Some Properties of Boards Produced From Heat Treated Brutian Pine (Pinus brutia Ten.) Particles

Abstract

In this study, FTIR spectroscopic and thermal properties of brutian pine (Pinus brutia Ten.) particles heat-treated at 120, 160 and 180 oC were investigated and the physical and mechanical properties of the boards obtained from the particles were evaluated. FTIR results showed that no significant change in the crystallinity index of the samples caused by heat treatment were determined. In the main decomposition phase of the TGA and DTG curves, less material loss occurred in the heat-treated particles compared to the control particles. However, according to TGA and DTG results, it was found that there was a significant loss of holocellulose in the particles with increasing heat treatment temperature. A continuous decrease in the surface roughness values of the boards produced was observed due to the increase of the heat treatment temperature applied to the particles. The results showed that the physical properties of the boards produced were improved and the mechanical properties were weakened by heat treatment. For this reason, it can be suggested that the boards produced from heat-treated particles can be used in decoration structures and in humid environments, that is, physical properties expected in the material and partially resistant to fire.

Keywords

• Heat treatment,particleboard,FTIR,TGA,physical and mechanical properties,surface roughness

Isıl İşlem Görmüş Kızılçam (Pinus brutia Ten.) Yongalarından Üretilen Levhaların Bazı Özellikleri

Abstract

Bu çalışmada, 120, 160 ve 180 oC’lerde ısıl işlem görmüş kızılçam (Pinus brutia Ten.) yongalarının FTIR spekroskopik ve termal özellikleri araştırılmış, devamında yongalardan elde edilen levhaların fiziksel, mekanik ve yüzey özellikleri değerlendirilmiştir. FTIR sonuçları, numunelerin kristallik indeksinde ısıl işlemden kaynaklı önemli bir değişmenin gerçekleşmediğini göstermiştir. TGA ve DTG eğrilerindeki esas bozunma aşamasında ısıl işlem görmüş yongalarda kontrol yongalarına göre daha az madde kaybı meydana geldiği görülmüştür. Bununla birlikte, TGA ve DTG sonuçlarına göre ısıl işlem sıcaklık derecesinin artışıyla yongalarda önemli düzeyde holoselüloz kaybı gerçekleştiği saptanmıştır. Yongalara uygulanan ısıl işlem sıcaklık derecesinin artışına bağlı olarak üretilen levhaların yüzey pürüzlülük değerlerinde sürekli bir düşüş gözlenmiştir. Elde edilen sonuçlarda, ısıl işlem görmüş yongalardan üretilen levhaların fiziksel özelliklerinde genel anlamda gelişme sağlanırken, mekanik özelliklerinde zayıflama kaydedilmiştir. Bu nedenle, ısıl işlem görmüş yongalardan üretilen levhaların dekorasyon amaçlı ve nemli ortamlarda, yani malzemede fiziksel özellik beklenen ve kısmen yanmaya dayanıklı yapılarda kullanılması önerilebilir.

Keywords

• Isıl işlem,yongalevha,FTIR,TGA,fiziksel ve mekanik özellikler,yüzey pürüzlülüğü

References

1. Akerholm, M., Hinterstoisser, B., Salmen, L. (2004). Characterization of the crystalline structure of cellulose using static and dynamic FT-IR spectroscopy. Carbohydrate research, 339(3), 569-578.
2. Altun, S., Esmer, M. (2017). Isıl işlemin bazı ağaç malzemelerde yüzey pürüzlülüğü ve vernik yapışma direncine etkisi. Politeknik Dergisi, 20(1), 231-239.
3. Ateş, S., Akyıldız, M.H., Özdemir, H. (2009). Effects of heat treatment on calabrian pine (Pinus brutia Ten.) wood. Bioresources. 4(3): 1032-1043.
4. Ateş, S., Akyıldız, M. H., Özdemir, H., Gümüşkaya, E. (2010). Technological and chemical properties of chestnut (Castanea sativa Mill.) wood after heat treatment. Romanian Biotechnological Letters, 15(1), 4950.
5. Aydemir, D., Bürüç, G., Bakır, K. (2019). Doğu Kayını ve Saplı Meşe Odunlarının Bazı Özellikleri Üzerine Isıl İşlemin Etkisi. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 21(3), 1-1.
6. Aydın, İ. (2004). Çeşitli ağaç türlerinden elde edilen kaplamaların ıslanabilme yeteneği ve yapışma direnci üzerine bazı üretim şartlarının etkileri. Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon.
7. Aydın, İ., Çolakoğlu, G. (2005). Effects of Surface Inactivation, High Temperature Drying And Preservative Treatment on Surface Roughness and Colour of Alder and Beech Wood. Applied Surface Science, 252 (2): 430-440.
8. Ayrılmış, N., Büyüksarı, U., Avcı, E., Koç, E. (2009). Utilization of pine (Pinus pinea L.) cone in manufacture of wood-based composite. Forest Ecology and Management, 259(1): 65-70.

9. Baharoğlu, M. (2010). Ağaç Türü, Parafin Kullanım Miktarı ve Uygulama Şeklinin Yonga Levhanın Fiziksel ve Mekanik Özellikleri Üzerine Etkileri. Yüksek Lisans Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Orman Endüstri Mühendisliği Anabilim Dalı, Trabzon, 155 s.
10. Baysal, E., Kart, S., Toker, H., Değirmentepe, S. (2014). Some Physical Characteristics of Thermally Modified Oriental-Beech Wood. Maderas Ciencia y Tecnología, 16(3): 291- 298.
11. Bourgois, J., Bartholin, M.C., Guyonnet, R. (1989). Thermal Treatment of Wood: Analysis of The Obtained Product. Wood Science and Technology, 23 (4), 303-310.
12. Bozkurt, Y., Göker, Y., Erdin, N., As, N. (1993). Datça Kızılçamında Anatomik ve Teknolojik Özellikler. Uluslararası Kızılçam Sempozyumu, 18-23 Ekim, 628-635.
13. DIN 4768, (1990). Determination of roughness parameters Ra, Rz, Rmax by means of stylus instruments, terms, measuring conditions, Berlin, Germany.
14. Dündar, T., Korkut, N., Ünsal, Ö. (2008). The effect of boiling time on the surface roughness of rotary-cut veneers from Oriental beech (Fagus orientalis L.), Journal of Materials Processing Technology, 199(1-3), 119-123.
15. Evans, R., Newman, R. H., Roick, U. C., Suckling, I. D., Wallis, A. F. (1995). Changes in cellulose crystallinity during kraft pulping. Comparison of infrared, X-ray diffraction and solid state NMR results. Holzforschung-International Journal of the Biology, Chemistry, Physics and Technology of Wood, 49(6), 498-504.
16. Fengel, D., Wegener, G. (1984). Wood Chemistry, Ultrastructure, Reactions. Walter de Gruyter Verlag, Berlin, Germany. Güler, G. (2019). Kanola (Brassica napus L.) saplarından üretilen yongalevhaların termal, yanma ve yüzey pürüzlülük özellikleri. Bilge International Journal of Science and Technology Research, 3(2), 114-120.
17. Güler, G., Beram, A. (2018). Yabani Hindiba (Cichorium intybus L.) Saplarından Üretilen Yongalevhaların Fiziksel, Mekanik ve Yüzey Pürüzlülük Özelliklerinin İncelenmesi. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 20(2), 216-222.
18. Gündüz, G., Korkut, S., Korkut, D. S. (2007). The effects of heat treatment on physical and technological properties and surface roughness of Camiyanı Black Pine (Pinus nigra Arn. subsp. pallasiana var. pallasiana) wood. Biores Technol. 99, 2275–80.
19. Gündüz, G., Niemz, P., Aydemir, D. (2008). Changes in specific gravity and equilibrium moisture content in heat-treated fir (Abies nordmanniana subsp. bornmulleriana Mattf.) wood. Dry Technol, 26(9),1135–1139.
20. Hafızoğlu, H., Yalınkılıç, M. K., Yıldız, Ü. C., Baysal, E., Demirci, Z., Peker, H. (1994). Türkiye Bor Kaynaklarının Odun Koruma (Emprenye) Endüstrisinde Değerlendirilme İmkanları, (TÜBİTAK Projesi), TOAG-875 Nolu Proje, s. 377.
21. Hassan, M. L., Rowell, R. M., Fadl, N. A., Yacoub, S. F., & Christainsen, A. W. (2000). Thermoplasticization of bagasse. I. Preparation and characterization of esterified bagasse fibers. Journal of applied polymer science, 76(4), 561-574.
22. Hill, C. A. S. (2006). Wood modification: chemical, thermal and other processes. John Wiley & Sons Ltd., 232 p, England. İstek, A., Kara, M. E., Karakaya, B. (2012). Lif Levhaların Yüzey Pürüzlülüğü Üzerine Bazı Zımpara Faktörlerinin Etkisi, Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 14(22): 41-45.
23. Kamdem, P. (2002). Heat Treatment: Can It Replace Preservatives? CWPA (Canadian Wood Preservation Association) Proceedings, ss. 122-131.
24. Karagöz, U., Akyıldız, M.H., İşleyen, O. (2011). Effect of Heat Treatment on Surface Roughness of Thermal Wood Machined by CNC. Pro Ligno, 7(4): 50-58.
25. Kataoka, Y., Kondo, T. (1998). FT-IR microscopic analysis of changing cellulose crystalline structure during wood cell wall formation. Macromolecules, 31(3), 760-764.
26. Korkut, D. S., Korkut, S., Bekar, İ., Budakçı, M., Dilik, T., Çakıcıer, N. (2008). The effects of heat treatment on the physical properties and surface roughness of Turkish Hazel (Corylus colurna L.) wood. İnternational Journal of Molecular Sciences, 9; 1772–1783.
27. Liu, F.P., Rials, T.G., Simonsen, J. (1998). Relationship of Wood Surface Energy to Surface Composition. Langmuir, 14(2):536-541.
28. Martinka, J., Hroncová, E., Chrebet, T., Balog, K. (2014). The influence of spruce wood heat treatment on its thermal stability and burning process. European Journal of Wood And Wood Products, 72(4), 477-486.
29. Mayes, D., Oksanen, O. (2002). “Thermowood Handbook”, Finnforest, Finland, 5-15.
30. Meszaros, E., Jakab, E., Varhegyi, G. (2007). TG/MS, PyGC/MS and THMGC/MS study of the composition and thermal behavior of extractive components of Robinia pseudoacacia. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 79(1): 61-70.
31. Ndazi, B. S., Karlsson, S., Tesha, J. V., Nyahumwa, C. W. (2007a). Chemical and physical modifications of rice husks for use as composite panels. Composites: Part A, 38(3), 925-935.
32. Ndazi, B. S., Nyahumwa, C., Tesha, J. (2007b). Chemical and thermal stability of rice husks against alkali treatment. BioResources, 3(4), 1267-1277.
33. Obataya, E., Tanaka, F., Norimoto, M., Tomita, B. (2000). Hygroscopicity of heat-treated wood 1. Effects of after-treatments on the hygroscopicity of heat-treated wood. J Wood Sci. 46:77–87.
34. Özcan, S., Özçifçi, A., Hızirıoğlu, S., Toker, H. (2012). Effects of heat treatment and surface roughness on bonding strength. Construction and Building Materials, 33, 7-13.
35. Özdemir, F. (2016). Orta Yoğunluklu Lif Levhanın (MDF) Yüzey Pürüzlülüğü Üzerine Isıl İşlemin Etkisi. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 19(3), 57-61.
36. Rowell, R. (1996). Opportunities for composites from agro-based resources, in paper and composites from agro based resources. CRC Press, Inc. Pp. New York, 249- 268.
37. Temiz, A., Yıldız, Ü.C., Aydın, İ., Eikenes, M., Alfredsen, G., Çolakoğlu, G. (2005). Surface Roughness and Colour Characteristics of Wood Treated With Preservatives After Accelerated Weathering Test. Applied Surface Science, 250 (1-4): 35-42.
38. TS EN 310, (1999). Ahşap Esaslı Levhalar- Eğilme Dayanımı ve Eğilme Elastikiyet (TSE, Ankara, 1999).
39. TS EN 317, (1999). Yonga Levhalar ve Lif Levhalar Su İçerisine Daldırma İşleminden Sonra Kalınlığına Şişme Tayini (TSE, Ankara, 1999).
40. TS EN 319, (1999). Yonga Levhalar ve Lif Levhalar- Levha Yüzeyine Dik Çekme (TSE, Ankara, 1999).
41. Thurner, F., Mann, U. (1981). Kinetic investigation of wood pyrolysis. Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development. 20(3): 482-488.
42. Ünsal, Ö., Ayrılmış, N. (2005). Variations in compression strength and surface roughness of heat-treated Turkish river red gum (Eucalyptus camaldulensis) wood. Journal of Wood Science, 51(4), 405-409.
43. Yalınkılıç, M. K. (1993). Ağaç Malzemenin Yanma, Higroskopisite ve Boyutsal Stabilite Özelliklerinde Çeşitli Emprenye Maddelerinin Neden Olduğu Değişiklik ve Bu Maddelerin Odundan Yıkanabilirlikleri, K.T.Ü. Orman Fak., Doçentlik Tez Çalışması, Trabzon.
44. Yıldız, S., Gümüşkaya, E. (2007). The effects of thermal modification on crystalline structure of cellulose in soft and hardwood. Building and Environment, 42(1), 62-67.
45. Zhang, N., Xu, M., Cai, L. (2019). Improvement of mechanical, humidity resistance and thermal properties of heat-treated rubber wood by impregnation of SiO2 precursor. Scientific Reports, 9(1), 982.