Texture changes in thermally modified wood

• Autorzy: Olek W. , Bonarski J. T.

Warianty tytułu

PL

Zmiany tekstury w drewnie modyfikowanym termicznie

• Konferencja: SOTAMA Symposium on Texture and Microstructure Analysis (2; 26-28.09.2007; Cracow, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Thermal modification of wood is performed in order to improve properties of the material, e.g. the dimensional stability, mechanical hardness, biological resistance of wood etc. The process is considered as environmentally friendly as it is made without addin g any toxic chemicals. The dimensional stability and biological resistance depend primary on hygroscopic behavior of wood, which is closely related to submicroscopic organization of cellulose. The microfibril an gle (MFA) has been recognized as the most obvious parameter describing the organization. However, the traditional application of wide angle, small angle and ultra small angle X ray scattering methods did not allow to observe distinct changes in the MFA distribution of thermally modified wood. In our previous studies we have successfully applied the Orientation Distribution Function (ODF) for quantifying the crystallographic changes of the ultrastructure caused by air parameter variations. Therefore, the same concept is applied in the present study to describe the changes after heat treatment. The analysis was performed for poplar and beech wood industrially modified at 195°C. The ODF was obtained from X ray diffraction measurements. Sets of selected pole figures of cellulose were registered by the Schulz back reflection technique. The experimental pole figures were the input data for texture analysis. The ADC method was used to calculate the 3D texture function, here the ODF. The rearrangement of the crystalline organization of the thermally modified wood was manifested by a decrease of the maximum values of texture components as well as texture index. The dominating texture components were also changed into (3 -1 1)[1 3 0] and (1 0 0)[0 -I 0] for beech and poplar wood, respectively. The identified changes of the texture are clearly visible in the inverse pole figures of the tan gential and radial anatomical directions.

PL

Modyfikację termiczną drewna prowadzi się w celu poprawy właściwośi tego materiału, np. stbilności wymiarowej, twardości, odporności biologicznej itp. Proces ten uważany jest za przyjazny dla środowiska ze względu na to, że odbywa się on bez konieczności dodawania toksycznych związków chemicznych. Stabilność wymiarowa oraz odporność biologiczna zależą przede wszystkim od właściwości higroskopijnych drewna, które są ściśle związane z submikroskopowym uporządkowaniem celulozy. Średni kąt mikrofibryl został uznany za najbardziej oczywisty parametr opisujący uporzaądkowanie. Jednakże typowe zastosowanie metod szeroko-, nisko- i ultra-nisko-kątowego rozpraszania rentgenowskiego nie pozwala zaobserwować istotnych zmian w wartościach średniego kąta mikrofibryl po modyfikacji termicznej drewna. W naszych poprzednich pracach wykazaliśmy, że Funkcja Rozkładu Orientacji (FRO) może być wykorzystana do opisu ilościowego zmian krystalograficznych ultrastruktury drewna spowodowanej zmianami zmiennymi parametrami powietrza otoczenia. Tym samym ta sama metoda została wykorzystana w obecnej pracy do opisu zmian ultrastruktury po modyfikacji termicznej. Badania prowadzono dla drewna topoli i buka, które modyfikowano w warunkach przemysłowych w temperaturze I95°C. FRO otrzymano po wykonaniu pomiarów dyfrakcyjnych promieniowania X. Zbiór wybranych figur biegunowych celulozy zmierzono wykorzystując metodę odbić wstecznych Schulza. Zarejestrowane figury biegunowe stanowiły dane wejściowe do analizy tekstury. W celu wyznaczenia trójwymiarowej funkcji tekstury (tj. FRO) wykorzystano metodę ADC. Zmiany uporządkowania krystalicznego celulozy po modyfikacji termicznej obserwowano w postaci zmniejszenia się maksymalnych wartości składowych oraz indeksu tekstury. Zmianie uległy również dominujące składowe tekstury na (3 -1 1)[1 3 0] i (1 0 0)[0 -1 0] odpowiednio dla drewna bukowego i topolowego. Zidentyfikowane zmiany tekstury są rawnież jednoznacznie obserwowane na odwrotnych figurach biegunowych dla promieniowego oraz stycznego kierunku anatomicznego.

Słowa kluczowe

EN

texture; thermal modification of wood; modification

PL

tekstura; modyfikacja termiczna drewna; modyfikacja

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 53, iss. 1
• Strony: 207--211
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Olek W.

autor

Bonarski J. T.

• DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING AND THERMAL TECHNIQUES, AGRICULTURAL UNIVERSITY OF POZNAN, 60-637 POZNAN, 28 WOJSKA POLSKIEGO STR., POLAND

Bibliografia

• [1] M. Akgül, E. Gümüskaya, S. Korkut, Crystalline structure of heat-treated Scots pine [Pima sylvestris L.] and Uludag fir lAbies nordmanniana (Stev.) subsp. bornmuelleriana (Mattf.)] wood. Wood Sicence and Technology 41, 281-289 (2006).
• [2] S. Andersson, R. Serimaa, T. Vänänen, T. Paakkari, S. Jämsä, P. Viitaniemi, X-ray scattering studies of thermaly modified Scots pine (Pilafs sylvestris L.). Holzforschung 59, 422-427 (2005).
• [3] M .T. R. Bhuiyan, N. Hirai, N. Sobue, Changes of crystallinity in wood cellulose by heat treatment under dried and moist conditions. Journal of Wood Science 46, 431-436 (2000).
• [4] J. Bonarski, W. Olek, Texture function application for wood ultrastructure description. Part 1. Theory. Wood Science and Technology 40, 159-171 (2006).
• [5] J. T. Bonarski, W. Olek, Preferred crystallographic orientation in mature and juvenile wood. Zeitschrift Kristallographie 222, 199-203 (2007).
• [6] LaboSoft, LaboTex v. 2.1.016 — the texture analysis software package. LaboSoft s.c.(2003).
• [7] S. Metsä-Kortelainen, T. Antikainen, P. Viitaniemi, The water absorption of sapwood and heartwood of Scots pine and Norway spruce heat-treated at 170°C, 190°C, 210°C and 230°C. Holz als Roh- and Werkstoff 64, 192-197 (2006).
• [8] W. O1ek, J. Bonarski, Texture function application for wood ultrastructure description. Part 2. Application. Wood Science and Technology 40, 336-349 (2006).
• [9] K. Pawlik, Determination of the orientation distribution from pole figures in arbitrarily defined cells. Physica Statatus Solidi (B) 134, 477-483 (1986).
• [10] ThermoWood® Handbook, Finnish Thermowood Kssociation, Helsinki (2003).