Dimension stability of thermo-vacuum treated scots pine wood

Year 2024, Volume: 7 Issue: 2, 163 - 171, 30.12.2024

Hızır Volkan Görgün , Öner Ünsal

https://doi.org/10.33725/mamad.1520817

Abstract

Thermo-treatment application has been developed to improve the properties of solid wood. However, studies are ongoing to further improve some properties, especially mechanical, testing different process conditions. In this study, the effects of thermo-treatment (thermo-vacuum or Thermovuoto®) carried out in vacuum environment on dimensional stability were investigated. In this context, density, equilibrium moisture content (EMC) changes and anti-shrinkage/swelling efficieny (ASE) were measured in Scots pine (Pinus sylvestris) samples treated to thermo-vacuum at 180 °C for 1 hour. The results were compared with the reference tables in TSE CEN/TS 15679 and the literature. According to the results; while a 20% decrease was detected in the tangential/radial working ratio, with a density of 0.414 g/cm3, it was in the ‘outdoor’ class, according to EMC (e.g. 5.76% for 20oC temperature, 65% relative humidity) and ASE (79.56%) data it was in the ‘indoor’ class, but it was ‘out of class’ the maximum change rate in width (MCRW). However, since the shrinkage in width has decreased by 30%, it can be evaluated in the ‘indoor’ class according to MCRW. Because there are some differences in evaluations. For example, the reference values in the standard were determined for traditional thermo-treatment, and in other studies in the literature, shrinkage values were evaluated according to untreated material standards. In addition, it was thought that the thermo-vacuum process changes the chemical properties of the wood differently compared to traditional thermo-treatment and is effective in the different classes of EMC and MCRW.

Keywords

Modification, Pine, Shrinkage, Stability, Thermal Treatment

Termo-vakum işlem görmüş sarıçamın boyutsal kararlılığının incelenmesi

Abstract

Masif ahşabın özelliklerinin iyileştirilmesi için, termo-işlem uygulaması geliştirilmiştir. Bununla birlikte başta mekanik olmak üzere bazı özelliklerin daha da iyileştirilmesi için, özellikle farklı proses şartlarının denendiği çalışmalar devam etmektedir. Bu çalışmada, vakum ortamında gerçekleştirilen termo-işlemin (termo-vakum veya Thermovuoto®), boyutsal kararlılığa etkileri araştırılmıştır. Bu kapsamda, 180 °C'de 1 saat termo-vakum uygulanan sarıçam (Pinus sylvestris) örneklerinde, yoğunluk, denge rutubet miktarı (DRM) değişimi ve anti daralma/genişleme etkisi (ASE) ölçülmüştür. Sonuçlar TSE CEN/TS 15679’daki referans çizelgeler ve literatür ile karşılaştırılmıştır. Sonuçlara göre; teğet/radyal çalışma oranında %20 azalış tespit edilirken, 0.414 g/cm3 yoğunluk ile ‘iç mekân’, DRM (örneğin 20oC sıcaklık, %65 bağıl nem için %5,76) ve ASE (%79.56) verileri açısından ‘dış mekân’ sınıfında çıkarken, genişlikteki maksimum değişim oranına (MDO) göre ‘sınıf dışı’ çıkmıştır. Bununla birlikte genişlikte daralma %30 azaldığı için MDO’ya göre de ‘iç mekân’ sınıfında değerlendirilebilir. Çünkü değerlendirmelerde bazı farklılıklar bulunmaktadır. Örneğin standarttaki referans değerlerin geleneksel termo-işlem için belirlenmiş olup, literatürdeki diğer çalışmalarda da daralma değerlerinin işlem görmemiş malzeme standartlarına göre değerlendirmeler yapılmıştır. Ayrıca DRM ve MDO’nun farklı sınıfta çıkmasında termo-vakum işleminin, geleneksel termo-işleme göre ahşabın farklı kimyasal özelliklerini değiştirmesinin etkili olduğu düşünülmektedir.

Keywords

Çam, Daralma, Isıl İşlem, Modifikasyon, Stabilite

Thanks

Yazar, İstanbul Üniversitesi-Cerrahapaşa, Orman Fakültesi, Orman Entomolojisi ve Koruma Anabilim Dalı çalışanlarına, klimatik kabin kullanımındaki yardımları için, aynı üniversiteden Prof. Dr. Öner Ünsal’a örnek temini için ve tür tespitindeki yardımı için Dr. Fatma Diğdem Tuncer’e teşekkür etmektedir.

References

• Almeida G., Bri- J.O., & Perre P. (2009). Changes in wood-water relationship due - heat treatment assessed on micro-samples of three Eucalyptus species, Holzforschung, 63 (1), 80-88. DOI: 10.1515/HF.2009.026
• Aytin, A., & Korkut, S. (2016). Effect of thermal treatment on the swelling and surface roughness of common alder and wych elm wood, Journal of Forestry Research, 27, 225-229. DOI: 10.1007/s11676-015-0136-7
• Bal, B. C. (2018). A comparative study of some of the mechanical properties of pine wood heat treated in vacuum, nitrogen, and air atmospheres, BioResources, 13(3), 5504-5511. DOI: 10.15376/biores.13.3.5504-5511
• Bal, B. C., & Kılavuz, M. (2021). Kavak odununun bazı fiziksel özellikleri üzerine vakum atmosferinde uygulanan ısıl işlemin etkisi, Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 4(1), 30-39, DOI: 10.33725/mamad.926939
• Basri, E., Yuniarti, K., Wahyudi, I., Saefudin, & Damayanti, R. (2015). Effects of girdling on wood properties and drying characteristics of Acacia mangium, Journal of Tropical Forest Science, 498-505. http://www.jstor.org/stable/43596226
• Cockrell, R.A. (1974). A comparison of latewood pits, fibril orientation, and shrinkage of normal and compression wood of giant sequoia, Wood Science and Technology, 8 (3): 197--206. DOI: 10.1007/bf00352023
• EN 1910 (2016). Wood and parquet flooring and wood panelling and cladding – determination of dimensional stability, European standard, CEN.
• EN 13183-1 (2002). Moisture content of a piece of sawn timber - Determination by oven dry method, European standard, CEN.
• Esteves, B. (2009). Wood modification by heat treatment: A review, BioResources, 370-404. DOI: 10.15376/biores.4.1.esteves
• Ferrari, S., Cuccui, I., & Allegretti, O. (2013). Thermo-vacuum Modification of some European softwood and hardwood species treated at different conditions, BioResources, 8(1): 1100-1109. DOI: 10.15376/biores.8.1.1100-1109
• Ghiassi, B., & Lourencço, P. B. (2018). Long-term performance and durability of Masonry structures: degradation mechanisms, health monitoring and service life design, Woodhead Publishing. DOI: 10.1016/c2016-0-03710-5
• Giudice, V.L., Antov, P., Koynov, D., Kristak, L., Lee, S.H., Lubis, M.A.R., Mecca, M., Moretti, N., Tiwari, R. & Todaro, L. (2023). Effect of thermo-vacuum modification on selected chemical, physical, and mechanical properties of Siberian larch (Larix sibirica L.) wood, Wood Material Science & Engineering, 18(6), 1991-2000. DOI: 10.1080/17480272.2023.2212253
• Hill, C., (2006). Wood modification-chemical, thermal and other processes, Wiley Series in Renewable Resources, John Wiley & Sons, Ltd.
• Jebrane, M., Pockrandt, M., Cuccui, I., Allegretti, O., Uetimane Jr, E., & Terziev, N. (2018). Comparative study of two softwood species industrially modified by Thermowood® and thermo-vacuum process, BioResources, 13(1), 715-728. DOI: 10.15376/biores.13.1.715-728
• Juizo, C.G.F., Zen, L.R., Klitzke, W., França, M.C., Cremonez, V.G., & Klitzke, R.J. (2018). Propriedades tecnológicas da madeira de eucalip- submetida ao tratamen- térmico, Nativa, 6(5), 537-542. DOI: 10.31413/nativa.v6i5.5666
• Köse, G., & Temiz, A. (2013). Ahşap malzemenin korunması (emprenye) ile ilgili sıkça sorulan sorular, Mobilya Dekorasyon Dergisi, 94-97.
• Mantanis, G., Terzi, E., Kartal, S.N. & Papadopoulos, A.N. (2014). Evaluation of mold, decay and termite resistance of pine wood treated with zinc-and copper-based nanocompounds, International Biodeterioration & Biodegradation, 90, 140-144. DOI: 10.1016/j.ibiod.2014.02.010
• Masoumi, A., & Bond, B. H. (2024). Dimensional stability and equilibrium moisture content of thermally modified hardwoods, BioResources, 19(1): 1218-1228. 10.15376/biores.19.1.1218-1228
• Öztürk, B., & Atar, M. (2023). Ahşap lavabo ve küvetlerde boyutsal kararlılık tasarımına emprenye işleminin etkisi, Politeknik Dergisi, 26(1), 477-485, DOI: 10.2339/politeknik.1256422
• Surini, T., Charrier, F., Malvestio, J., Charrier, B., Moubarik, A., Castéra, P., & Grelier, S. (2012). Physical properties and termite durability of maritime pine Pinus pinaster Ait., heat-treated under vacuum pressure, Wood Science and Technology, 46(1), 487-501. DOI: 10.1007/s00226-011-0421-3
• TS 4083, (1983). Odunda radyal ve teğet doğrultuda çekmenin tayini (İptal), Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, Türkiye.
• TS ISO 13061-13, (2024). Odunun fiziksel ve mekanik özellikleri - Küçük kusursuz odun numuneleri için deney yöntemleri - Bölüm 13: Radyal ve teğet yönde daralmanın belirlenmesi, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, Türkiye.
• TSE CEN/TS 15679 (2011). Isıl işlemle değiştirilmiş kereste (tmt) - Tarifler ve karakteristik özellikleri, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, Türkiye.
• Yan, L., & Morrell, J. J. (2014). Effects of thermal modification on physical and mechanical properties of Douglas-fir heartwood, BioResources, 9(4), 7152-7161. DOI: 10.15376/biores.9.4.7152-7161
• Yılgör, N. & Kartal, S. N. (2010). Heat modification of wood: chemical properties and resistance - mold and decay fungi, Forest Products Journal, 60(4), 357-361, DOI: 10.13073/0015-7473-60.4.357