ไม้สักและน้ำ: บทบาทของยาง

ไม้สักและน้ำ:

ไม้สักและน้ำ:

คุณเคยสงสัยไหมว่าทำไมไม้สักถึงมีชื่อเสียงในการใช้ทำเรือและงานกลางแจ้ง? สองเหตุผลสำคัญที่ทำให้ไม้สักมีชื่อเสียงโด่งดังในบริเวณทะเลและสภาพแวดล้อมที่ชื้นแฉะ คือ ความคงตัวของรูปทรงและคุณสมบัติกันน้ำ คุณอาจสังเกตเห็นว่าในขณะที่ไม้ชนิดอื่นบวม บิดงอ หรือเน่าเปื่อยเมื่อฝนตก แต่ไม้สักกลับคงสภาพเดิมได้อย่างน่าทึ่ง นั่นคือความคงตัวของรูปทรงและคุณสมบัติกันน้ำโดยธรรมชาติ ปรากฏว่าไม้สักมีส่วนประกอบพิเศษในแก่นไม้ที่ไม้ชนิดอื่นแทบไม่มีเลย

ความสามารถของไม้สักในการคงรูปทรงและต้านทานน้ำนั้น ส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากสารไฮโดรคาร์บอนที่น่าสนใจชนิดหนึ่งที่เรียกว่า ยางธรรมชาติ (Lopes et al., 2018; Thévenon et al., 2001).

​ยางธรรมชาติ คืออะไร??

ยางธรรมชาติ (Caoutchouc) เป็นยางธรรมชาติ (cis-polyisoprene) มีคุณสมบัติไม่ดูดซับน้ำและยืดหยุ่นได้ดี แม้ว่าจะมีพืชมากกว่า 2,000 ชนิดที่ผลิตยาง (โดยปกติจะเป็นน้ำยางสีขาวขุ่นในเปลือกไม้) แต่การพบยางอยู่ภายในเนื้อไม้เองนั้นหายากมาก อันที่จริง มีเพียง 8 ชนิดของไม้ในโลกเท่านั้นที่เก็บยางไว้ในแก่นไม้ และมีเพียง 4 ชนิดเท่านั้นที่มีปริมาณยางมากกว่า 1% (Sandermann et al., 1963)

ในไม้สัก ความเข้มข้นของยางธรรมชาติอาจสูงถึง 5% (Simatupang et al., 1996) ยางชนิดนี้ไม่ใช่เพียงแค่ธาตุปริมาณเล็กน้อย แต่เป็นสารสำคัญที่ทำให้ไม้สักมีคุณสมบัติพิเศษที่หาได้ยากในโลกของไม้ชนิดอื่นๆ

ความเสถียรของขนาด

ความยืดหยุ่นทางวิทยาศาสตร์

เพื่อให้เข้าใจว่าเหตุใดความยืดหยุ่นของยางจึงมีความสำคัญ เราควรพิจารณาพฤติกรรมของไม้ธรรมดาในระหว่างการเปลี่ยนแปลงความชื้น ใน 24 ชั่วโมงโดยเฉลี่ย อุณหภูมิและความชื้นจะผันผวนอยู่เสมอ และที่สำคัญยิ่งกว่านั้นคือ ความชื้นและอุณหภูมิโดยรวมจะเปลี่ยนแปลงอย่างมากตามฤดูกาล ไม้จะบวมเมื่อมีความชื้นสูงและหดตัวในอากาศแห้งที่มีความชื้นต่ำ

ไม้บางชนิดมีการขยายตัวและหดตัวสูงมาก ไม้ที่มีการเปลี่ยนแปลงขนาดอย่างต่อเนื่องเหล่านี้อาจเสียหายได้ ทำให้เกิดปัญหาด้านความแข็งแรงของโครงสร้าง พื้นไม้ที่แตกร้าวอาจเป็นอันตรายต่อการเดิน และจำเป็นต้องเปลี่ยนแผ่นไม้ใหม่ วัสดุหุ้มอาคาร (ชั้นไม้ป้องกันรอบอาคาร) ที่ขยายตัวและหดตัวมากเกินไปจะทำให้เกิดช่องว่างที่ทำให้ฝน ลม และสภาพอากาศอื่นๆ แทรกซึมเข้าไปในภายนอกอาคารได้ จำเป็นต้องทิ้งวัสดุหุ้มอาคารเดิมและติดตั้งวัสดุใหม่เพื่อป้องกันการผุพังและปัญหาอื่นๆ คุณสามารถคาดหวังได้ว่าไม้ที่มีการเปลี่ยนแปลงขนาดสูงจะมีอายุการใช้งานสั้นกว่า

ทำไมไม้สักถึงแตกต่าง?

ในขณะที่ไม้ชนิดอื่นเปลี่ยนขนาดและแตกร้าวเมื่อความชื้นเปลี่ยนแปลง แต่ยางซิส-โพลีไอโซพรีนในไม้สักกลับให้ความยืดหยุ่นภายใน ลองนึกถึงยางรัดผมที่คุณสามารถยืดออกแล้วมันก็กลับคืนสู่สภาพเดิมโดยไม่ขาด คุณเคยสงสัยไหมว่าทำไมถึงเป็นเช่นนั้น? นั่นเป็นเพราะการจัดเรียงตัวของอะตอมนั่นเอง

ยางธรรมชาติ (cis-polyisoprene) ประกอบด้วยสายโซ่โพลีเมอร์ยาวที่โดยธรรมชาติแล้วมีแนวโน้มที่จะพันกันเป็นก้อนกลมๆ ที่มีเอนโทรปีสูง อะตอมมีลักษณะยุ่งเหยิง ขดตัว และยืดหยุ่น ภายใต้สภาวะปกติ พวกมันจะไม่เรียงตัวกันอย่างแน่นหนาและไม่เกิดการตกผลึก

เมื่อคุณยืดหนังยาง (หรือเมื่อไม้บวมและหดตัวตามการเปลี่ยนแปลงของความชื้น) คุณกำลังดึงโซ่โมเลกุลเหล่านั้นออกจากกันให้เป็นเส้นตรงที่เป็นระเบียบ แต่โซ่โมเลกุลยาวของซิส-โพลีไอโซพรีนนั้นโดยธรรมชาติแล้วชอบการจัดเรียงแบบหลวมๆ และพันกัน เมื่อถูกยืดออก พวกมันจะยืดตรงขึ้นชั่วคราว แต่เมื่อแรงดึงถูกเอาออกไป พวกมันก็จะกลับคืนสู่สภาพขดตัวเดิมอย่างรวดเร็ว ความยืดหยุ่นของโมเลกุลนี้เป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้ไม้สักมีความคงตัวทางด้านขนาดอย่างน่าทึ่ง ช่วยให้ไม้กลับคืนสู่รูปทรงเดิมแทนที่จะบิดเบี้ยวอย่างถาวร

ในไม้ชนิดอื่นๆ (เช่น ไม้โอ๊คหรือไม้สักบราซิล) เส้นใยเซลลูโลสที่แข็งแรงจะขาด “ตัวกันกระแทก” ที่ยืดหยุ่น โมเลกุลเหล่านี้ยึดติดกันอย่างแน่นหนาในโครงสร้างแบบตารางที่ตายตัว เมื่อความชื้นเข้าและออกจากไม้ มันจะบังคับให้เส้นใยเหล่านี้บวมและหดตัว เนื่องจากโครงสร้างที่แข็งแรงมาก เส้นใยจึงไม่สามารถยืดตัวเพื่อรองรับการเคลื่อนไหวนี้ได้ เมื่อแรงตึงภายในดึงพันธะเกินขีดจำกัด พันธะก็จะขาด ทำให้เกิดรอยแตกที่เราเรียกว่า “รอยร้าว”

ในไม้สัก เมื่อเส้นใยไม้ขยายหรือหดตัว อนุภาคยางยืดหยุ่นก็จะยืดและคลายตัวไปพร้อมกับการเคลื่อนไหว ทำให้แรงตึงไม่ถึงจุดแตกหัก ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมม้านั่งไม้สักอายุ 50 ปีจึงมักมีรอยแตกน้อยกว่าม้านั่งไม้โอ๊คอายุ 5 ปี

ไม้สักมีความคงตัวทางด้านขนาดมากน้อยแค่ไหนเมื่อเทียบกับไม้ชนิดอื่น?

“ไม้สักครองอันดับ 1 ร่วมกับ เรดวูด ในสหรัฐอเมริกา!”

ลองมาดูที่สหรัฐอเมริกา ในสหรัฐอเมริกา มาตรฐานงานไม้ทางสถาปัตยกรรม (AWS) จะวัดปริมาณการบิดงอหรือการหดตัวของไม้ชนิดต่างๆ โดยในมาตราส่วนของพวกเขา ตัวเลขที่ต่ำกว่าหมายถึงไม้ที่มีความเสถียรมากกว่า

แม้จะทดสอบในสภาพที่เปราะบางที่สุด (เลื่อยธรรมดา) ไม้สักก็ยังมีเสถียรภาพเทียบเท่ากับไม้ที่มีเสถียรภาพทางด้านขนาดมากที่สุดในสหรัฐอเมริกา นั่นคือไม้เรดวูด มีเสถียรภาพมากกว่าไม้โอ๊คขาวถึงสองเท่า และยังเหนือกว่าไม้เนื้อแข็งคุณภาพสูงอย่างไม้มะฮอกกานีแอฟริกันและไม้วอลนัทอเมริกันอีกด้วย

ในขณะที่ไม้ชนิดอื่นอาจเกิดช่องว่างหรือบิดงอเมื่อเวลาผ่านไป แต่ไม้สักจะมีการเปลี่ยนแปลงน้อยกว่า เข้ากันได้ดีกว่า และใช้งานได้นานกว่า

ความต้านทานต่อน้ำ

ไม้สักยังมีคุณสมบัติพิเศษอีกหลายอย่าง ยางไม่เพียงแต่ช่วยให้ไม้สักมีความยืดหยุ่นต่อการเปลี่ยนแปลงความชื้นโดยไม่แตกหักเท่านั้น แต่ยังช่วยกันน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้ไม้สักดูดซับความชื้นน้อยกว่าไม้ชนิดอื่นๆ ตลอด 4,000 ปีที่ผ่านมา ช่างต่อเรือต่างพึ่งพาไม้สักด้วยเหตุผลนี้ (เฮอร์มันน์, 1952) เมื่อคุณอยู่กลางมหาสมุทรโดยมีเพียงไม้เป็นตัวช่วยพยุงเรือ คุณคงไม่อยากให้ไม้ดูดซับน้ำทะเลและจมลงสู่ก้นทะเล! คุณต้องการวัสดุที่ต้านทานแรงดึงของน้ำได้

ก. ยางธรรมชาติในไม้สัก ทำทั้งต้านทานการดูดซึมน้ำและขับไล่น้ำ สิ่งกีดขวางทางกายภาพที่ต้านทานการดูดซึมน้ำ

ทำไมไม้สักจึงไม่ดูดซับน้ำเหมือนไม้ชนิดอื่น? คำตอบคือเพราะยาง! จากการใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) นักวิจัยพบว่ายางไม่ได้แค่กระจายอยู่ในรูพรุนเท่านั้น แต่ฝังตัวอยู่ภายในผนังเซลล์ด้วย (Yamamoto et al., 1998)

ประการแรก ยางในไม้สักทำหน้าที่เหมือนปลั๊กทางกายภาพ โดยเข้าไปอุดช่องว่างในเซลล์และผนังเซลล์ซึ่งปกติแล้วน้ำจะซึมเข้าไป ลองนึกถึงที่จอดรถ หากทุกช่องจอดเต็มไปด้วยรถประจำอยู่แล้ว ก็จะไม่มีที่ว่างให้รถยนต์หรือมอเตอร์ไซค์คันใหม่เข้าไปจอดได้เลย

ประการที่สอง ในไม้สัก ยางไม่เพียงแต่เข้าไปเติมเต็มช่องว่างเท่านั้น แต่ยังขยายช่องว่างและทำให้เซลล์บวมขึ้น ทำให้เซลล์ไม่มีพื้นที่ให้ขยายตัวได้มากนัก (Premrasmi & Dietrichs, 1967) นี่คือสิ่งที่นำไปสู่ประสิทธิภาพการป้องกันการหดตัว (Anti-Shrink Efficiency: ASE) ที่สูง ไม้บวมด้วยยาง จึงไม่สามารถบวมได้มากเมื่อสัมผัสกับน้ำ ผลที่ตามมาคือ เซลล์ที่บวมอยู่แล้วของไม้จะได้รับผลกระทบเพียงเล็กน้อยเมื่อความชื้นผันผวน (Puth, 1964, อ้างอิงใน Yamamoto et al., 1998) ไม้จึงยังคงแข็งแรงและมั่นคง อยู่ในสภาพดีเป็นเวลาหลายปี โดยไม่ขึ้นอยู่กับความชื้น

ข. คุณสมบัติกันน้ำในตัว

ไม้สักไม่เพียงแต่ต้านทานความชื้นไม่ให้ซึมเข้าสู่เซลล์เท่านั้น แต่ยังสามารถกันน้ำได้อีกด้วย เหตุผลก็คือพลังงานพื้นผิวและแรงตึงผิวของยางและน้ำ

น้ำมีแรงตึงผิวสูง แต่ยางไม่มี น้ำเป็นโมเลกุลมีขั้ว ส่วนยางเป็นโมเลกุลไม่มีขั้ว น้ำจึงมองหาพื้นผิวที่มีประจุอื่นๆ เพื่อยึดเกาะ (เช่น เซลลูโลสในไม้ส่วนใหญ่) แต่ยางไม่มี “จุดยึด” ทางไฟฟ้าให้น้ำเกาะได้

อันที่จริง พลังงานพื้นผิวของยางนั้นต่ำมาก จนแรงดึงดูดภายในของน้ำที่มีต่อตัวมันเองนั้นแข็งแกร่งกว่าแรงดึงดูดของน้ำที่มีต่อเนื้อไม้ที่ผสมยาง ผลที่ได้คือ น้ำจะรวมตัวกันเป็นหยดน้ำแล้วไหลออกไป

→ พลังงานพื้นผิวสูง: วัสดุอย่างเช่นกระจกใสหรือโลหะมีพลังงานพื้นผิวสูง วัสดุเหล่านี้ต้องการ “ดึง” โมเลกุลเข้าหาตัวเพื่อรักษาเสถียรภาพของพื้นผิว ส่งผลให้โมเลกุลน้ำกระจายตัวออกไปบนพื้นผิวเรียบ (การเปียก)

→ พลังงานพื้นผิวต่ำ: วัสดุอย่างเทฟลอนหรือยางมีพลังงานพื้นผิวต่ำ อะตอมอยู่ในสภาวะ “มีความสุข” และเสถียรอยู่แล้ว จึงไม่มีความต้องการที่จะจับตัวกับสิ่งอื่นใด

เมื่อเฟอร์นิเจอร์ไม้สักวางตากฝน คุณไม่ต้องกังวลมากนักว่าเก้าอี้ของคุณจะชุ่มน้ำและผุพัง ครั้งต่อไปที่คุณเห็นหยดน้ำเกาะบนเฟอร์นิเจอร์ไม้สักของคุณ โปรดจำไว้ว่า คุณกำลังเฝ้าดูปรากฏการณ์ทางวิทยาศาสตร์ที่ “เลอะเทอะ” อันเป็นเอกลักษณ์ของยางธรรมชาติกำลังทำงานอยู่

ไม้สัก: ผลงานชิ้นเอกที่ผสมผสานยางพารา

เมื่อคุณเลือกไม้สัก คุณไม่ได้แค่ซื้อไม้แปรรูป แต่คุณกำลังซื้อวิศวกรรมธรรมชาติที่ได้รับการพิสูจน์แล้วกว่า 4,000 ปี (Simatupang et al., 1995) ตั้งแต่พระราชวังบาบิโลนโบราณไปจนถึงดาดฟ้าเรือยอชต์สุดหรูในปัจจุบัน ยางในไม้สักให้คุณสมบัติดังนี้:

• ความคงรูป: มันยังคงตรงและได้รูปทรงเดิม ในขณะที่วัสดุอื่นบิดเบี้ยว
• คุณสมบัติกันน้ำตามธรรมชาติ: ไม่จำเป็นต้องใช้สารเคลือบกันน้ำทางเคมีอย่างต่อเนื่อง
• ฟิล์มป้องกัน: ที่น่าสนใจคือ แม้ว่าคุณจะทำความสะอาดไม้สักด้วยตัวทำละลายบางชนิด เช่น อะซิโตน ยางธรรมชาติที่ตกค้างอยู่ก็สามารถแพร่กระจายจากส่วนภายในของเนื้อไม้ไปยังพื้นผิว ก่อตัวเป็นฟิล์มป้องกันบางๆ (Yamamoto et al., 1998)
• ความทนทานต่อการสึกหรอ: ไม้สักมีความทนทานต่อการสึกหรอสูงเป็นพิเศษ ส่วนใหญ่เป็นเพราะน้ำมันตามธรรมชาติและยางที่ทำหน้าที่เป็นชั้นหล่อลื่น ซึ่งช่วยป้องกันไม่ให้พื้นผิวสึกหรอภายใต้แรงกดทางกล (Sandermann et al., 1963) ด้วยเหตุนี้ ไม้สักจึงใช้งานได้ดีเยี่ยมสำหรับพื้นและดาดฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งบนเรือที่มีการสึกหรอสูงมาก

เอกสารอ้างอิง

Architectural Woodwork Institute (2014), Architectural Woodwork Manufacturers Association of Canada, and Woodwork Institute. Architectural Woodwork Standards. 2nd ed.

Hermann, S. (1952). Teakholz [Teakwood]. Berlin, Germany: Springer-Verlag. As cited in Importance of Teakwood Extractives on Wood Properties and for Tree Breeding. http://eprints.usm.my/33501/1/IMPORTANCE_OF_TEAKWOOD_EXTRACTIVES_ON_WOOD_PROPERTIES_AND_FOR_TREE_BREEDING.%28MER%29.pdf

Lopes, J. de O., Garcia, R. A., & do Nascimento, A. M. (2018). Wettability of the surface of heat-treated juvenile teak wood assessed by drop shape analyzer. Maderas. Ciencia y Tecnología, 20(2), 249–256. https://doi.org/10.4067/S0718-221X2018005022801

Premrasmi, T., & Dietrichs, H. H. (1967). Nature and distribution of extractives in teak (Tectona grandis Linn.) from Thailand. Natural History Bulletin of the Siam Society, 22(1–2), 1–14.

Sandermann, W., & Simatupang, M. H. (1963). Über das Vorkommen von Kautschuk in Hölzern. Holzforschung, 17(6), 161–163. ​(Translated title: On the occurrence of rubber in woods)

Simatupang, M. H., Rosamah, E., & Yamamoto, K. (1995). Importance of teakwood extractives to wood properties and tree breeding. Forestry and forest products research: Proc. of the third conference, 2, 235–246.

Thévenon, M.-F., Roussel, C., & Haluk, J.-P. (2001, May 20–25). Possible durability transfer from durable to non durable wood species: The study case of teak wood [Paper presentation]. 32nd Annual Meeting of The International Research Group on Wood Preservation, Nara, Japan.

Yamamoto, K., Simatupang, M. H., & Hashim, R. (1998). Caoutchouc in teak wood (Tectona grandis L.f.): formation, location, influence on sunlight irradiation, hydrophobicity and decay resistance. Holz als Roh- und Werkstoff, 56(3), 201–209. https://doi.org/10.1007/s001070050299Yamamoto, K., Simatupang, M. H., Sulaiman, D., & Hashim, R. (1998). Netsu-tai mokuzai no genchi hozon houhou no kaimei [Elucidation of local preservation methods for tropical wood]. Japan International Research Center for Agricultural Sciences (JIRCAS).