Influence of environment, temperature and time of the thermal modification of ash wood (Fraxinus excelsior L.) on the cellulose weight average degree of polymerization

• Autorzy: Gawron Jakub

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0015.6642

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Influence of environment, temperature and time of the thermal modification of ash wood (Fraxinus excelsior L.) on the cellulose weight average degree of polymerization . Using the size-exclusion chromatography (HPLC SEC) method, the weight average degree of cellulose polymerization was determined. The polymer was isolated by the Kürschner-Hoffer method from ash wood (Fraxinus excelsior L.). The wood was thermally modified in different environments (nitrogen, steam and air) at 190°C and modification times of 2, 6 and 10 hours. Depending on the anaerobic atmosphere used, the highest values of the weight average degree of cellulose polymerization were obtained for the nitrogen environment, followed by steam and air. The effect of modification time on the weight average degree of polymerization was observed. The highest values were obtained for wood modified at 2 hours, then 6 and 10 hours of modification. The native wood showed the highest degree of polymerization. On the basis of the results obtained, it can be concluded that for the material studied the oxidation and degradation reactions occurring depend on the environment and time for a given temperature of wood modification.

PL

Wpływ środowiska, temperatury i czasu modyfikacji termicznej drewna jesionu wyniosłego (Fraxinus excelsior L.) na wagowo średni stopień polimeryzacji celulozy. Wykorzystując metodę chromatografii wykluczania przestrzennego (HPLC SEC), wyznaczono wagowo średni stopień polimeryzacji celulozy. Polimer wyodrębniono metodą Kürschnera-Hoffera z drewna jesionu wyniosłego (Fraxinus excelsior L.). Drewno poddano modyfikacji termicznej w różnym środowisku (azot, para wodna i powietrze) w temperaturze 190°C i czasach modyfikacji wynoszących 2, 6 i 10 godzin. W zależności od zastosowanej atmosfery beztlenowej uzyskano największe wartości wagowo średniego stopnia polimeryzacji celulozy dla środowiska azotu, następnie pary wodnej i powietrza. Zaobserwowano wpływ czasu modyfikacji na wagowo średni stopień polimeryzacji. Największe jego wartości uzyskano dla drewna modyfikowanego w czasie 2 godzin następnie 6 i 10 godzin modyfikacji. Drewno natywne wykazuje największy stopień polimeryzacji. Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że dla badanego materiału zachodzące reakcje utlenienia i degradacji są zależne od środowiska i czasu dla zadanej temperatury modyfikacji drewna.

Słowa kluczowe

EN

wood; thermal modification; modification environment; cellulose; degree of polymerization; degradation; oxidation

• Wydawca: Wydawnictwo Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
• Czasopismo: Annals of Warsaw University of Life Sciences - SGGW. Forestry and Wood Technology
• Rocznik: 2021
• Tom: No. 116
• Strony: 39--45
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys.

Twórcy

autor

Gawron Jakub

• Department of Production Engineering, Institute of Mechanical Engineering, Warsaw University of Life Sciences – SGGW, 166 Nowoursynowska St., 02-787 Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. ANTCZAK A. 2010: Wpływ substancji stabilizujących na degradację celulozy drewna sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris L.). Doctoral thesis, SGGW, Warszawa.
• 2. BIKOVA T., TREIMANIS A. 2002: Problems of the MMD analysis of cellulose by SEC using DMA/LiCl: A review. Carbohydrate Polymers, 48, 23-28.
• 3. CHANRION P. SCHREIBER J. 2002: Bois traité par haute température. Éditions CTBA. ISBN 2-85684-053-1, 115-116.
• 4. DUPONT A. L. 2003: Cellulose in lithium chloride/N;N-dimethylacetamide, optimisation of a dissolution method using paper substrates and stability of the solutions, Polymer, 44, 4117–4126.
• 5. EMSLEY A., STEVENS G. 1994: Kinetics and mechanisms of the low temperature degradation of cellulose. Cellulose, 1, 26-56.
• 6. FUNG D. P. 1969: Kinetics and mechanism of the thermal degradation of cellulose. Tappi J., 52, 319-321.
• 7. GAWRON J. 2012: Zmiany wybranych właściwości fizyko-chemicznych drewna jesionu wyniosłego (Fraxinus excelsior L.) poddanego modyfikacji termicznej. Doctoral thesis, SGGW, Warszawa.
• 8. HILL C. 2006: Wood Modification. Chemical, Thermal an Other Processes. John Wiley & Sons.
• 9. KAMDEM D. P., PIZZI A., TRIBOULOT M. C. 2000: Heat-Treated Timber: Potentially Toxic Byproducts Presence and Extent of Wood Cell Wall Degradation. Holz Roh Werks., 58, 253-257.
• 10. KAMDEM D. P., PIZZI A., JERMANNAUD A. 2002: Durability of heat-treated wood. 60, 1–6.
• 11. KRUTUL D. 2002: Ćwiczenia z chemii drewna oraz wybranych zagadnień chemii organicznej. Warszawa: Wydawnictwo SGGW.
• 12. MITCHELL P. H. 1988: Irreversible property changes of small loblolly pine specimens heated in air, nitrogen, or oxygen. Wood and Fiber Science, 20(3):320–55.
• 13. MITSUI K. 2006: Changes in colour of spruce by repetitive treatment of light irradiation and heat treatment. Holz Roh Werkst, 64, 243–244.
• 14. ROWELL R.M., SANDRA L., MCSWEENY J., DAVIS M. 2002: Modification of Wood Fiber Using Steam. The 6th Pacific Rim Bio-Based Composites Symposium. Portland, Oregon USA: Wood Science and Engineering Department, Oregon State University.
• 15. ROWELL R.M. 2013: Handbook of Wood Chemistry and Wood Composites. Taylor & Francis.
• 16. SAILER M., RAPP A., LEITHOFF H., PEEK R.-D. 2000: Vergütung von Holz durch Anwendung einer Öl-Hitzebehandlung. Holz als Roh- und Werkstoff 58, 15–22.
• 17. SZCZĘSNA M., GAWRON J., ZIELENKIEWICZ T. 2010: Examination of common ash (Fraxinus excelsior L.) colour change after heat treatment. Annals of Warsaw University of Life Sciences. Forestry and Wood Technology, 72, 331-335.
• 18. TESTA G., SARDELLA A., ROSSI E., BOZZI C., SEVES A. 1994: The kinetics of cellulose fiber degradation and correlation with some tensile properties. Acta Polymer, 45, 47-49.
• 19. TIMPA J.D. 1991: Application of universal calibration in gel permeation chromatography for molecular weight determinations of plant cell wall polymers;cotton fiber. Agrric. Food Chem. 39, 270-275.
• 20. VERNOIS M. 2004: Menz Holz: une première unité industrielle de traitement oléothermique. CTBA Info, 104, 25-27.
• 21. VIITANIEMI P., JÄMSÄ S., EK P., VIITANEN H. 2001. Pat. EP 0695408 (BE,DE,FR,ES,IT,AT,GR,PT,NL,IE,GB,CH), 2001: Method for improving biodegradation resistance and dimensional stability of cellulosic products. VTT. Appl. 94915166.6, 13.5.1994. Publ. 10.1.2001.
• 22. YILDIZ S., GÜMÜŞKAYA E. 2007: The effects of thermal modification on crystalline structure of cellulose in soft and hardwood. Building and Environment, 42, 62–67
• 23. ZAWADZKI J. 2009: Wpływ wybranych czynników fizycznych na stopień degradacji celulozy wyodrębnionej z drewna sosny zwyczajnej (Pisnus sylvestris L.). Warszawa: Wydawnictwo SGGW.
• 24. ZOU X., UESAKA T., GURNAGUL N. 1996: Prediction of paper permanence by accelerated aging I. Kinetic analysis of the aging process. Cellulose, 3, 243-267.