Faanyagok modifikációja_04

Átírás

1 Faanyagok modifikációja_04 Egyéb vegyületek hatásai (reakciók + technológiák + termékek) Dr. Németh Róbert, NymE Faipari Mérnöki Kar, Sopron, Faanyagtudományi Intézet, nemethr@fmk.nyme.hu

2 Bevezetés Az ecetsav anhidrid a sejtfal polimerjeinek OH-csoportjaival lép reakcióba Fa + ecetsav anhidrid = acetilezett fa + ecetsav

3 Reakciót befolyásoló tényezık Savas anhidrid és fa reakciója egy igen összetett jelenség, aminek reprodukálhatóságát számos tényezı befolyásolja Használják tömörfa és farost, forgács modifikálására is

4 Reakciót befolyásoló tényezık Melyek ezek? Faanyag és annak elıkezelése (pl. extraktanyagok jelenléte, faanyag mérete, fafaj, sőrőség és faanyag nedvességtartalma) Reakció közege (pl. tiszta anhidrid vagy oldat, katalizátorok használata, dagadást okozó ágens használata, gızfázisú vagy folyadékfázisú reakció, ecetsav jelenléte) Reakció paraméterei (pl. méretek, reakció hımérséklete, reakció ideje, faminta elızetes impregnálása, reakció lassítása) Utókezelés módja (oldószer kivonása, vákuumos melegítés, vízbe merítés, kigızölés, vagy kioldás)

5 Reakciót befolyásoló tényezık Extraktanyagok A tömegnövekedés (WPG) értékét befolyásolhatják (látszólag kisebb felvétel a kioldódás miatt) Faminta mérete Kritikus kérdés a reagens egyenletes eloszlatása a teljes keresztmetszetben. Hozzáférhetıség biztosítása sejtfalak pórusait megnyitó anyagokkal (pl. piridinek). Nehezen áteresztı (impermeabilis) faanyagoknál pl. akác, fenyık probléma lehet az egyenetlen modifikálás (pl. csak a külsı kéreg kap kezelést).

6 Reakciót befolyásoló tényezık Faanyag nedvességtartalma Nedves faanyag dagadt sejtfala = nyitott mikropórusok = könnyő hozzáférhetıség, de reagens veszteség is a sejtfal víztartalmának reakciója miatt (karboxil sav), emiatt a szabad víz jelenléte kerülendı Fafaj (farész) hatása Lényeg a megfelelı hozzáférés. Szijács általában jobban telítıdik, nagyobb WPG (tömegnövekedés), mint a geszt. Bükk, eukaliptusz, nyár, erdeifenyı, duglászfenyı, lucfenyı: jelentıs különbségek a WPG-ben (reakciókészség). Fenyık általában jobban reagálnak.

7 Reakciót befolyásoló tényezık Katalizátorok használata Savak használata nem javasolt, mert degradálják a sejtfal polimerjeit Megoldás: Piridin = - oldószer - sejtfalat fellazítja, vagyis a mikropórusok hozzáfárhetıvé válnak - reakció katalizátora Ecetsav anhidrid és fa reakciója (WPG) a piridin koncentrációjának függvényében (T=100 C, t=30min)

8 Reakciót befolyásoló tényezık Ecetsav és reakcióképesség hatása Ecetsav lazítja a sejtfalat, így növeli a reakciókészséget, de hígítja az aktív anhidrid reagenst. Magas hımérsékleteken degradációt okoz a sejtfalban. Fontos tehát a folyamat során az ecetsav tartalom figyelése, kontrollálása. Ecetsav visszanyerése a folyamat gazdaságosságának is kulcsa.

9 Reakciót befolyásoló tényezık Reakció gızfázisban Legtöbb eljárás folyadékfázisban történik, de vannak gızfázisos reakciók is (eljárások). A hımérséklet emelésével és az ecetsav anhidrid konc. növelésével gyorsult a reakció. Diffúzió szerepe (anatómiai irányok jelentısége) Ecetsav koncentrációjának hatása a a reakciókészségre (T=120 C, t=5h)

10 Reakciót befolyásoló tényezık Reakció paraméterei Magasabb hımérséklet = gyorsabb reakció. A határ 120 C, mert efölött a sejtfal hıbomlása jelentıs. Ha a faanyag oldószerrel elıre impregnált, akkor a reagens diffúzió útján éri el az OHcsoportokat. Acetilezés reakciókinetikája: Tömegnövekedés az idı függvényében

11 Reakciót befolyásoló tényezık Utókezelés módja Ecetsav melléktermék eltávolítása: költséges, pl. anilinnel való reagáltatás. Olcsóbb: vákuumos hıkezelés, gızöléses utókezelés

12 Sejtfal reakciókészsége Sejtfal hozzáférhetısége Ecetsav anhidrid mérete: 0,7 nm Mikropórusok mérete: 2-4 nm, de csak nedves sejtfalban, száraz fában már bezáródnak = nedves fát lehet kezelni.

13 Sejtfal reakciókészsége Sejtfal polimerjeinek reakciókészsége Lignin > Hemicellulóz > Cellulóz Lignin eltávolításának hatása az ecetsav anhidriddel való reakciókészségre

14 Acetilezett faanyag tulajdonságainak vizsgálata Sikerült az acetilezés? Tömegnövekedés (WPG) mérése (mérlegelés), de nagyobb faanyagoknál nem pontos HPLC (High Pressure Liquid Chromatography) és egyéb eljárások (FTIR, stb. drágák és körülményesek, ipar számára mi lehet a jó megoldás? Egyelıre marad a WPG Lignin eltávolításának hatása az ecetsav anhidriddel való reakciókészségre

15 Sikerült az acetilezés? Hogyan ellenırizzük Tömegnövekedés (WPG) mérése (mérlegelés), de nagyobb faanyagoknál nem pontos HPLC (High Pressure Liquid Chromatography) és egyéb eljárások (FTIR, stb. drágák és körülményesek, ipar számára mi lehet a jó megoldás? Egyelıre marad a WPG Lignin eltávolításának hatása az ecetsav anhidriddel való reakciókészségre

16 Méretstabilitás Sejtfal feltöltése Reakció a sejtfal polimerjeivel Sejtfalk degradációja Lignin eltávolításának hatása az ecetsav anhidriddel való reakciókészségre

17 A famodifikáció módszerei (Militz)

18 A méretstabilitás változása a tömegnövekedés függvényében Méretstabilitás

19 Mechanikai tulajdonságok EMC csökkenése növekedést okoz DE!! H-hidas hálózat stabilitását csökkenti Sejtfal degardálódik: hımérséklet és ecetsav jelenléte miatt Két ellentétes hatás szinte kiegyenlíti egymást

20 Gombaállóság EMC csökkenése növekedést okoz DE!! H-hidas hálózat stabilitását csökkenti Sejtfal degardálódik: hımérséklet és ecetsav jelenléte miatt Két ellentétes hatás szinte kiegyenlíti egymást

21

22

23 Gombaállóság Kékfestı gombáknak, penészeknek Kültérben nem áll ellen!!! felületkezelni ajánlott

24 Gombaállóság Gombabontás mértéke a WPG függvényében, talajban

25 Az acetilezett faanyag tulajdonságai a normál faanyaghoz képest (Accoya)

26 Az acetilezett faanyag tulajdonságai a normál faanyaghoz képest (Accoya) Tartósság Dimenzióstabilitás Fafajok Húr zsug. Sug. Zsug.Térf. Zsug. ASE A acetilezett fa, B Teak, C- S.V. Meranti, D Erdei fenyı, E Déli sárgafenyı, F - radiátafenyı

27 Felhasználási területek

28 Felhasználási területek

29 Sneek-i autópályahíd, Hollandia, (Frysland/Gemeente Sneek, NL )

30 Sneek-i autópályahíd, Hollandia, 2008 Hogyan készült: (Frysland/Gemeente Sneek, NL ) Acetilezett erdei fenyı faanyag újzélandi ültetvényrıl Accoya (gyártó Titanwood) Íves Rétegelt-Ragasztott szerkezet, acél útpályával 32 m-es fesztáv, 12 m magas 1080x1400mm-es keresztmetszetek 690 m 3 faanyag 60 t teherbírású kétsávos híd (+kerékpársáv) 2 db 240 t tömegő fahéjazat 3,2 M EUR

31 Az építés fázisai

32

33

34

35 Accoya Dempsey Dyer épület asztalosipari vállalat a fenyıt lecseréli

36 Accoya ajtó, ablak, homlokzat burkolás, Tweedbank, Melrose (UK)

37 Accoya nagymérető ablakkeretek, felületkezelés tartós, sötétvörös merantiét meghaladó élettartam? Hága

38 Accoya, Woodland Enterprise Centre kiállítási csarnokai, Flimwell, Kelet-Sussex (UK)

39 Accoya 10 éve a vízben/talajban, nincs észrevehetı károsodás

40 Accoya medencék körül

41 Accoya fehérre mázolt, fürdıszobaszekrény

42 Hasznos linkek

43 Köszönöm a figyelmet!