European Journal of Wood and Wood Products

, Volume 69, Issue 2, pp 281–286 | Cite as

Improvement of the heat treatment of Jack pine (Pinus banksiana) using ThermoWood technology

  • S. PoncsakEmail author
  • D. Kocaefe
  • R. Younsi
Originals Originalarbeiten


Thermal treatment in inert atmosphere is used to preserve wood without utilisation of toxic chemical agents. In addition, this process increases the dimensional stability of the wood matrix and results in attractive dark colour. On the other hand, it can deteriorate the mechanical strength and the flexibility of wood. For this reason, heat treatment parameters (such as maximum temperature, heating rate, the duration of the first plateau at constant temperature (100–120°C) and the second plateau at the maximum treatment temperature, humidity, final cool down rate) must be optimised in order to benefit from advantages of thermal treatment without deteriorating significantly the mechanical properties of wood. Correlation between wood properties and thermal treatment parameters depends not only on the wood species but also the environment (climate, soil) where the given species grow. This paper presents a study on thermal treatment of Canadian Jack pine (Pinus banksiana) using a medium size prototype furnace. The aim of this study was to optimize the set of parameters used during industrial treatments. The possibility of shortening the process time without causing any deterioration in wood quality was also investigated. The results show that increasing the maximum heat-treatment temperature increased the dimensional stability of Jack pine and darkened its colour. This parameter did not affect the modulus of elasticity but it decreased the modulus of rupture of Jack pine. A slight reduction in gas humidity during the initial warming up period permitted to shorten the drying period and at the same time increased the mechanical strength. This improvement helps save energy and increase productivity.


Dimensional Stability Wood Quality Untreated Wood Initial Warming Pinus Banksiana 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.

Verbesserung der Wärmebehandlung von Jack Pine Holz (Pinus banksiana) mit dem ThermoWood Verfahren


Die Wärmebehandlung von Holz unter Schutzgasatmosphäre wird zur Verbesserung seiner Dauerhaftigkeit ohne Verwendung giftiger chemischer Mittel angewandt. Zusätzlich wird mit diesem Verfahren die Dimensionsstabilität der Holzmatrix verbessert und eine attraktive Dunkelverfärbung erzielt. Andererseits kann sich dieses Verfahren jedoch negativ auf die mechanische Festigkeit und die Steifigkeit des Holzes auswirken. Deshalb müssen die Wärmebehandlungsparameter (wie zum Beispiel Maximaltemperatur, Aufheizrate, Dauer der ersten Temperaturstufe bei 100–120°C und der zweiten Stufe bei der Maximaltemperatur, Feuchte, Abkühlrate) optimiert werden, um die Vorteile einer Wärmebehandlung nutzen zu können ohne dabei die mechanischen Eigenschaften von Holz signifikant zu verschlechtern. Der Einfluss der Wärmebehandlungsparameter auf die Holzeigenschaften hängt nicht nur von der Holzart ab, sondern auch von den Wuchsbedingungen (Klima, Boden). In dieser Studie wird eine Wärmebehandlung von kanadischem Jack Pine Holz (Pinus banksiana) in einer mittelgroßen Prototypanlage vorgestellt. Ziel dieser Untersuchung war es, die Parameter bei der industriellen Behandlung zu optimieren. Zusätzlich wurde die Möglichkeit untersucht, die Verfahrensdauer zu verkürzen ohne die Holzqualität zu verschlechtern. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Erhöhung der maximalen Behandlungstemperatur zu einer Verbesserung der Dimensionsstabilität von Jack Pine Holz sowie zu einer dunkleren Verfärbung führte. Dies hatte keinen Einfluss auf den Elastizitätsmodul, reduzierte jedoch die Biegefestigkeit von Jack Pine Holz. Mit einer geringfügigen Reduktion der Gasfeuchte während der Aufheizphase konnte die Trocknungszeit verkürzt und gleichzeitig die mechanische Festigkeit verbessert werden. Diese Verbesserung hilft, Energie zu sparen und die Produktivität zu steigern.



The authors would like to thank their industrial partner, the Group Ohlin Thermotech for supplying wood and use of their prototype furnace for the tests. They would also like to thank Canada Economic Development (CED), Ministère du développement économique, de l’Innovation et de l’exportation (MDEIE), Conférence régionale des élus, Saguenay-Lac-St-Jean (CRÉ), Forintek, University of Quebec at Chicoutimi (UQAC), Foundation of University of Quebec at Chicoutimi (FUQAC), as well as their technicians, Mr. Renald Delisle and Mr. Jacques Allaire for their support and contributions.


  1. Alén R, Kotilainen R, Zaman A (2002) Thermochemical behavior of Norway spruce (Picea abies) at 180–225°C. Wood Sci Technol 36:163–171 CrossRefGoogle Scholar
  2. ASTM Int (2004) Annual book of ASTM standards. Wood 4(10):26–36 & 158 Google Scholar
  3. Chanrion P, Schreiber J (2002) Different processes; high temperature heat-treated wood (Les différents procédés, Bois traité par haute température). Edition CTBA, Paris, p 115 (In French) Google Scholar
  4. Dirol D, Guyonnet R (1993) The improvement of wood durability by retification process. Document No IRG/WP 98-40015. International Research Group on Wood Protection, Stockholm, Sweden Google Scholar
  5. Fengel D, Wegener G (1989) Wood: chemistry, ultrastructure, reactions. de Gruyter, Berlin Google Scholar
  6. Kamden DP, Pizzi A, Jermannaud A (2002) Durability of heat-treated wood. Holz Roh- Werkst 60:1–6 CrossRefGoogle Scholar
  7. Kifetew G, Thuvander F, Berglund L, Lindberg H (1998) The effect of drying on wood fracture surfaces from specimens loaded in wet conditions. Wood Sci Technol 32:83–94 Google Scholar
  8. Kocaefe D, Chaudry B, Poncsak S, Bouazara M, Pichette A (2007) Thermogravimetric study of high temperature treatment of aspen: effect of treatment parameters on weight loss and mechanical properties. J Mater Sci 42(3):854–866 CrossRefGoogle Scholar
  9. Pavlo B, Niemz P (2003) Effect of temperature on color and strength of spruce wood. Holzforschung 57:539–546 CrossRefGoogle Scholar
  10. Poncsak S, Kocaefe D, Bouazara M, Pichette A (2006) Effect of high temperature treatment on the mechanical properties of birch. Wood Sci Technol 40:647–668 CrossRefGoogle Scholar
  11. Rusche H (1973) Thermal degradation of wood at temperatures up to 200°C, part I: strength properties of dried wood after heat treatment. Holz Roh- Werkst 29:275–278 Google Scholar
  12. Sanderman W, Augustin H (1963) Chemical investigations on the thermal decomposition of wood, part I: stand of research. Holz Roh- Werkst 21:256–265 CrossRefGoogle Scholar
  13. Santos JA (2000) Mechanical behaviour of eucalyptus wood modified by heat. Wood Sci Technol 34:39–43 CrossRefGoogle Scholar
  14. Schneider A (1973) Investigations on the convection drying of lumber at extremely high temperatures, part II: drying degrade, changes in sorption, colour and strength of pine sapwood and beech wood at drying temperatures from 110 to 180°C. Holz Roh- Werkst 31:198–206 CrossRefGoogle Scholar
  15. Stamm AJ (1956) Thermal degradation of cellulose. Ind Eng Chem 48(3):413–417 CrossRefGoogle Scholar
  16. Sundqvist B, Karlsson O, Westermark U (2006) Determination of formic-acid and acetic acid concentrations formed during hydrothermal treatment of birch wood and its relation to colour, strength and hardness. Wood Sci Technol 40(7):549–561 CrossRefGoogle Scholar
  17. Tjeerdsma BF, Militz H (2005) Chemical changes in hydrothermal treated wood: FTIR analysis of combined hydrothermal and dry heat treated wood. Holz Roh- Werkst 63:102–111 CrossRefGoogle Scholar
  18. UDSA (1999) Wood handbook, wood as an engineering material. United States Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, Madison Wisconsin, General technical report FPL-GTR-113 Google Scholar
  19. Viitaniemi P (1997) ThermoWood modified wood for improved performance. Wood: the ecological material. In: 4th Eurowood symposium, Stockholm, Sweden, 22–23 September 1997. Swedish Institute for Wood Technology Research, Tratek, pp 67–70 Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag 2010

Authors and Affiliations

  1. 1.Department of Applied SciencesUniversity of Quebec at ChicoutimiChicoutimiCanada

Personalised recommendations