Acta Univ. Agric. Silvic. Mendelianae Brun. 2010, 58(1), 107-114 | DOI: 10.11118/actaun201058010107
VLIV MIKROVLNNÉ PLASTIFIKACE, PLOŠNÉHO SLISOVÁNÍ A VYSOKOTEPLOTNÍ ÚPRAVY NA ROVNOVÁŽNOU VLHKOST A SESÝCHÁNÍ DŘEVA SMRKU ZTEPILÉHO (Picea abies (L.) KARST.)
- Ústav nauky o dřevě, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Česká republika
Je možné konstatovat, že díky ohřevu pomocí elektromagnetického záření mikrovlnného pásma, následnému rovnoměrnému plošnému slisování kolmo na vlákna v radiálním směru a vysokoteplotní úpravě je možné dosáhnout snížení rozměrových změn vlivem sesýchání.
Mikrovlnný ohřev způsobuje velmi rychlý nárůst teploty uvnitř dřeva, rychlý nárůst teploty má za následek zvýšení tlaku páry. Tlakem dojde k popraskání stěn parenchymatických buněk dřeňových paprsků, které se podílejí na sesýchání v tangenciálním směru. Během procesu lisování mikrovlnně plastifikovaného dřeva dochází k dislokaci buněčných elementů zejména v místě střední lamely a k deformaci buněk. Také dochází ke snížení odklonu fibril celulózy od podélné osy buněk. Díky těmto změnám ve struktuře dřeva jsou mikrovlnný ohřev i lisování příčinou eliminace anizotropního charakteru dřeva. Vysokoteplotní úprava má za následek změnu chemického složení dřeva. Redukuje počet hydroxylových skupin, na které se vážou molekuly vody, klesá rovnovážná vlhkost dřeva, a tím klesají hodnoty sesýchání.
Ve srovnání s nativním neupraveným smrkovým dřevem má mikrovlnně plastifikované a plošně slisované dřevo menší hodnoty částečného lineárního sesýchání, a to ve směru tangenciálním 3,6krát, ve směru radiálním 1,08krát a ve směru podélném téměř 11krát. Působením teploty 200 °C po dobu čtyř hodin tyto hodnoty ještě sníží. Oproti nativnímu, neupravenému dřevu smrku ztepilého je hodnota sesýchání v tangenciálním směru 5,9krát a ve směru radiálním 1,3krát nižší. Vysokoteplotní modifikace snížila rovnovážnou vlhkost dřeva ze 7,61 na hodnotu 5,84, tedy o 1,77 %. Statistické zhodnocení rovnovážné vlhkosti dřeva uvedené v Tab. I. udává velice vysokou homogenitu naměřených dat. Variační koeficient nepřekračuje hodnotu 3,56 % (neupravené dřevo). Variabilita souborů vyjádřena směrodatnou odchylkou a rozptyl hodnot výběrových souborů (Tab. II, III, IV a V) vykazují nízké hodnoty, které mají dostatečnou vypovídající hodnotu o daných způsobech modifikace dřeva na rovnovážnou vlhkost dřeva a hodnoty sesýchání s výjimkou hodnot sesýchání a koeficientů sesýchání v podélném směru. Rozptyl hodnot sesýchání a koeficientů sesýchání v tomto směru je mnohem vyšší, než rozptyl hodnot v radiálním resp. tangenciálním směru. Jedná se však o velice nízké hodnoty s minimálním rozptylem nemající další významnější využití.
Snížení rovnovážné vlhkosti vede nejen ke snížení rozměrových změn vlivem sesýchání, ale také k nárůstu většiny mechanických vlastností dřeva, které jsou závislé na obsahu vody vázané ve dřevě. Lze předpokládat výraznější pokles hodnot sesýchání a rovnovážnou vlhkost dřeva při úpravě teplotou vyšší než 200 °C a prodlužováním doby expozice.
Kombinace mikrovlnného ohřevu, rovnoměrného plošného slisování a vysokoteplotní modifikace vytváří materiál odolný náročným podmínkám. V průmyslu může být využit například v oblasti stavebně truhlářských výrobků a to zejména jako nášlapná vrstva dřevěných podlah.
Picea abies (L.) Karst., mikrovlnná plastifikace, lisování dřeva, vysokoteplotní modifikace, lineární sesýchání, rovnovážná vlhkost dřeva
Influence of microwave plasticization, areal compression and high-temperature treatment on equilibrum moisture content and shrinkage of Spruce (Picea abies (L.) Karst.)
The wood is heterogenous material compound from substance of cell walls and air. It is colloidal capillary-cellular material with ortogonal anisotropy (Babiak, 1976). The wood has possibility to bound liquids and gases into the structure. Due to this the wood is hygroskopic material leads to changes in dimensions and volume of wood generating at adsorption and desorption of water molecules into the wood. The dimentional changes evoked by changes in moisture content (bounded water) during shrinkage and sweeling have the biggest importance. Shrinkage is making the linear dimensions, area and volume shorter and smaller (Požgaj a kol., 1997). Hygroscopicity and dimensional instability is possible to affect by drying or modification (Horáček, 2004).
Wood modification is a process where it causes improvement in material properties. Aimed changes in chemical structure of wood leads to change in material properties. The aim of modification is to reduce negative properties and to improve positive properties. Wood with changed properties has different parameters which it is necessary to investigate.
Plasticization as temporary modification of material properties leads to softer wood due to release of intercellular bonds mainly in middle lamela. It makes subsequent processing as areal compression possible (Bouajila et al., 2006). To ther plasticization is necessary to heat up the wood on the certain temperature. The microwave heating is very useful for this heating. It has smaller expenses and time consumption.
Pressing or areal compression perpendicular to the gain in radial direction presses the wood and makes it's density bigger. Areal compression is responsible for changes in submicroscopic, microscopic and makroscopic levels of wood structure. Changes in wood structure leads to changes in linear directions during shrinking.
Plasticizated and compressed wood has many of excellent properties, but it has some negative properties too that high temperature treatment reduces.
The aim of this article is to find and compare equilibrium mositure content, linear shrinkage in radial, tangential and longitudinal direction of the native spruce wood (Picea abies L. Karst.) with the same values of microwave plasticizated, areal compressed in radial direction perpendicular to the gain and high temperature treated Spruce wood.
Keywords: Picea abies (L.) Karst., microwave plasticization, pressing of wood, high temperature treatment, linear schrinkage, equilibrium moisture content
Received: July 29, 2009; Published: October 5, 2014 Show citation
| ACS | AIP | APA | ASA | Harvard | Chicago | IEEE | ISO690 | MLA | NLM | Turabian | Vancouver |
References
- BABIAK, M.,1976: Niektoré teplené vlastnosti smrekového dreva a z neho vyrobených materiálov. Kandidátska dizertačná práca. Zvolen, 114 s.
- BOUAJILA, J., DOLE, P., JOLY, C., LIMARE, A., 2006: Some laws in lignin plasticization. Journal of applied polymer science 1445-1451 p. ISSN 0021-8995 DOI: 10.1002/app.24299
Go to original source... - HORÁČEK, P, 2004: Model vázaného šíření vlhkostního a teplotního pole při sušení dřeva. MZLU Brno, 126 s. ISBN 80-86386-59-7
- CHOVANEC, D., OSVALD, A., 1992: Thermal degradation of wood. Zvolen: Technical University, 59 s. ISBN 80-228-0175-5
- POŽGAJ, A., CHOVANEC, D., KURJATKO, S., BABIAK, M., 1993: Štruktúra a vlastnosti dřeva. Bratislava: Príroda a. s., 488 s. ISBN 80-0700600-1
- TORGOVNIKOV, G., VINDEN, P., 2006: Micowave Metod for Increasing the Permeability of Wood and its Application. Advances in Microwave and Radio Frequency Processing. Berlin: Springer, 303-311 p., ISBN 978-3-540-43252-4 Go to original source...
- ČSN 49 0103 Drevo. Zjisťovanie vlhkosti
- ČSN 49 0129 Drevo. Metóda zjisťovania objemového zosychania.
- ČSN 49 0105 Zjišťovanie fyzikálnych a mechanických vlastností přírodného dreva. Zosychanie a napúčanie.
This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License (CC BY NC ND 4.0), which permits non-comercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original publication is properly cited. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.