Faanyagok modifikációja_06

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Faanyagok modifikációja_06"

Károly Kis
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Faanyagok modifikációja_06 Faanyagok módosítása hıkezeléssel kémiai változások a faanyagban a hıkezelés hatására Dr. Németh Róbert, NymE Faipari Mérnöki Kar, Sopron, Faanyagtudományi Intézet, nemethr@fmk.nyme.hu

2 Bevezetés A hıkezeléses eljárások terjedtek el az iparban leginkább Tiemann (1915) 150 C-on 4h-ig gızölt száraz faanyagot. Cél: dimenziósatbilitás és tartósság növelése. Azóta számos kutatást folytattak és nagyszámú ipari szabadalom született. Hımérsékleti határok: 140 C alatt csekély változás 180 C 260 C modern eljárásokban bevált 300 C felett komoly degradáció, tönkremegy a faanyag

3 A famodifikáció módszerei (Militz)

4 Változások Hıközlés hatására a makromolekuláris rendszer kémiai változásokon megy át, ami a faanyag fizikai és bilógiai jellemzıit módosítja, melyek ezek? Dimenzióstabilitás (ASE) Csökkenı higroszkóposság (EMC csökkenése és nedvesíthetıség csökkenése) Mikrobiológiai támadásokkal szembeni ellenálló képesség növekedése Rugalmassági modulusz kezdeti növekedése (alacsonyabb hımérséklető kezeléseknél merevebbé válik az anyag) Hajlítószilárdság és ütı-törı munka csökkenése Csökkenı kopásállóság Repedések gyakorisága nı, göcsök kiesnek Szín sötétedik (világosság (L*) értéke csökken)

5 Eljárások paraméterei Kezelés hımérséklete és idıtartama Kezelı közeg Zárt vagy nyitott-e a rendszer Fafaj Száraz vagy nedves rendszer Faminták mérete Katalizátorok használata

6 Kezelés hımérséklete és idıtartama A hımérséklet és az idı szorosan összetartozó paraméterek Alacsonyabb hımérsékletekhez általában hosszabb idık tartoznak, DE! Az aktivációs energia szintjének (egy bizonyos hımérséklet) elérése nélkül akár végtelen ideig is várhatunk a modifikálásra. Magasabb hımérsékletek és hosszabb kezelési idık általában sötétebb színt, magasabb gombaállóságot, de csökkenı szilárdságokat jelentenek

7 Kezelés hımérséklete és idıtartama

8 Kezelı közeg Levegı Vákuum Inert atmoszféra (pl. nitrogén) Fémolvadék Forró olajok (pl. növényi használt olajok a fritızbıl )

9 Zárt vagy nyitott-e a rendszer Zárt reaktorban (autokláv) a degradációs termékek befolyásolhatják a modifikálás folyamatát, a nyomást is növelik a reaktorban. Pl. a hemicellulóz acetil csoportjainak lehasadásával savak keletkeznek, melyek gyorsítják a sejtfal degradációját. Nyitott rendszerben a savak elvezethetık. Vannak olyan zárt rendszerek, ahol a keletkezett gázokat, gızöket kivonják, és a tisztított kezelı közeget vezetik vissza a reaktorba

10 Fafaj Egyes fafajok között is vannak különbségek A lombosok és a fenyık kifejezett eltérıen reagálnak a hıkezelésre. (Eltérı menetrendek) Lombosoknál általában intenzívebb tömegvesztés (degradáció, ill. átalakulás).

11 Száraz vagy nedves rendszer A víz, vagy a vízgız jelenléte befolyásolja a termikus modifikáció kémiáját, és a hıáramlást a faanyagban. Száraz eljárásoknál a faanyagot kiszárítják a tulajdonképpeni hıkezelés elıtt (többnyire magában a hıkezelı kamrában). Nedves faanyag zárt rendszerő kezelésénél a víz nagynyomású gızé alakul a reaktorban és mint inert védıréteg gátolja az oxidatív degradációt (higrotermikus hezelés). Hidrotermikus kezelés = fızés, biomassza és cukor elıállításához

12 Faminták mérete A faanyag természetes heterogenitása a kezelés eredményének heterogenitását hozhatja magával. Fontos a faanyagban az egyenletes hımérséklet eloszlás biztosítása, ami a hıvezetéssel függ össze. A száraz fa hıvezetı képessége alacsony, ezért a középrétegek átmelegítése érdekében gyakran gızfőtést is alkalmaznak. Ez különösen nagy keresztmetszető anyagoknál érvényes

13 Katalizátorok használata Jelenleg kísérleti stádiumban vannak az eljárások Savas katalizátorokkal gyorsítják a sejtfal anyaginak átalakulását Növekvı mennyiségő furfurol és furán származékok

14 Hemicellulózok bomlása

15 Cellulóz bomlása

16 Faanyag bomlása inert atmoszférában Thermogravimetric Analysis Diff. Thermal Analysis

17 Tömegcsökkenés az idı függvényében

18 Kémiai változások a hıkezelés hatására Hemicellulózok 120 C ecetsav 180 C 230 C arabinóz galaktóz xilóz mannóz Egyensúlyi fanedvesség Dimenzióstabilitás Biológiai tartósság Cellulóz amorf kristályos 230 C Kristályos jelleg növekedése Kristályok számának növekedése szilárdság szívósság Lignin Extraktanyagok 120 C, 230 C Szerkezeti változások Szabad gyökök 120 C, 180 C növekedés csökkenés 230 C Idıjárás sállóság Festhetıség Ragaszthatóság Változások a sejtfal szerkezetében Hatás

19 Köszönöm a figyelmet!

Hasonló dokumentumok

Faanyagok modifikációja_08

Faanyagok modifikációja_08 Faanyagok módosítása hıkezeléssel higroszkóposság, tartósság és szín változása Dr. Németh Róbert, NymE Faipari Mérnöki Kar, Sopron, Faanyagtudományi Intézet, 2009. nemethr@fmk.nyme.hu