The effect of thermo-mechanical densification on some surface properties and morphological structure of wood materials impregnated with hydrophobic substances

YÖK Tez No: 689229Bu çalışmada; hidrofobik (su itici) maddeler ile emprenye edilmiş ağaç malzemelerin bazı yüzey özellikleri ve morfolojik yapısı üzerine termo-mekanik yoğunlaştırmanın etkisi araştırılmıştır. Uludağ göknarı (Abies bornmülleriana Mattf.) ve titrek kavak (Populus tremula L.) odunlarından hazırlanan örnekler ön vakum işleminden sonra parafin, bezir yağı ve stiren ile emprenye edilmiştir. Emprenyeli örnekler daha sonra termo-mekanik yöntem ile üç farklı sıcaklık (120 °C, 150 °C ve 180 °C) ve iki farklı sıkıştırma oranında (%20 ve %40) yoğunlaştırılmıştır. Ahşap örneklerde, yüzey özelliklerini belirlemek için pürüzlülük (TS 6212 EN ISO 4288), parlaklık (TS EN ISO 2813), renk değişimi (ASTM D 2244) ve ıslanabilirlik (temas açısı) testleri yapılmıştır. Ayrıca ahşap örneklerin morfolojik yapısındaki değişimleri tespit etmek için Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) analizleri gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonuçlarına göre, yoğunlaştırılmış ahşap örneklerin morfolojik yapısını ve test edilmiş yüzey özelliklerini emprenye işlemleri önemli derecede etkilemiştir. Özellikle stiren ve parafin ile emprenye edilmiş ahşap örneklerde daha başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Yoğunlaştırma sıcaklığı ve sıkıştırma oranındaki artışa bağlı olarak emprenye edilmiş göknar ve kavak örneklerde pürüzlülük değerleri sırası ile %63 ve %72 oranına kadar azalırken, temas açısı değerleri sırası ile %68 ve %71 oranına kadar artmıştır. Böylece daha düzgün ve ıslanabilirliği düşük hidrofobik yüzeyler elde edilmiştir. Ayrıca, sıkıştırma oranındaki artışa bağlı olarak tüm deney örneklerinde (özellikle parafin ile emprenye edilmiş) parlaklık değerleri artmıştır. Toplam renk değişimi (?E*) açısından, yüksek sıcaklıkta (180 °C) ve yüksek sıkıştırma oranında (%40) yoğunlaştırılmış özellikle bezir yağı ile emprenye edilmiş örneklerde daha yüksek değerler belirlenmiştir. SEM analizlerinde, yoğunlaştırma aşamasında emprenyesiz örneklerde meydana gelen önemli hücre deformasyonlarının (çatlama, kırılma, kopma vb.), hidrofobik maddeler ile emprenye yapılmış deney örneklerinde oluşmadığı ve hücrelerin daha çok elastik burkulma veya bükülme şeklinde bir deformasyona uğradığı görülmüştür.In this study; the effect of thermo-mechanical densification on some surface properties and morphological structure of wood materials impregnated with hydrophobic (water-repellent) substances was investigated. Samples prepared from Uludağ fir (Abies bornmülleriana Mattf.) and aspen (Populus tremula L.) woods were impregnated with paraffin, linseed oil and styrene after pre-vacuum treatment. Then, the impregnated samples were densified by thermo-mechanical method at three different temperatures (120 °C, 150 °C and 180 °C) and two different compression ratios (20% and 40%). Roughness (TS 6212 EN ISO 4288), gloss (TS EN ISO 2813), color changes (ASTM D 2244) and wettability (contact angle) tests were performed on wood samples to determine surface properties. In addition, scanning electron microscopy (SEM) analyzes were performed to determine the changes in the morphological structure of the wood samples. According to the study results, impregnation processes significantly affected the morphological structure and tested surface properties of the densified wood samples. Especially, more successful results were obtained in wood samples impregnated with styrene and paraffin. Depending on the increase in the densification temperature and compression ratio, the roughness values of the impregnated fir and poplar samples decreased up to 63% and 72%, respectively, while the contact angle values increased up to 68% and 71%, respectively. Thus, more smooth and hydrophobic surfaces with low wettability were obtained. In addition, gloss values increased in all test samples (especially paraffin treated) depending on the increase in compression ratio. In terms of total color change (?E*), higher values were determined, especially in linseed oil treated samples, which were densified at high temperature (180 °C) and high compression ratio (40%). In the SEM analyzes, it was observed that the significant cell deformations (cracking, breaking, rupture, etc.) that occurred in the un-impregnated samples during the densification phase did not occur in the test samples impregnated with hydrophobic substances, and the cells were mostly deformed in the form of elastic buckling or bending

Roughness, Wettability, and Morphological Properties of Impregnated and Densified Wood Materials

The effects of pre-impregnation on surface roughness, wettability, and morphological structure of densified aspen and fir wood were investigated. Wood specimens were impregnated with paraffin, linseed oil, and styrene after pre-vacuum treatment. The impregnated specimens were densified using compression ratios of 20% and 40% at 120 °C, 150 °C, and 180 °C. The roughness decreased and the contact angle increased in all impregnated specimens (undensified and densified). Compared to paraffin and linseed oil-impregnated specimens, lower roughness and higher contact angle were found in styrene-impregnated specimens. After densification, the roughness and wettability of the wood specimens decreased. More successful results (lower roughness and higher contact angle) were generally obtained in specimens densified with high compression ratio (40%). In both untreated and impregnated specimens, the contact angle increased with increasing compression temperature. While the effect of compression temperature on the roughness of the fir specimens was not significant, the roughness of the aspen specimens (especially styrene-impregnated) decreased with the increase in temperature. Scanning electron microscopy observations indicated that impregnation agents (especially styrene) clung to wood cell walls and partially or completely filled the lumens. This was positively correlated with the determined roughness and wettability. Pre-impregnation facilitated wood densification without significant cell deformations