Physical Properties of Poplar Wood Heat Treated in Nitrogen Gas Atmosphere

Abstract

Different wood modification methods have been developed to improve some properties of wood. The heat treatment method, which is applied by treating the wood with a temperature of 180-220oC, is one of these methods. Today, many heat treatment methods have been developed, consisting of different treatment steps and using different heat transfer media. Many factors are effective on the changes in the technological properties of wood by heat treatment. The heat transfer media is one of these factors. In this study, nitrogen gas was used as heat transfer media and poplar wood was used as material. The aim of this study is to determine the effect of heat treatment in nitrogen gas atmosphere and normal atmosphere on the physical properties of wood. In this study, 1 control group and 3 experimental groups were formed. Different procedures were applied to these 4 test groups. No heat treatment was applied to the control group. Heat treatment was done in a vacuum oven. The processing temperature was set at 210oC and the processing time was 3 hours. The effect of temperature was tried to be determined with the 2nd group, the effect of nitrogen gas with the 3rd group, and the effect of the pretreatment with nitrogen gas with the 4th group. After heat treatment, physical properties such as density, equilibrium moisture content, tangential, radial, longitudinal and volumetric swelling percentages and swelling anisotropy of poplar wood were determined. According to the findings obtained; it has been determined that the heat treatment carried out both in the normal atmosphere and in the nitrogen gas atmosphere has a statistically significant effect on the physical properties of the poplar wood.

Keywords

• Heat treatment
• nitrogen gas
• physical properties
• poplar wood
• thermal treatment

Azot Gazı Atmosferinde Isıl İşlem Uygulanmış Kavak Odununun Fiziksel Özellikleri

Öz

Odunun bazı özelliklerini iyileştirmek amacıyla, farklı odun modifikasyon yöntemleri geliştirilmiştir. Odunun, 180-220oC sıcaklık ile muamele edilerek uygulanan ısıl işlem yöntemi bu yöntemlerden birisidir. Günümüzde, farklı işlem basamaklarından oluşan ve farklı ısı taşıyıcı araçların kullanıldığı bir çok ısıl işlem metodu geliştirilmiştir. Isıl işlemin odunun teknolojik özelliklerinde meydana getirdiği değişiklikler üzerine birçok faktör etkili olmaktadır. Isı transfer aracı bu faktörlerden birisidir. Bu araştırmada, ısı taşıyıcı olarak azot gazı ve materyal olarak kavak odunu kullanılmıştır. Bu çalışmanın amacı, azot gazı atmosferinde ve normal atmosferde yapılan ısıl işlemin, odununun fiziksel özellikleri üzerine etkisini belirlemektir. Isıl işlem sonrası, kavak odununun yoğunluk, denge rutubet yüzdesi, teğet, radyal, boyuna ve hacmen genişleme yüzdeleri ve genişleme anizotropisi gibi fiziksel özellikler belirlenmiştir. Elde edilen bulgulara göre; hem normal atmosferde ve hem de azot gazı atmosferinde yapılan ısıl işlemin, kavak odununun fiziksel özellikleri üzerine istatistiksel olarak önemli derecede etkili olduğu belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Termal muamele
• kavak
• azot gazı
• fiziksel özellikler.

Kaynakça

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. https://doi.org/10.33725/mamad.428913
2. 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. https://doi.org/10.33725/mamad.724596
3. Aydemir, D. , Bürüç, G. ve Bakır, K. (2019). Doğu Kayını ve Saplı Meşe Odunlarının Bazı Özellikleri Üzerine Isıl İşlemin Etkisi. Bartın Orman Fakültesi Dergisi , 21 (3), 713-721. Retrieved from https://dergipark.org.tr/tr/pub/barofd/issue/46384/576238
4. Bal, BC., (2013). A comparative study of the physical properties of thermally treated poplar wood and plane wood, BioResources, 8 (4): 6493-6500. https://doi.org/10.15376/biores.8.4.6493-6500
5. 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, https://doi.org/10.1007/s00107-013-0753-9
6. Bal, B.C. (2015). Wood-water relationships and biological durability of heat-treated Taurus fir wood. Pro Ligno, 11(3), 3-10.
7. Bal B.C., (2016). Sıcak bitkisel yağ ile muamele edilen Toros göknarı odununun bazı fiziksel özellikleri, KSÜ Mühendislik Bilimleri Dergisi, 19 (2), 20-26. https://doi.org/10.17780/ksujes.58765
8. Bal, B.C., (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.

9. Bekhta, P. and Niemz, P. (2003). Effect of High Tempereture on The Change in Color, Dimensional Stability and Mechanical Properties of Spruce Wood, Holzforschung 57(2003), 539-546. https://doi.org/10.1515/hf.2003.080
10. Borrega, M. and Karenlampi, P.P. (2008). Mechanical Behavior of heat-treated spruce (Picea abies) Wood at Constant moisture content and ambient humidity, Holz als Roh-und Werkstoff 66(2008), 63-69. https://doi.org/10.1007/s00107-007-0207-3
11. Bozkurt, Y., Erdin, N., (1997). Ağaç Teknolojisi Ders Kitabı, İ.Ü. Orman Fakültesi, Yayınno: 445, S: 1, İstanbul.
12. Brito, J. O., Silva, F. G., Leão, M. M., and Almeida, G. (2008). Chemical composition changes in eucalyptus and pinus woods submitted to heat treatment. Bioresource technology, 99(18), 8545-8548.
13. Calonego, FW, Severo, ETD, Ballarin, AW. (2012). Physical and mechanical properties of thermally modified wood from E. Grandis, European Journal of Wood and Wood Products, 70(4): 453-460. https://doi.org/10.1007/s00107-011-0568-5
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. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2012.10.022
15. Candelier, K., Dumarçay, S., Pétrissans, A., Gérardin, P., and 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. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2013.05.026
16. Epmeier, H. and Kliger, R. (2005). Experimental Study of Material Properties of Modified Scots Pine, HolzalsRoh-und Werkstoff, 63:430-436.
17. Esteves, BM., Pereira, HM. (2009). Wood modification by heat treatment: A review, BioResources 4(1), 370-404. https://doi.org/10.15376/biores.4.1.370-404
18. Gao, H., Sun, M.Y., Cheng, H.Y., Gao, W.L. and Ding, X.L. (2015). Effects of Heat Treatment under Vacuum on Properties of Poplar, BioResources, 11(1), 1031-1043.
19. Güntekin, E., Yilmaz Aydin, T., & Üner, B. (2017). Physical, mechanical and bonding performance of Calabrian pine (Pinus brutia Ten.) as influenced by heat treatment. Drvna industrija, 68(2), 99-108.
20. Kamdem, D. P., Pizzi, A., and Jermannaud, A. (2002). Durability of heat-treated wood. Holz als Roh-und Werkstoff, 60(1), 1-6.
21. Karamanoğlu, M, Kaymakçı, A ., (2018). Higrotermal yaşlandırma işleminin ısıl işlem görmüş kestane odununun renk ve sertlik özellikleri üzerine etkisi, Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 1 (1), 31-37. https://doi.org/10.33725/mamad.429726
22. Kocaefe, D.,Shi, L.J., Yang, D.Q., Bouazara, M. (2008b). Mechanical properties, dimensional stability, and mold resistance of heat-treated jack pine and apsen, Forest Products Journal 58(6):88-93.
23. Korkut, S.,Gündüz, G., Korkut, D.S. (2008). 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, Bioresource Technology, 99:2275–2280. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2007. 05.015
24. Korkut, S., Kocaefe, D. (2009). Isıl işlemin odun özellikleri üzerine etkisi. Düzce Üniversitesi Ormancılık Dergisi, 5(2), 11-34.
25. 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.
26. 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 Grevillearobusta Wood, Polymer Degradation and Stability 93 (2008), 401-405. https://doi.org/10.1016/ j.polymdegradstab.2007.11.017
27. 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.
28. Mitsui, K., Inagaki, T., Tsuchikawa, S. (2007). Monitoring of hydroxyl groups in wood during heat treatment using NIR spectroscopy. Biomacromolecules, 9(1): 286-288.
29. Orhan H., (2017), Kavak odununun bazı fiziksel ve mekanik özellikleri üzerine azot gazı varlığında yapılan ısıl işlemin etkilerinin belirlenmesi, (Yayımlanmamış Yüksek Lisans Tezi) Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Kahramanmaraş, Türkiye.
30. Orhan, H., ve Bal, B. C. (2021). Azot gazı varlığında yapılan ısıl işlemin kavak odununun bazı mekanik özellikleri üzerine etkileri. Turkish Journal of Forestry, 22(2), 165-170.
31. Örs, Y., Keskin, H., (2001). Ağaç Malzeme Bilgisi, Gazi Üniversitesi Ders Kitabı, S:77, Ankara.
32. Sailer, M., Rapp, A.O, Leithoff, H., Peek, R.D. (2000). Upgrading of wood by application of an oil heat treatment. HolzRoh- undWerkst 58(1):15–22.
33. Santos, J.A. (2000). Mechanical behavior of Eucalyptus Wood Modified by Heat, Wood Science and Technology 34 (2000) 39-43.DOI: 10.1007/s002260050006
34. Taşdelen, M, Can, A, Sivrikaya, H. (2019). Some physical and mechanical properties of maritime pine and poplar exposed to oil-heat treatment. Turkish Journal of Forestry, 20 (3), 254-260. https://doi.org/10.18182/tjf.566647
35. Tomak, E.D.,Viitanen, H., Yildiz, U.C., Hughes, M. (2011). The combine defects of boron and oil heat treatment on the properties of beech and Scots pine wood. Part 2: Water absorption, compression strength, color changes, and decay resistance, Journal of Materials Science, 46: 608-615.
36. TS 2470 (1976) Odunda Fiziksel ve Mekaniksel Deneyler İçin Numune Alma Metotları ve Genel Özellikler, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
37. TS 2471 (1976) Odunda Fiziksel ve Mekaniksel Deneyler İçin Rutubet Miktarı Tayini, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
38. TS 2472 (1976) Odunda Fiziksel ve Mekaniksel Deneyler İçin HacimY oğunluk Değerinin Tayini, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
39. TS 4084, (1976) Odunda Radyal ve Teğet Doğrultuda Şişmenin Tayini, TSE, Ankara.
40. TS 4086 (1976) Odunda Hacimsel Şişmenin Tayini, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
41. Yaşar, S. (2009). Kızılçam (Pinus brutia ten.) ekstraktif maddelerinde ısıl işlem uygulanması sonucu oluşan renk değişimleri üzerine araştırma. Turkish Journal of Forestry, 10 (1) , 95-100
42. Yazıcı, H, Özlüsoylu, İ. (2020). Hızlandırılmış yaşlandırmanın ısıl işlem uygulanmış Akdeniz defnesi (Laurus nobilis L.) odunun bazı yüzey özelliklerine etkisi. Turkish Journal of Forestry, 21 (4), 468-474. https://doi.org/10.18182/tjf.809139
43. Yılmaz Aydın, T. (2021). Evaluation of heating temperature and time on bending properties of Taurus cedar wood, Turkish Journal of Forestry, 22 (4), 432-438. https://doi.org/10.18182/tjf.1019032
44. Yılmaz Aydın, T. ve Aydın, M. (2020). Influence of Temperature and Exposure Duration on the Bending Properties of Oak Wood. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 22 (3), 871-877. https://doi.org/10.24011/barofd.792268