The Effect of Paraffin Droplet Size and Usage Amount Ratio on Some Properties of High Density Fiberboard (HDF)

Abstract

In this study, the effect of the type and usage rate of paraffin emulsions obtained by ultrasonic homogenization method on some physical, technological and mechanical properties of HDF boards was investigated. For this purpose, experimental boards with a density of 870 kg/m³ were produced from 70% eastern beech and 30% larch wood fibers. Urea formaldehyde (UF) resin with 58% solids content at a ratio of 11% by dry fiber weight was used as adhesive in the production of test boards. As a water repellent, paraffin emulsions with different droplet sizes were added at the rates of 0.75%, 1.0% and 1.25% by dry fiber weight. The test specimens were tested according to the tensile strength test (TS EN 319), surface strength test (TS EN 311), thickness swelling and water absorption tests for 24 hours (TS EN 317), surface absorption test (TS EN 382/1) and free formaldehyde test (TS EN 12460-5) standards and compared with the control specimens. From the test results, it was determined that droplet size and usage rate had no significant effect on the tensile strength and surface durability of HDFs, while they had a positive effect on 24 hour thickness increase and water absorption, surface absorption and free formaldehyde values. The best values were obtained in the test samples with low droplet size type B and 1% paraffin emulsion. Accordingly, there was a 13% improvement in 24 hour thickness increase, 23% improvement in 24 hour water absorption values, 27% improvement in surface absorption values and 11% improvement in free formaldehyde values. The reason for this situation was explained as the decrease in the water permeability of the paraffin emulsion whose droplet size decreased with ultrasonic homogenization process. At the end of the research, it was recommended to use new technological systems that have an effect on the dimensional stability of fiberboard.

Keywords

• HDF
• fiberboard
• paraffin emulsion
• ultrasonic homogenization
• mechanical and physical properties

Parafin Damlacık Boyutu ve Kullanım Oranının Yüksek Yoğunluklu Lif Levhanın (HDF) Bazı Özellikleri Üzerine Etkisi

Öz

Bu çalışmada, HDF levhalarının bazı fiziksel, teknolojik ve mekanik özellikleri üzerine ultrasonik homojenizasyon yöntemi ile elde edilen parafin emülsiyonlarının türü ve kullanım oranının etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla %70 doğu kayını ve %30 karaçam odunu liflerinden 870 kg/m³ yoğunluğunda deney levhaları üretilmiştir. Deney levhalarının üretiminde yapıştırıcı olarak kuru lif ağırlığına göre %11 oranında %58 katı madde miktarına sahip üre formaldehit (ÜF) reçinesi verilmiştir. Su itici olarak farklı damlacık boyutuna sahip parafin emülsiyonları kuru life oranla %0,75, %1,0 ve %1,25 oranlarında ilave edilmiştir. Elde edilen deney örneklerinin yüzeye dik yönde çekme direnci testi (TS EN 319), yüzey sağlamlık testi (TS EN 311), 24 saat kalınlığına şişme ve su emme testleri (TS EN 317), yüzey absorpsiyon testi (TS EN 382/1) ve serbest formaldehit testi (TS EN 12460-5) standartlarına göre test edilerek kontrol örnekleri ile karşılaştırılmıştır. Test sonuçlarından damlacık boyutu ve kullanım oranının HDF’lerin çekme direnci ve yüzey sağlamlık üzerine belirgin bir etkisi görülmezken, 24 saat kalınlık artışı ve su alma, yüzey absorpsiyon ile serbest formaldehit değerleri üzerine olumlu yönde etkisi olduğu tespit edilmiştir. En iyi değerlere düşük damlacık boyutuna sahip B tipi ve %1 parafin emülsiyonu kullanılan test örneklerinde ulaşılmıştır. Buna göre 24 saat kalınlık artışında %13, 24 saat su emme değerlerinde %23, yüzey absorpsiyon değerlerinde %27 ve serbest formaldehit değerlerinde ise %11 iyileşme görülmüştür. Bu durumun nedeni olarak ultrasonik homojenizasyon işlemi ile damlacık boyutu küçülen parafin emülsiyonunun su geçirgenliğinin düşürmesi olarak açıklanmıştır. Araştırma sonunda lif levhanın boyutsal kararlılıkları üzerine etkisi olan yeni teknolojik sistemlerin kullanılması tavsiye edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• HDF
• lif levha
• paraffin emülsiyonu
• ultrasonik homojenizasyon
• mekanik ve fiziksel özellikler

Kaynakça

1. Akrami, A., Doosthoseini, K., Faezipour, M., Jahan Latabari, A., (2011). “The effect of paraffin addition and pressing conditions on some properties of medium density fiber board (MDF) with emphasis on surface roughness. Journal of Forest and Wood Products, 64: 343-353.
2. Akbulut, T., (1995). Çeşitli Faktörlerin Yatay Preslenmiş Yongalevhaların Özellikleri Üzerine Etkisi, Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
3. Akbulut, T., Hızıroğlu, S., Ayrılmış, N., (2000). “Surface absorption, surface roughness, and formaldehyde emission of turkish medium density fiberboard.” Forest products journal, 50 (6), 45-48.
4. Ayrilmis, N., (2007). “Effect of panel density on dimensional stability of medium and high density fiberboards.” Journal of Materials Science, 42 (20): 8551-8557. https://doi.org/10.1007/s10853-007-1782-8.
5. 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.
6. Baharoğlu, M., Nemli, G., Sarı, B., Ayrilmis, N., Bardak, S and Emir, Zekoviç., (2014). “Effect of paraffin application technique on the physical and mechanical properties of particleboard.” De Gruyter, DOI 10.1515/secm-2013-0074 Sci Eng Compos Mater, 21(2): 191-195.
7. Candan, Z. (2007). “Bazı Üretim Değişkenlerinin MDF’nin Dikey Yoğunluk Profili ve Teknolojik Özellikleri Üzerine Etkisi.” Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Orman Endüstri Mühendisliği Anabilim Dalı, İstanbul, 400 s.
8. Chau, T., Ma, E., & Cao, J. (2015). Moisture adsorption and hygroexpansion of paraffin wax emulsion-treated southern pine (Pinus spp.). BioResources, 10(2), 2719-2731.

9. Gözalan, M., (2016). Yonga Levhalarda Parafin Kullanım Miktarının Optimizasyonu Üzerine Araştırmalar. Yüksek Lisans Tezi, Bartın Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Orman Endüstri Mühendisliği Anabilim Dalı, Bartın, 117 s.
10. Gündüz, G. ve Masraf, Y. (2005). Üç Tabakalı Yatık Yongalı Yonga Levha Üretiminde Üretim Şartlarının Değiştirilmesinin Levhaların Mekanik ve Fiziksel Özellikleri Üzerine Etkisi. ZKÜ Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 7 (8): 58-69
11. Gunduz, G., Yapici, F., Ozcifci, A and Kalaycioglu, H., (2011). "The Effects of Adhesive Ratio and Pressure Time on Some Properties of Oriented Strand Board", BioResources, 6(2): 2118-2124.
12. Gurgen, A., Ustaömer, D., Yıldız, S., (2019).“Application of artificial neural network to predict the effect of paraffin addition on water absorption and thickness swelling of MDF.” Drvna Industrija 70 (3) 247-255 (2019). https://doi.org/10.5552/drvind.2019.1839
13. Heebink, B. G. (1967). “Wax in particleboards. T. Maloney: Proceedings of the WSU.” Particleboard Symposium. No:1, Pullmann, Wash.
14. Ishii, F. and Nii, T., (2014). “Lipid emulsions and lipid vesicles prepared from various phospholipids as drug carriers.” In Colloid and interface science in pharmaceutical research and development (pp. 469-501).
15. Işık, H., Gönültaş, O., (2022). “Yonga Levha Üretiminde Tutkallama Öncesi ve Sonrası Parafin İlavesinin Levha Özellikleri Üzerine Etkisi.” D.Ü Ormancılık Dergisi Cilt 19, Sayı, s.295-304.
16. Maloney, TM. (1977). “Modern Particleboard and Dry-Process Fiberboard Manufacturing.” Miller Freemen Publications, San Fransisco/California.
17. Maphosa, Y. and Jideani, V.A., (2018). “Factors affecting the stability of emulsions stabilised by biopolymers.” In Science and Technology Behind Nanoemulsions (pp. 65-81).
18. McClements, D.J., (1999). Food Emulsions; Principles, Practice, and Techniques. 2nd Ed, CRC Press.
19. Nazerian, M., Dalirzadeh, A., Farrokhpayam, S. R., (2014). “Use of almond shell powder in modifi cation of the physical and mechanical properties of medium density fiberboard.” BioResources, 10 (1): 169-181.
20. Nemli, G., Demirel, S. ve Zekoviç, E. (2006). “Yonga Rutubeti, Parafin Kullanımı ve Ağaç Cinsinin Yonga Levhanın Bazı Teknolojik Özellikleri Üzerine Etkileri.” Kafkas Üniversitesi, Artvin Orman Fakültesi Dergisi, 7(2): 81-93.
21. Ozcifci, A,. Kara, M.E,. Karakaya, B,. Bicer, E,. (2017). “The Effect of Adhesive and Paraffin on Mechanical and Physical Properties of Oriented Strandboard (OSB).” Journal of Advanced Technology Sciences ISSN: 2147-345.
22. Özlühan, G., Zungur, A., Koç, M., Kaymak Ertekin, F., (2013). “Emülsiyonların Özellikleri ve Emülsifikasyon Kosullarının Aroma ve Yağların Mikroenkapsülasyonu Üzerine Etkisi.” Akademik Gıda, 11(2): 116-124.
23. Özlüsoylu, İ., İstek, A., Can, A., (2018). “The Effect of Silane and Paraffin Addition on Some Surface Properties of Fiber Board.” Journal of Bartin Faculty of Forestry, DOI: 10.24011/barofd.446385, 20 (3): 509-518, 15 Aralık/December.
24. Roffael, E., Schneider, T., Dix, B., Buchholz, T. (2005). “On paraffin sizing of medium density fiberboards (MDF). Part 1: Influence of the chemical composition of paraffin and type of emulsifier on the hydrophobic properties of MDF.” Holz Roh Werkst 63, 192-203.
25. Suzuki, S., Miyamoto, K., (1998). “Effect of manufacturing parameters on the linear expansion and density profi le of particleboard.” J. Wood Sci., 44 (6): 444-450.
26. TS EN 325, (1999). Ahşap esaslı levhalar. Deney numunelerinin boyutlarının tayini, TSE, Ankara
27. TS EN 317, (1999). Yonga levhalar ve lif levhalar. Su içerisine daldırma işleminden sonra kalınlığına şişme tayini, TSE, Ankara.
28. TS EN 319, (1999). Yonga levhalar ve lif levhalar. Levha yüzeyine dik çekme dayanımının tayin, TSE, Ankara.
29. TS EN 311 (2005) Ahşap esaslı levhalar. Yüzey sağlamlığının tayin edilmesi, TSE, Ankara
30. TS EN ISO 12460-5 (2016). Ahşap esaslı levhalar. Formaldehit salınımın belirlenmesi, Bölüm 5: Ekstraksiyon (perforatör yöntemi).
31. URL1http://tr.cnscientz.com/info/scope-of-application-of-ultrasonic-homogenizer(erişim tarihi: 10.02.2025).
32. Xu, X., Yao, F., Wu, Q. ve Zhou, D., (2009). ‘‘The Influence of Wax-Sizing on Dimension Stability and Mechanical Properties of Bagasse Particleborad”, Industrial Crops and Products, 29, 1 80-85.