The properties of wood polymer composites after natural and artificial weathering

Abstract

Wood Polymer Composites (WPC) is the general name of composites formed by combining thermoplastic matrix and cellulose based reinforcement/filler. They are especially preferred as exterior cladding, outdoor flooring, fence, garden furniture. WPCs have advantages over wood like as higher dimensional stability, resistance to fungi and insects and low maintenance requirements during life-time-use. However, the degradation of these materials in weather conditions is a major disadvantage. Compared to polymer-based composites, the degradation for in outdoor weather conditions is generally lower. Polymeric materials are subject to degradation by physical, chemical and biological processes or a combination of these under the influence of environmental factors. Factors such as temperature (thermal degradation), air (oxidative degradation), moisture (hydrolytic degradation), microorganisms (biodegradation), light (photodegradation), high-energy radiation (UV, irradiation), chemical agents (corrosion) and mechanical forces can cause irreversible changes in material structure. In order to determine the effects of these factors, changes in the polymer structure are determined by natural and artificial aging. This literature review presents a detailed summary and analysis of the studies carried out on WPC weathering properties.

Keywords

• wood polymer composite
• natural and artificial aging
• physicial and mechanical properties

Odun polimer kompozitlerin doğal ve yapay (suni) yaşlandırma sonrası özelliklerinde meydana gelen değişiklikler

Abstract

Odun Polimer Kompozitler (OPK), termoplastik matris ve selüloz esaslı takviye / dolgu maddesinin birleştirilmesiyle oluşturulan kompozitlerin genel adıdır. OPK’ler özellikle dış cephe ve zemin kaplaması, çit, bahçe mobilyası gibi uygulamalarda tercih edilmektedir. OPK’lerin ahşap malzemeye göre başlıca avantajları yüksek boyutsal kararlılık, mantar ve böceklere karşı dayanıklılık ve kullanım süreleri boyunca düşük bakım gereksinimi sayılabilir. Bununla birlikte, bu malzemelerin dış hava koşullarında bozunmaya uğraması büyük bir dezavantaj oluşturmaktadır. Bu nedenle, dış mekan uygulamalarında OPK’lerin diğer polimer esaslı kompozitlere göre performansı genellikle daha düşüktür. Polimerik malzemeler çevresel faktörlerin etkisiyle fiziksel, kimyasal, biyolojik süreçler veya bunların kombinasyonu ile bozunmaya uğramaktadırlar. Sıcaklık (termal bozunma), hava (oksidatif bozunma), nem (hidrolitik bozunma), mikroorganizmalar (biyobozunma), ışık (foto bozunma), yüksek enerjili radyasyon (ultra viyole (UV), ışınlama), kimyasal (korozyon) ve mekanik etkenler gibi faktörler malzemede geri dönüştürülemez değişiklikler meydana getirebilmektedir. Bu faktörlerin etkilerini belirlemek amacıyla, doğal ve suni yaşlandırma yapılarak polimer yapısındaki değişiklikler belirlenmektedir. Bu literatür çalışmasında OPK’ler üzerinde ilgili konuda gerçekleştirilen çalışmaların detaylı bir özet ve analizi sunulmaktadır.

Keywords

• Odun Polimer kompozit,
• doğal ve suni yaşlandırma,
• Fiziksel ve mekanik özellik

References

1. Alsan, M., 2016. Isıl İşlem Görmüş Odunun Polipropilen Kompozitlerin Özellikleri Üzerine Etkileri,Yüksek Lisans Tezi, Bartın Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
2. Badji, C., Soccalingame, L., Garay, H., Bergeret, A., Benezet, J-C., 2017. Influence of weathering on visual and surface aspect of wood plastic composites: Correlation approach with mechanical properties and microstructure, Polymer Degradation and Stability,doi10.1016/j.polymdegradstab.2017.01.010.
3. Çakıcıer, N., 2007. Ağaç Malzeme Yüzey İşlemi Katmanlarında Yaşlanma Sonucu Belirlenen Değişiklikler,Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
4. Çavdar, D. A., Torun, B.T., Tomak, D. E., Arpaci, S.S., 2021. Accelerated weathering resistance of high-density polyethylene composites reinforced with microcrystalline cellulose and fire retardants. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.102282
5. Çetin, N. S., Özmen, N., Narlıoğlu,N., Çavuş, V., 2014. Odun Plastik Kompozit Üretiminde Odun unu yerine Meşe kabuğu ununun değerlendirilmesi. III. Uluslararası Odun Dışı Orman Ürünleri Sempozyumu, 8-10 Mayıs 2014, Kahramanmaraş
6. Karakuş, K.., Mengeloğlu, F., 2015. Odun Plastik Kompozitlerin Üretilmesinde Tarımsal Atıkların Değerlendirilmesi, 3. Ulusal Mobilya Kongresi Selçuk- Teknik Dergisi, Özel Sayı-1(Umk-2015).
7. Matuana, L.M. and Kamdem, D.P., 2002. Accelerated ultraviolet weathering of PVC/wood-flour composites.Polymer Engineering and Sci. 42(8):1657–1666.
8. Martins, G., Antunes, F., Mateusi A., Malça, C., 2017. Optimization of a Wood Plastic Composite for Architectural Applications, Procedia Manufacturing, 12, 203-22

9. Mengeloğlu, F., and Çavuş, V., 2021.Long Term Natural Weathering of PP Based WPCs: The Effect of TiO2 on Selected Color, Physical,Mechanical, Morphological and Chemical PropertiesWood Polymer Composites,Composites Science and Technology, https://doi.org/10.1007/978-981-16-1606-8_11 1
10. Peng, Y., Liu, R., Cao, J., 2015. Characterization of Surface Chemistry and Crystallization Behaviour of Polypropylene Composites Reinforced with Wood Flour, Cellulose, and Lignin During Accelerated Weathering, Applied Surface Science, 332, 253-259
11. Rowell, R.M., Lange, S.E., and Jacobson, R.E., 2000. Weathering performance of plant-fiber/thermoplasticcomposites. Mol. Cryst. and Liq. Cryst. 353:85–94.
12. Rånby, B., Rabek, J.F., 1975. Photodegradation, Photo-Oxidation and Photostabilization of Polymers: Principles and Applications, London: Wiley.
13. Stark, N.M. and Matuana, L.M., 2002. Photostabilization of wood flour filled HDPE composites. AnnualTechnical Conference, Society of Plastics Engineers, 60(2):2209–2213.
14. Stark, N.M., and Matuana, L.M.,2007. Characterization of weathered wood plastic composite surfaces usingFTIR spectroscopy, contact angle, and XPSPolymer Degradation and Stability 92 (2007) 1883e1890.
15. Soccalingame, L., Perrin, D., Bénézet, J.-C., Mani, S., Coiffier, F., Richaud, E., Bergeret, A., 2015. Reprocessing of Artificial UV-Weathered Wood Flour Reinforced Polypropylene Composites, Polymer Degradation and Stability, 120, 313-327.
16. Torun, B.T., Tomak, D. E., Çavdar, D. A., Mengeloğlu, F., 2021. Characterization of weathered MCC /nutshell reinforcedcomposites.https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2021.107290
17. Turan, K., ve Erkek, B., 2019.Termal Yaşlandırılmış Kompozit Levhaların Burkulma Davranışlarının Araştırılması DÜMF Mühendislik Dergisi10:2 (2019) : 655-661
18. Turku, I., Kärki, T.,2016.Accelerated Weathering of Fire-Retarded Wood-Polypropylene Composites, Composites:Part A, 81, 305-312.
19. Verdnam, A., Kumar, S., Chaturvadi, S., 2019. Experimental study on mechanical behavior, biodegradability, and resistance of wood-plastic composites doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107282 (1)
20. Yıldız, S., DizmanTomak, E., Yıldız, Ü.C., Ustaomer,D., 2013.Yapay yaşlandırmanın ısıl işlem görmüş ahşabın özellikleri üzerine etkisi,Polymer Degradation. Stability, 98 1419–1427, https:// doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2013.05.004
21. Wei, L., McDonald, A.G., Freitag, C., Morrell, J.J., 2013. Effects of Wood Fiber Esterifcation on Properties, Weatherability and Biodurability of Wood Plastic Composites, Polymer Degradation and Stability, 98, 1348-1361.