsal değişimlere karşı yüksek seviyede korunduğu söylenebilir.
1.2.3. Ağaç Malzemenin Kimyasal Yapısı
Ağaç gövdesi; kabuk, kambiyum tabakası ve odun kısmından oluşur. Odun kısmı; öz ve diri odun, kabuk kısmı; iç ve dış kabuk olarak ayrılmaktadır. Odunun kimyasal yapısında Çizelge 1.3’de ve Şekil 1.3’de yer alan, hücre çeperinin ana bileşenleri; selüloz, hemiselüloz ve lignin gibi polimer bileşikler bulunmaktadır [57].
Çizelge 1.3. Odun hücresindeki temel bileşenler [40].
Elementler Miktar (%) Karbon 49-51 Oksijen 43-44 Hidrojen 6-7 Nitrojen 0,1 - 0,3 Kül (Ca, K, Mg, Mn. vb.) 0,2 – 0,6
Odunun kimyasal yapısında hücre çeperinin ana bileşenleri olan selüloz, hemiselüloz ve lignin gibi polimer bileşikler bulunmaktadır. Şekil 1.3’de gösterildiği gibi odunun türüne bağlı olarak, farklı miktarlarda selüloz, hemiselüloz, lignin vd. ekstraktif maddelerden oluşmaktadır [40].
Şekil 1.3. Odun yapısı ve bileşenleri [40].
Odun hücresinde bulunan bu bileşenlerin malzemeye kazandırdığı çok çeşitli özellikler olduğu bilinmektedir. Aynı zamanda Şekil 1.3’deki oranlar farklı tür, iklim ve hatta ağacın farklı yerlerinden alınan kesitlere ve odun hücresine göre değişiklik gösterebilir [40]. Dolayısıyla odun hücrelerinde bulunan kimyasal bileşenin miktarı ve oranları değiştikçe ağaç malzemenin mekanik, fiziksel ve teknolojik özellikleri de etkilenmektedir. Ağaç malzemenin modifikasyonu yapılırken Şekil 1.3’de verilen bileşenlerin özellikleri ve miktarları göz önünde tutularak işlemler yapılmaktadır. Ağaç malzemeye uygulanan termal modifikasyon, yüzey işlemleri vb. işlemler sonucunda odunda meydana gelen kimyasal değişimler nedeniyle odunun kimyasal bileşiminin bilinmesinde, yapılan çalışmaları değerlendirilebilmesi için önemli olduğunu ifade etmek gerekir.