Yoğunlaştırmanın ısıl işlem görmüş kızılçam (Pinus brutia Ten.) odunlarının bazı fiziksel, mekanik ve kimyasal özellikleri üzerine etkisi

Year 2022, Volume: 23 Issue: 4, 320 - 327, 29.12.2022

Abdullah Canıyılmaz , Samim Yaşar

https://doi.org/10.18182/tjf.1181308

Abstract

Çalışmada, 120, 160 ve 200oC’lerde kızılçam (Pinus brutia Ten.) odunu örneklerine ısıl işlem uygulanmış, devamında örnekler %25 ve %50 oranında preslenerek yoğunlaştırılmıştır. Isıl işlem görmüş örneklerin fourier dönüşümlü kızılötesi (FTIR) spekroskopik ve termal özellikleri araştırılmıştır. Isıl işlem görmüş ve yoğunlaştırılmış örneklerin fiziksel ve mekanik özellikleri değerlendirilmiştir. FTIR bulguları, örneklerin kristallik indeksinde ısıl işlemden kaynaklanan dikkate değer bir değişimin oluşmadığını göstermiştir. Thermogravimetrik analiz (TGA) ve diferansiyel termogravimetri (DTG) eğrilerindeki asıl bozunma safhasında ısıl işlem uygulanmış örneklerde kontrol örneklerine göre daha düşük madde kaybı oluştuğu belirlenmiştir. TGA ve DTG bulguları itibariyle ısıl işlemde uygulanan sıcaklık derecesinin yükseltilmesine bağlı olarak örneklerde önemli düzeyde holoselüloz kaybı oluştuğu tespit edilmiştir. Termo-mekanik olarak yoğunlaştırılmış kızılçam örneklerinin suyla temas edebileceği ortamlarda kullanılması düşünüldüğü takdirde, yoğunlaştırmadan önce ısıl işlem uygulanmasının önerilebileceği görülmüştür. Yine, odun materyalinin taşıyıcı uygulamalar ile dış mekan (dış cephe kaplaması, park ve bahçe mobilyaları, vb.) veya iç mekan (lambri, parke, sauna, mobilya elemanları, vb.) uygulamalarında, ayrıca kısmen yanmaya dayanıklı yapılarda yararlanılabilirliğini güçlendirmek için ısıl işlem ve yoğunlaştırma modifikasyon yöntemlerinin birlikte kullanılmasının önerilebileceği anlaşılmıştır.

Keywords

Kızılçam, Yoğunlaştırma, Isıl İşlem, Özellikler

Effect of densification of heat-treated brutian pine (Pinus brutia Ten.) wood on some physical, mechanical and chemical properties

Abstract

In the present study, heat-treatment was applied to brutian pine (Pinus brutia Ten.) wood samples at 120, 160 and 200oC, and then the samples were pressed in the ratio of 25% and 50% for densification. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopic and thermal properties of heat-treated samples were investigated. The physical and mechanical properties of the heat-treated and densified samples were evaluated. FTIR spectroscopic findings showed that there was no remarkable change in the crystallinity index of the samples due to heat-treatment. It was observed that the heat-treated samples had lower material loss than the control samples at the main decomposition phase in the thermogravimetric analysis (TGA) and differential thermogravimetry (DTG) curves. However, according to the TGA and DTG findings, it was determined that a significant level of holocellulose loss occurred in the samples with the increase of the temperature applied in the heat-treatment. In the results obtained, it has been seen that it can be recommended to apply heat treatment before densification, if the thermo-mechanically densified brutian pine samples are considered to be used in environments where they can come into contact with water. In addition, heat-treatment and densification methods can be recommended to be used together for increase the usability of wood materials in load-bearing applications and outdoor (siding, park and garden furniture, etc.) or indoor (paneling, parquet, sauna, furniture elements, etc.) applications, as well as partially fire-resistant structures.

Keywords

Brutian Pine, Densification, Heat Treatment, Properties

References

• Akerholm, M., Hinterstoisser, B., Salmen, L., 2004. Characterization of the crystalline structure of cellulose using static and dynamic FTIR spectroscopy. Carbohydrate Research, 339(3): 569-578.
• Anşin, R., 1994. Tohumlu Bitkiler I: Gymnospermae (Açık Tohumlular). Karadeniz Teknik Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları, Trabzon.
• Ates, S., Akyildiz, M.H., Ozdemir, H., 2009. Effects of heat treatment on calabrian pine (Pinus brutia Ten.) wood. BioResources, 4(3): 1032-1043.
• Ateş, S., Akyıldız, M.H., Özdemir, H., Gümüşkaya, E., 2010. Technological and chemical properties of chestnut (Castanea sativa Mill.) wood after heat treatment. Romanian Biotechnological Letters, 15(1): 4949-4958.
• Aydemir, D., Bürüç, G., Bakır, K., 2019. Doğu kayını ve saplı meşe odunlarının bazı özellikleri üzerine ısıl işlemin etkisi. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 21(3): 713-721.
• Aydemir, D., Gündüz, G., 2009. Ahşabın fiziksel, kimyasal, mekaniksel ve biyolojik özellikleri üzerine ısıyla muamelenin etkisi. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 11(15): 71-81.
• Aydemir, D., Gündüz, G., Altuntaş, E., Ertaş, M., Şahin, H.T., Alma, M.H., 2011. Investigating changes in the chemical constituents and dimensional stability of heat-treated hornbeam and uludag fir wood. BioResources, 6(2): 1308-1321.
• Aytin, A., 2013. Yabani kiraz (Cerasus Avium (L.) Monench) odununun fiziksel, mekanik ve teknolojik özellikleri üzerine yüksek sıcaklık uygulamasının etkisi. Doktora Tezi, Düzce Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Düzce.
• Bekhta, P., Niemz, P., 2003. Effect of high temperature on the change in color, dimensional stability and mechanical properties of spruce wood. Holzforschung, 57(5): 539-546.
• Blomberg, J., 2006. Mechanical and physical properties of semi-isostatically densified wood. PhD Dissertation, Lulea University of Technology, Lulea, Sweden.
• Boonstra, M.J., 2008. Two stage thermal modification of wood. PhD Dissertation, Ghent University and Universite Henry Poincare, Ghent, Belgium, Nancy, France.
• Bozkurt, Y., Erdin, N., 1995. Yoğunluk ile mekanik özellikler arasındaki ilişkiler. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 45(2): 11-34.
• Bozkurt, Y., Erdin, N., 1997. Ağaç Teknolojisi Ders Kitabı. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları, İstanbul.
• Budakçı, M., Şenol, S., Korkmaz, M., 2022. Thermo-vibro-mechanic® (TVM) wood densification method: Mechanical properties. BioResources, 17(1): 1606-1626.
• Bürüç, G., Aydemir, D., Bakır, K., 2019. Doğu kayını ve Saplı meşe odunlarının bazı özellikleri üzerine ısıl işlemin etkisi. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 21(3): 713-721.
• Dutkuner, İ., Koparan, İ., 2016. Kızılçam ve Karaçam kabuk miktarı ve kullanım olanakları. Electronic Journal of Vocational Colleges, 06(04): 692-703.
• Erten, P., Taşkın, O., 1985. Kızılçam (Pinus brutia Ten.) Kabuklarında Tanen Miktarının Saptanmasına İlişkin Araştırmalar. Ormancılık Arastırma Enstitüsü, Teknik Bülten Serisi No:147, Ankara.
• Esteves, B.M., Pereira, H., 2009. Wood modification by heat treatment: A review. BioResources, 4: 340-404.
• Esteves, B., Marques, A.V., Domingos, I., Pereira, H., 2007. Influence of steam heating on the properties of pine (Pinus pinaster) and eucalypt (Eucalyptus globulus) wood. Wood Science and Technology, 41(3): 193-207.
• Evans, R., Newman, R.H., Roick, U.C., Suckling, I.D., Wallis, A.F., 1995. Changes in cellulose crystallinity during kraft pulping. Comparison of infrared, X-ray diffraction and solid state NMR results. Holzforschung-International Journal of the Biology, Chemistry, Physics and Technology of Wood, 49(6): 498-504.
• Fengel, D., Wegener, G., 1984. Wood Chemistry, Ultrastructure, Reactions. Walter de Gruyter Verlag, Berlin, Germany.
• Güller, B., 2012. Effects of heat treatment on density, dimensional stability and color of Pinus nigra wood. African Journal of Biotechnology, 11(9): 2204-2209.
• Hassan, M.L., Rowell, R.M., Fadl, N.A., Yacoub, S.F., Christainsen, A.W., 2000. Thermoplasticization of bagasse. I. Preparation and characterization of esterified bagasse fibers. Journal of Applied Polymer Science, 76(4): 561-574.
• Hill, C.A.S., 2006. Wood Modification: Chemical, Thermal and Other Processes. Chichester, England.
• ITWA, 2003. ThermoWood Handbook. International ThermoWood Association Publisher, Helsinki.
• Karakaş, G., 2008. Ahlat (Pyrus elaeagnifolia Pall.) odununun fiziksel ve mekanik özellikleri üzerinde ısıl işlemin etkisi. Yüksek Lisans Tezi, Zonguldak Karaelmas Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Zonguldak.
• Kataoka, Y., Kondo, T., 1998. FTIR microscopic analysis of changing cellulose crystalline structure during wood cell wall formation. Macromolecules, 31(3): 760-764.
• Kaya, A.I., 2022. Fire performance of thermally modified wood impregnated with clay nanomaterıals. Fresenius Environmental Bulletin, 30(5): 5292-5296.
• Kol, H.Ş., 2010. Characteristics of heat-treated Turkish pine and fir wood after ThermoWood processing. Journal of Environmental Biology, 31(6): 1007-1011.
• Korkut, D.S., Korkut, S., Bekar, İ., Budakçı, M., Dilik, T., Çakıcıer, N., 2008. The effects of heat treatment on the physical properties and surface roughness of Turkish Hazel (Corylus colurna L.) wood. International Journal of Molecular Sciences, 9: 1772–1783.
• Korkut, S., 2009. Gürgen yapraklı kayacık (Ostrya carpinifolia scop.) odununun bazı mekanik özelikleri üzerine ısıl işlem sıcaklık ve süresinin etkisi. Düzce Üniversitesi Ormancılık Dergisi, 5(1): 121-130.
• Korkut, S., Kocaefe, D., 2009. Isıl işlemin odun özellikleri üzerine etkisi. Düzce Üniversitesi Ormancılık Dergisi, 5(2): 11-34.
• Martinka, J., Hroncova, E., Chrebet, T., Balog, K., 2014. The influence of spruce wood heat treatment on its thermal stability and burning process. European Journal of Wood and Wood Products, 72(4): 477-486.
• Mayes, D., Oksanen, O., 2002. Thermowood Handbook. Joint Publication Finnforest, Finland.
• Meszaros, E., Jakab, E., Varhegyi, G., 2007. TG/MS, Py-GC/MS and THM-GC/MS study of the composition and thermal behavior of extractive components of Robinia pseudoacacia. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 79(1-2): 61-70.
• OGM, 2021. Orman Atlası Online. Orman Genel Müdürlüğü, Bilgi Sistemleri Dairesi Başkanlığı, Coğrafi Bilgi Sistemleri Şube Müdürlüğü, Ankara, https://www.orkoop.org.tr/link/atlas.pdf Erişim: 01.09.2021.
• Öktem, E., 1987. Kızılçam El Kitabı Dizisi 2. Ormancılık Araştırma Enstitüsü Yayınları, Ankara.
• Örs, Y., Keskin, H., 2008. Ağaç Malzeme Teknolojisi. Gazi Kitabevi, Ankara.
• Özdemir, H., Uçar, M.B., 2016. Tannin which obtained from red pine tree bark evaluated as adhesive. Electronic Journal of Vocational Colleges, 6(4): 11-20.
• Pelit, H., 2014. Yoğunlaştırma ve ısıl işlemin doğu kayını ve sarıçamın bazı teknolojik özellikleriyle üst yüzey işlemlerine etkisi. Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
• Pelit, H., Budakçı, M., Sönmez, A., 2018. Density and some mechanical properties of densified and heat post-treated Uludağ fir, linden and black poplar woods. European Journal of Wood and Wood Products, 76(1): 79-87.
• Perçin, O., 2012. Isıl işlemin lamine ahşap malzemenin bazı teknolojik özelliklerine etkilerinin incelenmesi. Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
• Poncsak, S., Kocaefe, D., Bouazara, M., Pichette, A., 2006. Effect of high temperature treatment on the mechanical properties of birch (Betula papyrifera). Wood Science and Technology, 40(8): 647-663.
• Sefil, Y., 2010. ThermoWood yöntemiyle ısıl işlem uygulanmış göknar ve kayın odunlarının fiziksel ve mekanik özellikleri. Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük.
• Sofuoğlu, S.D., 2022. Ağaç malzemede termo-mekanik yoğunlaştırmanın parlaklık ve sertliğe etkisi. Türk Mühendislik Araştırma ve Eğitimi Dergisi, 1(1): 15-19.
• Tabarsa, T., Chui, Y.H., 1997. Effects of hot-pressing on properties of white spruce. Forest Products Journal, 47(5): 71-76.
• Thurner, F., Mann, U., 1981. Kinetic investigation of wood pyrolysis. Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development, 20(3): 482-488.
• Tjeerdsma, B.F., Militz, H., 2005. Chemical changes in hydrothermal treated wood: FTIR analysis of combined hydrothermal and dry heat-treated wood. Holz als Roh- und Werkstoff, 63(2): 102-111.
• Tosun, M., Sofuoğlu, S.D., 2021. Ağaç malzemenin sıkıştırılarak yoğunlaştırılması konusunda yapılan çalışmalar. Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 4(1): 91-102.
• TS 2470, 1976. Odunda fiziksel ve mekaniksel deneyler için numune alma metotları ve genel özellikleri. TSE, Ankara.
• TS 2472, 1976. Odunda fiziksel ve mekanik deneyler için birim hacim ağırlığı tayini. TSE, Ankara.
• TS 2474, 1976. Odunun statik eğilme dayanımının tayini. TSE, Ankara.
• TS 2478, 1976. Odunun statik eğilmede elastikiyet modülünün tayini. TSE, Ankara.
• TS 2595, 1977. Odunun liflere paralel doğrultuda basınç dayanımı tayini. TSE, Ankara.
• TS 4084, 1983. Odunda radyal ve teğet doğrultuda şişmenin tayini. TSE, Ankara.
• TS 53, 1981. Odunun fiziksel özelliklerini tayin için numune alma, muayene ve deney metotları. TSE, Ankara.
• TS EN 317, 1999. Yonga levhalar ve lif levhalar - su içerisine daldırma işleminden sonra boyutsal tayini. TSE, Ankara.
• Ucar, M.B., Ucar, G., Pizzi, A., Gonultas, O., 2013. Characterization of Pinus brutia bark tannin by MALDI-TOF MS and 13C NMR. Industrial Crops and Products, 49: 697-704.
• Ulker, O., Imirzi, O., Burdurlu, E., 2012. The effect of densification temperature on some physical and mechanical properties of Scots pine (Pinus sylvestris L.) BioResources, 7(4): 5581-5592.
• Wang, J.M., Zhao, G.J., Lida, I., 2000. Effect of oxidation on heat fixation compressed wood of China fir. Forestry Studies in China, 2: 73-79.
• Welzbacher, C.R., Wehsener, J., Rapp, A.O., Haller, P., 2008. Thermo-mechanical densifi cation combined with thermal modifi cation of Norway spruce in industrial scale-dimensional stability and durability aspects. Holz als Roh-und Werkstoff, 66: 39-49.
• Yaşar, S., Uz, A., Beram, A., 2020. Isıl işlem görmüş kızılçam (Pinus brutia Ten.) yongalarından üretilen levhaların bazı özellikleri. Bilge International Journal of Science and Technology Research, 4(1): 14-20.
• Yıldız, S., 2002. Isıl işlem uygulanan doğu kayını ve doğu ladini odunlarının fiziksel, mekanik, teknolojik ve kimyasal özellikleri. Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon.
• Yıldız, S., Gezer, E.D., Yıldız, U.C., 2006. Mechanical and chemical behavior of spruce wood modified by heat. Building and Environment, 41(12): 1762-1766.
• Yıldız, S., Gümüskaya, E., 2007. The effects of thermal modification on crystalline structure of cellulose in soft and hardwood. Building and Environment, 42(1): 62-67.
• Zhang, N., Xu, M., Cai, L., 2019. Improvement of mechanical, humidity resistance and thermal properties of heat-treated rubber wood by impregnation of SiO2 precursor. Scientific Reports, 9(1): 982.