Determination of Combustion Properties of Impregnated and Finished Walnut Wood

Abstract

In this study, the effects of the fire retardant finishing processes of walnut (Juglans regia L.) impregnated with different chemicals on the combustion resistance were examined. For this purpose, boric acid, borax, sodium silicate, diammonium phosphate, ammonium sulfate and zinc chloride were used as impregnation material. Fire retardant paint and nano-enabled fire-retardant varnish were used as the finishing material. Combustion tests were carried out with computer-controlled wood material combustion apparatus developed according to ASTM-E 69 standard. Flue gas analysis was performed with the Testo 350M / Xl gas analyzer. In this way, carbon monoxide (CO), nitrogen oxide (NO), oxygen (O₂) and flue temperature values were obtained. Consequently, it has been observed that finishing of Walnut wood with fire-retardant paint is more effective than impregnation of it with all the impregnation materials used in reducing weight loss. However, it has been observed that the application of nano-type fire retardant varnish results in less weight loss than impregnation with borax, boric acid, sodium silicate and diammonium phosphate.

Emprenye ve Üst yüzey İşlemi Uygulanmış Ceviz Ağaç Malzemenin Yanma Özelliklerinin Belirlenmesi

Abstract

Bu çalışmada, farklı kimyasallarla emprenye edilen ceviz (Juglans regia L.) ağaç malzemede yangın geciktirici üst yüzey işlemlerinin yanma direncine etkileri incelenmiştir. Bu amaçla emprenye maddesi olarak borik asit, boraks, sodyum silikat, diamonyum fosfat, amonyum sülfat ve çinko klorür kullanılmıştır. Üst yüzey malzemesi olarak ise yangın geciktirici boya ve nano özellikli yangın geciktirici vernik kullanılmıştır. Yanma deneyleri, ASTM-E 69 standartlarına göre geliştirilen bilgisayar kontrollü ağaç malzeme yanma düzeneğinde gerçekleştirilmiştir. Baca gazı analizi Testo 350M/Xl gaz analiz cihazıyla gerçekleştirilmiştir. Bu sayede karbon monoksit (CO), azot oksit (NO), oksijen (O₂) ve baca sıcaklığı değerleri elde edilmiştir. Sonuç olarak, ceviz ağaç malzemeye yangın geciktirici boya ile üst yüzey işlemi uygulamanın, kullanılan tüm emprenye maddelerinden ağırlık kaybını azaltmada daha etkili olduğu gözlemlenmiştir. Bununla birlikte, nano özellikli yangın geciktirici vernik ile üst yüzey işlemi uygulamanın boraks, borik asit, sodyum silikat ve diamonyum fosfat ile emprenye etmekten daha az ağırlık kaybına yol açtığı gözlemlenmiştir.

Keywords

• Ağaç malzeme,Yanma,Yangın geciktirici,ceviz,üst yüzey

References

1. 1. ASTM E 69 (2007). Standard test method for combustible properties of treated wood by the fire tube apparatus, American Society for Testing Materials.
2. 2. ASTM D1413-99 (1999). Standard test method for wood preservatives by laboratory soil block cultures. American Society for Testing Materials.
3. 3. ASTM D 3023 (2011). Standart Practice for Determination of resistance of Factory-Applied Coatings on Wood Products of Stain and Reagents. American Society for Testing Materials.
4. 4. Ayrılmış N (2006). Çeşitli Kimyasalların Bazı Ahşap Levha Ürünlerinde Yanma ve Teknolojik Özellikler Üzerine Etkisi, Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Orman Endüstri Mühendisliği Anabilim Dalı, İstanbul.
5. 5. Bozkurt Y, Göker Y (1981). Orman ürünlerinden faydalanma, İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları, İstanbul.
6. 6. Bozkurt A. ve N. Erdin (1997). Ağaç teknolojisi, İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi, İstanbul.
7. 7. Budakçı M, Esen R, Özcan C, Korkmaz M, Pelit H (2016). The Effect of Boric Acid Modification on the Combustion Properties of Water-Based Varnish, International Furniture Congress, 13-15 October 2016, Page 36-42, Mugla, TURKEY
8. 8. Gao M, Sun CY, Wang CX (2006). Thermal degradation of wood treated with flame retardants, Journal Of Thermal Analysis And Calorimetry, 85(3): 763-769.

9. 9. Goldstein IS (1973). Wood Deterioration and Its Prevention by Preservative Treatments: Chapter 9 Degradation and Protection of Wood From Thermal Attack, Syracuse University Press, 307-339, New York, A.B.D.
10. 10. Ibach RE (2013). Handbook of Wood Chemistry and Wood Composites, Chapter 5 Biological Properties of Wood, CRC Press, 5: 99–126, New York, A.B.D.
11. 11. Jiang J, Li J, Gao Q (2015). Effect of flame retardant treatment on dimensional stability and thermal degradation of wood, Construction and Building Materials, 75: 74–81.
12. 12. Jinxue J, Jianzhang L, Jing H, Dongbin F (2010). Effect of nitrogen phosphorus flame retardants on thermal degradation of wood. Construction Building Materials, 24(12):2633–2637.
13. 13. Keskin H, Erturk NS, Colakoglu MH, Korkut S (2013). Combustion properties of Rowan wood impregnated with various chemical material, International Journal of Pysical Sciences, 8 (19) 1022–1028.
14. 14. Kordina K, Meyer-Ottens C (1977). Feuerwiderstandklassen von Bauteilen aus Holz und Holzwerkstoffen, In: Informationsdienst Holz, Dusseldorf, Germany.
15. 15. Kurt Ş, Uysal B (2009). Combustion Properties of Oak (Quercus robur L.) Laminated Veneer Lumbers Bonded With PVAc, PF Adhesives and Impregnated with Some Fire-Retardants, Composite Interfaces, 16(2-3), 175–190.
16. 16. Lee HL, Chen GC, Rowell RM (2004). Thermal properties of wood reacted with a phosphorus pentoxide–amine system, Journal of Applied Polymer Science, 91: 2465–2481.
17. 17. LeVan SL, Winandy JE (1990). Effects of Fire Retardant Treatments on Wood Strentgh: A Rewiew, Wood and Fiber Science, 22 (1):113-131.
18. 18. Özcan C (2011). Yeni bir yanma düzeneğinin hazırlanması ve ısıl işlem görmüş ağaç malzemelerin yanma özelliklerinin belirlenmesi, Doktora Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Orman Endüstri Mühendisliği Anabilim Dalı, Bartın Üniversitesi, Bartın.
19. 19. Özcan C, Uysal B, Kurt Ş, Ertekin S (2013). Yangın Geciktirici Boya Uygulanmış Sapelli Ağaç Malzemelerin Yanma Özelliklerinin Belirlenmesi, II. Ulusal Mobilya Kongresi, 11-13 Nisan 2013, Denizli, Türkiye.20. Ozdemir F, Serin ZO, Tutuş A (2017). Investigation of the Effect of Some Fire Retardant Chemicals and Mineral Materials Used in Surface Coating on Combustion Performance of Particleboard, BioResources 12 (4), 8862-8869.
20. 21. Rowell RM (2012). Handbook of wood chemistry and wood composites, Chapter 6 Thermal Properties, Combustion, and Fire, CRC Press, 2: 113–166, New York, A.B.D.22. Russell LJ, Marney DCO, Humphrey DG, Hunt AC, Dowlıng VP, Cookson LJ. (2004). Combining fire retardant and preservative systems for timber products in exposed applications state of the art review, Forest and Wood Products Research and Development Corporation,10-35, Melbourne, Avustralya.
21. 23. Terzi E (2008). Amonyum Bileşikleri ile Emprenye Edilen Ağaç Malzemenin Yanma Özellikleri. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Orman Endüstri Mühendisliği Anabilim Dalı, İstanbul.
22. 24. TS 2471(1976). Odunda Fiziksel ve Mekaniksel Deneyler İçin Rutubet Miktarı tayini, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
23. 25. TS 2472 (1976). Odunda Fiziksel ve Mekaniksel Deneyler İçin Birim Hacim Ağırlığın Tayini, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
24. 26. Üretici Firma-1 (2018). Akzo Nobel Kemipol Sanayi Ticaret A.Ş. İzmir / Türkiye http://www.akzonobel.com
25. 27. Üretici Firma-2 (2018). Ecelak Boya Kimya Ltd. Şti., İzmir, http://www.ecelak.com
26. 28. Yalınkılıç MK (1993). Ağaç Malzemenin Yanma, Higroskopisite ve Boyutsal Stabilite Özelliklerinde Çeşitli Emprenye Maddelerinin Neden Olduğu Değişiklikler ve Bu Maddelerin Odundan Yıkanabilirlikleri, Doçentlik Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Orman Fakültesi, Trabzon.
27. 29. Yapıcı F, Uysal B, Kurt Ş, Esen R, Ozcan C (2011). Impacts of Impregnation Chemicals On Finishing Process and Combustion Properties of Oriental Beech (Fagus Orientalis L.) Wood, Bioresources 6(4) 3933-3943.
28. 30. Yaşar ŞŞ, Atar M (2018). The Effects of Wood Preservatives on the Combustion Characteristics of Sessile Oak (Quercus Petreae L.), Politeknik Dergisi, 21(4), 805-811.