The influence of relative air humidity on the roughness of hydrothermally and thermo-mechanically modified oak wood - implications for finishing processes

• Autorzy: Laskowska Agnieszka , Kłosińska Teresa , Skirko Daniel

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0055.4366

Warianty tytułu

PL

Wpływ wilgotności względnej powietrza na chropowatość drewna dębu modyfikowanego hydrotermicznie i termo-mechanicznie - implikacje dla procesów wykończeniowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The influence of relative air humidity on the roughness of hydrothermally and thermo-mechanically modified oak wood - implications for finishing processes. Oak wood (Quercus robur L.) was subjected to thermo - mechanical modification, preceded by two variants of hydrothermal treatment. Samples of non - modified and modified oak wood were conditioned in a climate with a temperature of 20 °C, a relative humidity of 9%, 34%, 55%, 75%, and 98%. After the conditioning process was completed, the wood roughness was determined parallel and perpendicular to the grain. The results showed that relative humidity significantly affected the Ra and Rz roughness parameters. Densified (after thermo - mechanical modification) oak wood at 98% relative humidity exhibited higher roughness than wood subjected to hydrothermal treatment and densification. It was also found that the duration (150 min, 300 min) of the hydrothermal treatment influenced changes in Ra and Rz parameters. The oak wood subjected to a longer hydrothermal process and then densified was characterized by lower roughness than oak wood after shorter hydrothermal treatment and densified. Regardless of the thermo - mechanical modification variant, higher Ra and Rz values parallel to the grain were observed in modified wood after conditioning at 98% humidity compared to non - modified oak wood. These findings indicate that a properly selected hydrothermal modification time before densification can mitigate the adverse effects of high ambient humidity on the surface quality of oak wood. The results are of practical relevance for the optimization of finishing processes in thermo - mechanically modified oak wood.

PL

Wpływ wilgotności względnej powietrza na chropowatość drewna dębu modyfikowanego hydrotermicznie i termo-mechanicznie - implikacje dla procesów wykończeniowych. Drewno dębu (Quercus robur L.) poddano modyfikacji termo -mechanicznej, poprzedzonej dwoma wariantami obróbki hydrotermicznej. Próbki niemodyfikowanego i modyfikowanego drewna dębu klimatyzowano w klimacie o temperaturze 20 °C i wilgotności względnej 9%, 34%, 55%, 75% i 98%. Po zakończeniu procesu klimatyzowania zbadano chropowatość drewna równolegle i prostopadle do przebiegu włókien. Wykazano, że wilgotność względna powietrza istotnie wpłynęła na parametry chropowatości Ra i Rz. Zagęszczone (po modyfikacji termo - mechanicznej) drewno dębu w klimacie o wilgotności względnej 98% charakteryzowało się większą chropowatością niż drewno modyfikowane poprzez obróbkę hydrotermiczną i zagęszczanie. Stwierdzono również, że czas trwania obróbki hydrotermicznej (150 min, 300 min) wpłynął na zmiany parametrów Ra i Rz. Drewno dębu poddane dłuższej obróbce hydrotermicznej, a następnie zagęszczone charakteryzowało się mniejszą chropowatością niż drewno poddane krótszej obróbce hydrotermicznej i następnie zagęszczone. Dla drewna modyfikowanego, niezależnie od wariantu modyfikacji termo - mechanicznej, w klimacie o wilgotności względnej powietrza 98% zaobserwowano wyższe wartości parametrów Ra i Rz wzdłuż włókien w porównaniu z drewnem niemodyfikowanym. Wyniki te wskazują, że odpowiednio dobrany czas modyfikacji hydrotermicznej przed zagęszczaniem może złagodzić niekorzystny wpływ wysokiej wilgotności względnej powietrza na jakość powierzchni drewna dębu. Wyniki mają praktyczne znaczenie dla optymalizacji procesów wykończeniowych drewna dębu modyfikowanego termo - mechanicznie.

Słowa kluczowe

EN

humidity; hydrothermal treatment; oak wood; roughness; thermo - mechanical modification

• Wydawca: Wydawnictwo Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
• Czasopismo: Annals of Warsaw University of Life Sciences - SGGW. Forestry and Wood Technology
• Rocznik: 2025
• Tom: No. 131
• Strony: 18--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 37 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Laskowska Agnieszka

• Department of Wood Science and Wood Preservation, Institute of Wood Sciences and Furniture, Warsaw University of Life Sciences – SGGW, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-6212-3100

autor

Kłosińska Teresa

• Department of Wood Science and Wood Preservation, Institute of Wood Sciences and Furniture, Warsaw University of Life Sciences – SGGW, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-6538-2634

autor

Skirko Daniel

Bibliografia

• 1. AYDIN, I., DEMIR, A., & OZDEMIR, T. (2020). Effects of sanding and various surface smoothing processes on surface roughness and varnish adhesion of beech, oak and pine massive parquets, Sigma 11(2); 119-25.
• 2. BEKAS, J., 2012: Modyfikacja drewna wciąż poszerzana, Gazeta Przemysłu Drzewnego 11(190); 28.
• 3. CAN, A., ERGUN, M. E., & ÖZLÜSOYLU, I. (2023). Properties of oak wood incorporating microencapsulated phase change material, BioResources 18(3); 6068-6085; DOI: 10.15376/biores.18.3.6068-6085.
• 4. DVOŘÁK, O., KVIETKOVÁ, M. S., ŠIMŮNKOVÁ, K., MACHANEC, O., PÁNEK, M., PASTIEROVIČ, F., LIN, C.F., & JONES, D. (2023). The Influence of the Initial Treatment of Oak Wood on Increasing the Durability of Exterior Transparent Coating Systems, Polymers 15(15); 3251; DOI: 10.3390/polym15153251.
• 5. FANG, CH.-H., MARIOTTI, N., CLOUTIER, A., KOUBAA, A., & BLANCHET, P., (2012). Densification of wood veneers by compression combined with heat and steam, European Journal of Wood and Wood Products 70(1-3); 155-163; DOI: 10.1007/s00107-011-0524-4.
• 6. FARID, T., RAFIQ, M., ALI A., TANG, W. & (2021). Transforming wood as next‐generation structural and functional materials for a sustainable future, EcoMat 4(1); pp. 48; DOI: 10.1002/eom2.12154.
• 7. FENGEL, D., WEGENER, G., 1989: Wood: Chemistry, Ultrastructure, Reactions, Walter de Gruyter, Berlin, Germany.
• 8. FREDRIKSSON, M. (2019). On Wood - Water Interactions in the Over - Hygroscopic Moisture Range - Mechanisms, Methods, and Influence of Wood Modification, Forests 10(9); 779; DOI: 10.3390/f10090779.
• 9. GARCÍA, ESTEBAN, L., GRIL, J., DE PALACIOS, P., GUINDEO, CASASÚS, A. (2005). Reduction of wood hygroscopicity and associated dimensional response by repeated humidity cycles. Annals of Forest Science 62; pp. 34; DOI: 10.1051/forest:2005020.
• 10. GODINHO, D., ARAÚJO, S. D. O., QUILHÓ, T., DIAMANTINO, T., & GOMINHO, J. (2021). Thermally Modified Wood Exposed to Different Weathering Conditions: A Review, Forests 12(10); 1400; DOI: 10.3390/f12101400.
• 11. GRŽAN, T., NOVOSEL, A., ŠPADA, V., MIHULJA, G., & ŽIVKOVIĆ, V. (2025). Achieving maximum strength in oak wood (Quercus robur L.) bonding: techniques for surface preparation and adhesive application, European Journal of Wood and Wood Products 83; pp. 23; DOI: 10.1007/s00107-024-02179-8.
• 12. GUENTHER, R., TAJMAR, M., & BACH C. (2024). Wood and Wood - Based Materials in Space Applications - A Literature Review of Use Cases, Challenges and Potential, Aerospace 11(11); 910; DOI: 10.3390/aerospace11110910.
• 13. GUO, Q., PAN, Y., HU, S.L. QING, L., WANG, Y., & HUANGET, J. (2024). Multifunctional metallized particleboard for enhanced electromagnetic interference shielding and mechanical thermal stability, Wood Science and Technology 58; 1711-1734; DOI: 10.1007/s00226-024-01588-5.
• 14. HILL, C. A. (2007). Wood modification: chemical, thermal and other processes, John Wiley & Sons Ltd, Bangor, UK; pp. 264; ISBN: 978-0-470-02172-9; DOI: 10.1002/0470021748.
• 15. HILL, C. A., ALTGEN, M., & RAUTKARI, L. (2021). Thermal modification of wood - a review: chemical changes and hygroscopicity, Journal of Materials Science 56; 6581-6614; DOI: 10.1007/s10853-020-05722-z.
• 16. HOADLEY, R. B. (2000). Understanding Wood: A Craftsman's Guide to Wood Technology, (2nd ed.). Newtown, CT: Taunton Press.
• 17. HRCKA, R., KUČEROVÁ, V., & HÝROŠOVÁ, T. (2018). Correlations between oak wood properties, BioResources 13(4); 8885-8898; DOI: 10.15376/biores.13.4.8885-8898.
• 18. HUANG, D., LI, J., LI, S. HU, J., CAO, Z., GUO, Y., DING, Y., ZHU, M., & CHEN, Y. (2025). Self - Densified Super - Strong Wood, Journal of Bioresources and Bioproducts 10; 199-208; DOI: 10.1016/j.jobab.2025.03.001.
• 19. ISO 13061-1:2014; Physical and Mechanical Properties of Wood - Test Methods for Small Clear Wood Specimens - Part 1: Determination of Moisture Content for Physical and Mechanical Tests. International Organization for Standardization: Geneva, Switzerland.
• 20. ISO 13061-2:2014; Physical and Mechanical Properties of Wood - Test Methods for Small Clear Wood Specimens - Part 2: Determination of Density for Physical and Mechanical Tests. International Organization for Standardization: Geneva, Switzerland.
• 21. ISO 21920-2:2021; Geometrical Product Specifications (GPS) - Surface Texture: ProfilePart 2: Terms, Definitions and Surface Texture Parameters. International Organization for Standardization: Geneva, Switzerland.
• 22. JIROUŠ – RAJKOVIĆ, V., & MIKLEČIĆ, J. (2021). Enhancing Weathering Resistance of Wood - A Review, Polymers 13(12); 1980; DOI: 10.3390/polym13121980.
• 23. KUTNAR, A., & ŠERNEK, M. (2007). Densification of wood. Zbornik gozdarstva in lesarstva 82; 53-62.
• 24. KYMÄLÄINEN, M., SJÖKVIST, T., DÖMÉNY, J., & RAUTKARI, L. (2022). Artificial Weathering of Contact - Charred Wood - The Effect of Modification Duration, Wood Species and Material Density , Materials 15(11); 3951; DOI: 10.3390/ma15113951.
• 25. LASKOWSKA, A., & SOBCZAK, J. W. (2018). Surface chemical composition and roughness as factors affecting the wettability of thermomechanically modified oak (Quercus robur L.), Holzforschung 72(11); 993-1000; DOI: 10.1515/hf-2018-0022.
• 26. LASKOWSKA, A., MARCHWICKA, M., BORUSZEWSKI, P., & WYSZYŃSKA, J. (2018). Chemical composition and selected physical properties of oak wood (Quercus robur L.) modified by cyclic thermo - mechanical treatment, BioResources 13(4); 9005-9019; DOI: 10.15376/biores.13.4.9005-9019.
• 27. LASKOWSKA A. 2020: Impact of Cyclic Densification on Bending Strength and Modulus of Elasticity of Wood from Temperate and Tropical Zones, BioResources 15 (2); 2869-2881; DOI: 10.15376/biores.15.2.2869-2881.
• 28. MASOUMI, A., & BOND, B. H. (2024). Dimensional stability and equilibrium moisture content of thermally modified hardwoods, BioResources 19(1); 1218-1228; DOI: 10.15376/biores.19.1.1218-1228.
• 29. NAVI, P., & GIRARDET, F. (2000). Effects of Thermo – Hydro - Mechanical treatment on the Structure and Properties of Wood, Holzforschung 54(3); 287-293; DOI: 10.1515/HF.2000.048.
• 30. SANDAK, J., & NEGRI, M. (2005). Wood surface roughness - What is it? In: Proceedings of the 17th International Wood Machining Seminar. Rosenheim, Germany, vol. 1: 242-250. (PDF) On-Line Measurement of Wood Surface Smoothness. Available from: https://www.researchgate.net/publication/342170861_OnLine_Measurement_of_Wood_Surface_Smoothness [accessed July 24 2025].
• 31. SCHRADER, L., BRISCHKE, C., TRAUTNER, J., TEBBE, C. C. (2025). Microbial decay of wooden structures: actors, activities and means of protection, Applied Microbiology and Biotechnology 109(59); pp.16; DOI: 10.1007/s00253-025-13443-z.
• 32. SIKORA, A., KAČÍK, F., GAFF, M., VONDROVÁ, V., BUBENÍKOVÁ, T., & KUBOVSKÝ I., 2018: Impact of thermal modification on color and chemical changes of spruce and oak wood, Journal of Wood Science 64; 406-416; DOI: 10.1007/s10086-018-1721-0
• 33. SIKORA, A., HÁJKOVÁ, K., & JURCZYKOVÁ, T. (2022). Degradation of Chemical Components of Thermally Modified Robinia pseudoacacia L. Wood and Its Effect on the Change in Mechanical Properties, International Journal of Molecular Sciences 23(24); 15652; DOI: 10.3390/ijms232415652.
• 34. WAGENFÜHR R., 2007: Holzatlas, 6th ed.; Neu Bearbeitete und Erweiteste Auflage; Fachbuchverlag: Leipzig, Germany.
• 35. WEITAO, X., YINGJIE, L., BAOYU, H. (2021). Study on the Application of Oak in Wood Structure Building, Advances in Applied Sciences 6(3); 59-64; DOI: 10.11648/j.aas.20210603.14.
• 36. YU, Q., PAN, X., YANG, Z., ZHANG, L., & CAO, J. (2023). Effects of the Surface Roughness of Six Wood Species for Furniture Production on the Wettability and Bonding Quality of Coating, Forests 14(5); 996; DOI: 10.3390/f14050996.
• 37. ZHANG, Y., LIU, Y., LI, T., ZHANG, X., LI, J., & ZHANG, Y. (2023). Functional materials based on wood, carbon nanotubes, and graphene: manufacturing, applications, and green perspectives, Wood Science and Technology 57; 1087-1120; DOI: 10.1007/s00226-023-01484-4.