The effect of heat treatment in vacuum atmosphere on some physical properties of poplar wood

Abstract

Some different modification methods are applied to improve the unwanted properties of wood. In recent years, heat treatment application, which is one of these modification methods, has been applied more than others. Some different heat treatment methods are used in industrial applications. In these methods, factors such as heat transfer media, processing time, and process temperature differ. In this study, the effect of heat treatment at different vacuum levels on some physical properties of poplar wood was investigated in the heat treatment method applied by the convection method in a vacuum environment. The tests were carried out in a vacuum oven at 210ºC and under 0, 200, 400, 600 mbar vacuum for 3 hours. Physical properties of the test specimens such as oven-dry density, equilibrium moisture content, tangential swelling, radial swelling, longitudinal swelling, and volumetric swelling percentage were determined. The obtained data were analyzed comparatively with respect to the control group. Whether there was a statistical difference between the groups was determined by the ANOVA test. Groups differing from each other were determined by the Duncan test. According to the data obtained; a statistically significant difference was found between the swelling percentages of the groups. 

Keywords

• Poplar wood
• heat treatment
• vacuum atmosphere
• physical properties

Kavak odununun bazı fiziksel özellikleri üzerine vakum atmosferinde uygulanan ısıl işlemin etkisi

Abstract

Odunun istenmeyen özelliklerinin iyileştirilmesi için farklı bazı modifikasyon yöntemleri uygulanmaktadır. Son yıllarda bu modifikasyon yöntemlerinden olan ısıl işlem uygulaması diğerlerine göre daha fazla uygulanmaya başlanmıştır. Endüstriyel uygulamalarda farklı bazı ısıl işlem metotları kullanılmaktadır. Bu metotlarda, ısı taşıyıcı araç, işlem süresi ve işlem sıcaklığı gibi faktörler farklılık göstermektedir. Bu çalışmada, vakum ortamında, taşınım yöntemiyle ısı iletimi yapılarak uygulanan ısıl işlem metodunda, farklı vakum seviyelerinde ısıl işlemin kavak odunun bazı fiziksel özellikleri üzerine etkisi araştırılmıştır. Testler vakumlu etüvde ve 210ºC sıcaklıkta ve 3 saat süre ile 0, 200, 400, 600 mbar vakum altında uygulanmıştır. Test örneklerinin tam kuru yoğunluk, denge rutubeti miktarı, teğet genişleme, radyal genişleme, boyuna genişleme ile hacmen genişleme yüzdeleri gibi fiziksel özellikleri belirlenmiştir. Elde edilen veriler kontrol grubuna göre karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Gruplar arasında istatistiksel olarak fark olup olmadığı ANOVA testi ile belirlenmiştir. Birbirlerinden farklılık gösteren gruplar Duncan testi ile belirlenmiştir. Elde edilen verilere göre; grupların genişleme yüzdeleri arasında istatistiksel olarak önemli seviyede farklılık tespit edilmiştir. 

Keywords

• kavak odunu
• ısıl işlem
• vakum atmosferi

Thanks

Bu makale, Murat Kılavuz isimli yazarın “Vakum atmosferinde yapılan ısıl işlemin kavak odununun teknolojik özellikleri üzerine etkisinin araştırılması” başlıklı yüksek lisans tezinden üretilmiştir. Çalışma herhangi bir fon tarafından desteklenmemiştir.

References

1. Ayata, Ü, Gürleyen, T, Gürleyen, L., (2018a), Effect of heat treatment on color and glossiness properties of zebrano, sapelli and merbau woods, Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 1 (1), 11-20, DOI: 10.33725/mamad.428913
2. Ayata, Ü, Gürleyen, T., Gürleyen, L., Çakıcıer, N., (2018b), Determination of surface roughness parameters of heat-treated and untreated scotch pine, oak and beech woods. Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 1 (1), 46-50, DOI: 10.33725/mamad. 433945
3. Ayata, Ü., (2020), Ayous odununun bazı teknolojik özelliklerinin belirlenmesi ve ısıl işlemden sonra renk ve parlaklık özellikleri, Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 3 (1), 22-33, DOI: 10.33725/mamad.724596
4. Aydemir, D., Gündüz, G., (2009), Ahşabın Fiziksel, Kimyasal, Mekaniksel ve Biyolojik Özellikleri Üzerine Isıyla Muamelenin Etkisi. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 15; 71–81.
5. Aydemir, D., Gündüz, G., Altuntas, E., Ertas, M., Sahin, H. T., Alma, M. H., (2011), Investigating changes in the chemical constituents and dimensional stability of heat-treated hornbeam and Uludağ fir wood, BioResources, 6(2), 1308-1321.
6. Bal, B.C., Bektaş, İ., (2012), The effects of heat treatment on the physical properties of juvenile wood and mature wood of Eucalyptus grandis. Bioresources, 7(4), 5117-5127.
7. Bal, B.C. (2013a), Effects of Heat Treatment on the Physical Properties of Heartwood and Sapwood of Cedrus Libani, Bioresources, 8(1), 211-219.
8. Bal, B.C. (2013b), A Comparative Study of the Physical Properties of Thermally Treated Poplar Wood and Plane Wood, Bioresources, 8(4), 6493-6500.

9. Bal, B.C., (2014), Some physical and mechanical properties of thermally modified juvenile and mature black pine wood, European Journal of Wood and Wood Products, 72, 61–66, DOI: 10.1007/s00107-013-0753-9.
10. Bal, B.C. (2015), Physical properties of beech wood thermally modified in hot oil and in hot air at various temperatures, Maderas: Ciencia y Tecnologia, 17(4), 789-798.
11. Bal, BC, (2018), A Comparative Study of Some of the Mechanical Properties of Pine Wood Treated in Vacuum, Nitrogen, and Air Atmospheres, Bioresources, 13(3), 5504-5511.
12. Bekhta, P., P. Niemz (2003), Effect of high temperature on the change in colour, dimensional stability and mechanical properties of spruce wood, Holzforschung 57:539–546.
13. Brito, J.O., Silva, F.G., L Eao, M.M. Almeida, G., (2008), Chemical Composition changes in Eucalyptus and Pinus Woods submitted to Heat Treatment, Bioresource Technology, 99 (2008) 8545-8548. 10.1016/j.biortech.2008.03.069
14. Candelier, K., Dumarçay, S., Pétrissans, A., Desharnais, L., Gérardin, P., Pétrissans, M. (2013a), Comparison of chemical composition and decay durability of heat-treated wood cured under different inert atmospheres: Nitrogen or vacuum. Polymer degradation and Stability, 98(2), 677-681. DOI:10.1016/j.polymdegradstab.2012.10.022
15. Candelier, K., Dumarçay, S., Pétrissans, A., Gérardin, P., Pétrissans, M. (2013b), Comparison of mechanical properties of heat-treated beech wood cured under nitrogen or vacuum. Polymer degradation and stability, 98(9), 1762-1765.DOI: 10.1016/j.polymdegradstab. 2013.05.026
16. Candelier, K., Dumarçay, S., Pétrissans, A., Gérardin, P., Pétrissans, M. (2014), Advantage of vacuum versus nitrogen to achieve inert atmosphere during, Pro Ligno, 10(4), 10-17.
17. Epmeier, H., M. Westin, A.O. Rapp and T. Nilsson (2003), Comparison of Properties of Wood Modified by 8 Different Methods - Durability, Mechanical and Physical Properties. The First European Conference on Wood Modification Ghent, Belgium. 9080656526
18. Esteves, BM., Pereira, HM. (2009), Wood modification by heat treatment: A review, BioResources 4(1), 370-404
19. Gunduz G, Aydemir D, Kaygin B, Aytekin A., (2009), The Effect of Treatment Time on Dimensionally Stability, Moisture Content and Mechanical Properties of Heat-Treated Anatolian Chestnut (Castanea sativa Mill.) Wood. Wood Research 54 (2), 117-126.
20. Jamsa S, Viitaniemi P (2001), Heat treatment of wood - Better durability without chemicals, Review on heat treatments of wood, In proceedings of Special Seminar held in Antibes, France.
21. Kılavuz M., (2019), Vakum atmosferinde yapılan ısıl işlemin kavak odununun teknolojik özellikleri üzerine etkisinin araştırılması, KSÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Kahramanmaraş.
22. Korkut DS., Güller B., (2008), The effects of heat treatment on physical properties and surface roughness of red-bud maple (Acer trautvetteri Medw.) wood, Bioresource technology, 99 (2008) 2846-2851.
23. Korkut, S., Korkut, D.S., Bekar İ., (2008), Okaliptüs (Eucalyptus camaldulensis Dehn.) Odununun Bazı Teknolojik Özellikleri Üzerine Isıl İşlemin Etkisi, I. Okaliptüs sempozyumu, 15-17 Nisan 2008, Tarsus-Türkiye.
24. Korkut, S., Kocaefe, D., (2009), Isıl İşlemin Odun Özellikleri Üzerine Etkisi. Düzce Üniversitesi Ormancılık dergisi, 5(2), 11–34.
25. Mburu, F., Dumarçay, S., Bocquet, J.F., Petrissans, M. and Gerardin, P., (2008), Effect of Chemical Modifications Caused by Heat Treatment on Mechanical Properties of Grevillea robusta Wood, Polymer Degradation and Stability 93 (2008) 401-405.
26. Michell, P. H., (1988), Irreversible property changes of small loblolly pine specimens heated in air, nitrogen, or oxygen, Wood and Fiber Science,20(3), 320-335.
27. Orhan H., (2017), Kavak Odununun Bazı Fiziksel ve Mekanik Özellikleri Üzerine Azot Gazı Varlığında Yapılan Isıl İşlemin Etkilerinin Belirlenmesi, KSÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Kahramanmaraş.
28. TS 2470 Odunda Fiziksel ve Mekaniksel Deneyler İçin Numune Alma Metotları ve Genel Özellikler, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
29. TS 2471 Odunda Fiziksel ve Mekaniksel Deneyler İçin Rutubet Miktarı Tayini, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
30. TS 2472 Odunda Fiziksel ve Mekaniksel Deneyler İçin Hacim Yoğunluk Değerinin Tayini, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
31. TS 4084, Odunda Radyal ve Teğet Doğrultuda Şişmenin Tayini, TSE, Ankara.
32. TS 4086 Odunda Hacimsel Şişmenin Tayini, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
33. URL1, (2019), http://www.novawood.com/, son erişim tarihi; 29.06.2019.
34. URL2, (2019), http://www.nashouse.com.tr, son erişim tarihi; 29.06.2019.
35. URL3, (2019), https://www.tantimber.com/tr, son erişim tarihi; 29.06.2019.