The assessment of mechanical properties of wood treated with ionic liquids

• Autorzy: Fojutowski A. , Noskowiak A. , Kot M. , Kropacz A. , Stangierska A.

Warianty tytułu

PL

Ocena właściwości mechanicznych drewna zabezpieczonego cieczami jonowymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The impregnation of wood with wood preservatives may have an influence on its physical and mechanical properties. The knowledge about the character of that influence is of great importance for characterisation of functional properties of wood and, as a consequence, determination of its use classes. The ionic liquids (ILs) of imidazolium tetrafluoroborates series, which for instance very well penetrate into Scots pine wood, are active against wood-destroying fungi and generally have a positive, although insignificant, influence on physical and mechanical properties of wood, especially on its resistance to colour change during exposure to light. However, various ILs may differ widely in that respect. Under POIG.01.03.01-30-074/08 project investigations were undertaken to clarify the influence of didecyldimethylammonium nitrite ([DDA][NO2]) and IL with didecyldimethylammonium cation and anion of herbicide character ([DDA][herbicide]) on selected physical and mechanical properties of Scots pine wood (Pinus sylvestris L.). The miniature sapwood samples were subjected to sorption with the ILs by vacuum method. The properties of the treated wood were compared with those of control wood, i.e. untreated wood, using twin specimens. The average retention of ILs in wood was on the level of 3.6kg/m3, 7.4kg/m3, and 18.2kg/m3. The tested ILs had only a very small influence, from -0.5% to +1.6%, on the compression strength of wood along the grain when oven-dry wood was tested. However, at equilibrium moisture content the compression strength along the grain, bending strength, and modulus of elasticity at bending of wood treated with ILs were distinctly lower, i.e. by 10%, 20% and 15% respectively. The equilibrium moisture content of wood treated with ILs was greater by 2-3% than that of control wood, which may be the reason for deterioration of wood mechanical properties. However, this speculation requires further investigations.

PL

Impregnacja drewna środkami ochrony drewna może wpływać na jego fizyczne, mechaniczne i biologiczne właściwości. Wiedza o charakterze tego wpływu ma istotne znaczenie dla ustalenia klas użytkowania drewna. W badaniach drewna sosny (Pinus sylvestris L.) zabezpieczonego cieczą jonową: tetrafluoroboranem 3-heptyoloksymetylo-1-metyloimidazoliowym, stwierdzono pozytywny jej wpływ na właściwości fizycznomechaniczne drewna, m.in. na zwiększenie trwałości barwy. Różne ciecze jonowe mogą mieć różny wpływ na właściwości drewna, chociaż nie można wykluczyć podobieństw wpływu związków o zbliżonej budowie. W ramach projektu badawczego POIG.01.03.01-30-074/08 podjęto badania oddziaływania dwóch cieczy jonowych: azotynu didecylodimetyloamoniowego [DDA][NO2] i cieczy z kationem didecylodimetyloamoniowym i anionem o charakterze herbicydu [DDA][herbicyd], wprowadzonych w roztworach wodno-alkoholowych do drewna metodą próżniowo-ciśnieniową, na jego wytrzymałość. Retencje cieczy jonowych w drewnie zróżnicowano przez zastosowanie trzech różnych ich stężeń w roztworach. Badania wykonano na bielu drewna sosny (Pinus sylvestris L.), jako drewnie modelowym. Podstawowej oceny wpływu cieczy jonowych na wytrzymałość drewna dokonano przez zbadanie wytrzymałości na ściskanie wzdłuż włókien (zgodnie z PN-C-04907:1972) po wysuszeniu nasycanych cieczami jonowymi próbek do stanu zupełnie suchego. Następnie dokonano oznaczeń wytrzymałości na ściskanie wzdłuż włókien metodą według PN-D-04102:1979 oraz wytrzymałości i modułu sprężystości przy zginaniu drewna metodami: według PN-D-04103:1977 i PN-D-04117:1963. Oznaczenia te wykonano stosując drewno o równowagowym stanie wilgotności w klimacie normalnym (wilgotność powietrza 65%/20°C). W rezultacie badań wykonanych na bliźniaczych próbkach drewna stwierdzono, że nasycanie bielu drewna sosny zwyczajnej cieczami jonowymi [DDA][NO2] i [DDA] [herbicyd] w ilości 3,5 do 19,0 kg/m3: – nie wpływa na wytrzymałość na ściskanie wzdłuż włókien badaną zgodnie z normą PN-C-04907:1972 w stanie zupełnie suchego drewna (zmiany w zakresie od –0,5% do +1,6% kwalifikowane są według normy jako brak zmian), – powoduje zwiększenie wilgotności równowagowej drewna w klimacie normalnym (65%/20°C) o 2–3%, – zmniejsza wytrzymałość na zginanie statyczne, wytrzymałość na ściskanie wzdłuż włókien oraz moduł sprężystości drewna w stanie wilgotności równowagowej, dla klimatu normalnego (65%, 20°C), odpowiednio o około: 20%, 10% i 15%. Różnice pomiędzy wartościami średnimi wytrzymałości na zginanie, wytrzymałości na ściskanie i modułu sprężystości przy zginaniu próbek kontrolnych i próbek nasycanych cieczami jonowymi są statystycznie istotne (przy poziomie ufności 95%). Różnice pomiędzy wartościami średnimi wytrzymałości na zginanie, wytrzymałości na ściskanie i modułu sprężystości przy zginaniu próbek nasycanych cieczami jonowymi o różnych stężeniach (różne stopnie retencji) są statystycznie nieistotne (przy poziomie ufności 95%). Dalszych badań wymaga sprawdzenie czy obniżenie wytrzymałości i modułu sprężystości przy wilgotności drewna odpowiadającej wilgotności równowagowej dla klimatu normalnego jest wynikiem wyższej wilgotności równowagowej drewna nasycanego testowanymi cieczami, czy oddziaływania tych cieczy na tkankę drzewną.

Słowa kluczowe

EN

ionic liquids; wood; Scots pine; compression strength; bending strength; equilibrium moisture

PL

ciecze jonowe; drewno; sosna; wytrzymałość na ściskanie; zginanie; wilgotność równowagowa

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Poznański Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Drewno : prace naukowe, doniesienia, komunikaty
• Rocznik: 2010
• Tom: vol. 53, nr 184
• Strony: 21--37
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Fojutowski A.

autor

Noskowiak A.

autor

Kot M.

autor

Kropacz A.

autor

Stangierska A.

• Wood Technology Institute, Poznan, Poland,

Bibliografia

• Cybulski J., Wiśniewska A., Kulig-Adamiak A., Liwicka L., Cieniecka-Rosłonkiewicz A., Kita K., Fojutowski A., Nawrot J., Materna K., Pernak J. [2008]: Long-alkylchain quaternary ammonium lactate based ionic liquids. Chem. Eur. J. 14: 9305–9311
• Dias de Moraes P., Rogaume Y., Triboulot P. [2004]: Influence of temperature on the modulus of elasticity (MOE) of Pinus sylvestris L. Holzforschung 58: 143–147.
• Fojutowski A., Szukała R., Pernak J. [2007]: The effect of an ionic liquid from imidazolium tetrafluoroborates series on Scots pine wood properties. Doc. No IRG/WP 07-40357, International Research Group on Wood Protection, Stockholm
• Honglu X., Tiejun S. [2006]: Wood liquefaction by ionic liquids. Holzforschung 60: 509–512
• Kartal S. N., Hwang W-J., Shinoda K., Imamura Y. [2006]: Laboratory evaluation of boron-containing quaternary ammonia compound, didecyl dimethyl ammonium tetrafluoroborate (DBF) for control of decay and termite attack and fungal staining of wood. Holz a. Roh u. Werkstoff 64: 62–67
• Kartal S. N., Shinoda K., Imamura Y. [2005]: Laboratory evaluation of boron-containing quaternary ammonia compound, didecyl dimethyl ammonium tetrafluoroborate (DBF) for inhibition of mold and stain fungi. Holz als Roh und Werkstoff 63: 73–77
• Li X., Geng Y., Simonsen J., Li K. [2004]: Application of ionic liquids for electrostatic control in wood. Holzforschung 58: 280–285
• Kubisa P. [2004]: Application of ionic liquids as solvents for polymerization processes. Progress in Polymer Science 29: 3–12
• Pernak J., Czepukowicz A., Poźniak R. [2001]: New ionic liquids and their antielectrostatic properties. Industrial & Engineering Chemistry Research 40: 2379–2383
• Pernak J., Zabielska-Matejuk J., Kropacz A., Foksowicz-Flaczyk J. [2004]: Ionic liquids in wood preservation. Holzforschung 58: 286–291
• Pernak J., Goc I., Fojutowski A. [2005]: Protic ionic liquids with organic anion as wood preservative. Holzforschung 59: 473–475
• Pernak J., Śmiglak M., Griffin S. T., Hough W. L., Wilson T. B., Pernak A., Zabielska-Matejuk J., Fojutowski A., Kita K., Rogers R. D. [2006]: Long alkyl chain quaternary ammonium-based ionic liquids and potential applications. Green Chemistry 8: 798–806
• Rogers R. D., Seddon K. R. [2002]: Ionic Liquids: Industrial Applications for Green Chemistry. Oxford University Press, New York
• Sheldon R. [2001]: Catalytic reaction in ionic liquids. Chemical Communications: 2399–2407
• Swatloski R. P., Spear S. K., Holbrey J. D., Rogers R. D. [2002]: Dissolution of cellulose with ionic liquids. Journal of American Chemical Society 124: 4974–4975
• Wasserscheid P., Welton T. [2002]: Ionic Liquids in Synthesis. John Willey & Sons, New York
• Welton T. [1999]: Room-temperature ionic liquids. Solvents for synthesis and catalysis. Chemical Reviews 99: 2071–2084
• Zabielska-Matejuk J., Pernak J. [2009]: Mycological study of ammonium ionic liquids. Drewno. Pr. Nauk. Donies. Komunik. [52] 182: 115–121
• Zabielska-Matejuk J., Pernak J., Kropacz A., Kot M., Stangierska A. [2010]: Activity of new ammounium ionic liquids against fungi causing wood moulding. Drewno. Pr. Nauk. Donies. Komunik. [53] 184: 5–13
• List of standards
• ISO 2854:1976 Statistical interpretation of data – Techniques of estimation and tests relating to means and variances
• ISO 3133:1975 Wood – Determination of ultimate strength in static bending
• ISO 3787:1976 Wood – Test methods – Determination of ultimate stress in compression parallel to grain
• PN-79/D-04102 Drewno - Oznaczanie wytrzymałości na ściskanie wzdłuż włókien
• PN-77/D-04103 Drewno - Oznaczanie wytrzymałości na zginanie statyczne
• PN-63/D-04117 Fizyczne i mechaniczne własności drewna – Oznaczanie współczynnika sprężystości przy zginaniu statycznym
• PN-72/C-04907 Środki ochrony drewna – Oznaczanie wpływu na wytrzymałość drewna
• PN-EN 113:2000/A1:2004 Środki ochrony drewna – Metoda badania do oznaczania skuteczności zabezpieczania przeciwko podstawczakom rozkładającym drewno – Oznaczanie wartości grzybobójczych
• PN-EN 335-1:2007 Trwałość drewna i materiałów drewnopochodnych – Definicja klas użytkowania – Część 1: Postanowienia ogólne
• PN-EN 335-2:2007 Trwałość drewna i materiałów drewnopochodnych – Definicja klas użytkowania – Część 2: Zastosowanie do drewna litego
• PN-EN 13183-1:2004 Wilgotność sztuki tarcicy – Część 1: Oznaczanie wilgotności metodą suszarkowo-wagową
• PN-N-1052–03:1984 p.3.4 Statystyka matematyczna – Badania statystyczne – Porównywanie wartości średnich w dwóch populacjach