Faanyagok modifikációja_04 Egyéb vegyületek hatásai (reakciók + technológiák + termékek) Dr. Németh Róbert, NymE Faipari Mérnöki Kar, Sopron, Faanyagtudományi Intézet, 2009. nemethr@fmk.nyme.hu
Bevezetés Az ecetsav anhidrid a sejtfal polimerjeinek OH-csoportjaival lép reakcióba Fa + ecetsav anhidrid = acetilezett fa + ecetsav
Reakciót befolyásoló tényezık Savas anhidrid és fa reakciója egy igen összetett jelenség, aminek reprodukálhatóságát számos tényezı befolyásolja Használják tömörfa és farost, forgács modifikálására is
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)
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).
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.
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)
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.
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)
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
Reakciót befolyásoló tényezık Utókezelés módja Ecetsav melléktermék eltávolítása: költséges, pl. anilinnel való reagáltatás. Olcsóbb: vákuumos hıkezelés, gızöléses utókezelés
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.
Sejtfal reakciókészsége Sejtfal polimerjeinek reakciókészsége Lignin > Hemicellulóz > Cellulóz Lignin eltávolításának hatása az ecetsav anhidriddel való reakciókészségre
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
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
Méretstabilitás Sejtfal feltöltése Reakció a sejtfal polimerjeivel Sejtfalk degradációja Lignin eltávolításának hatása az ecetsav anhidriddel való reakciókészségre
A famodifikáció módszerei (Militz)
A méretstabilitás változása a tömegnövekedés függvényében Méretstabilitás
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
Gombaállóság EMC csökkenése növekedést okoz DE!! H-hidas hálózat stabilitását csökkenti Sejtfal degardálódik: hımérséklet és ecetsav jelenléte miatt Két ellentétes hatás szinte kiegyenlíti egymást
Gombaállóság Kékfestı gombáknak, penészeknek Kültérben nem áll ellen!!! felületkezelni ajánlott
Gombaállóság Gombabontás mértéke a WPG függvényében, talajban
Az acetilezett faanyag tulajdonságai a normál faanyaghoz képest (Accoya)
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
Felhasználási területek
Felhasználási területek
Sneek-i autópályahíd, Hollandia, 2008 http://www.schaffitzel.de/de-grossprojekt_sneek (Frysland/Gemeente Sneek, NL )
Sneek-i autópályahíd, Hollandia, 2008 Hogyan készült: http://www.schaffitzel.de/de-grossprojekt_sneek (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
Az építés fázisai
Accoya Dempsey Dyer épület asztalosipari vállalat a fenyıt lecseréli
Accoya ajtó, ablak, homlokzat burkolás, Tweedbank, Melrose (UK)
Accoya nagymérető ablakkeretek, felületkezelés tartós, sötétvörös merantiét meghaladó élettartam? Hága
Accoya, Woodland Enterprise Centre kiállítási csarnokai, Flimwell, Kelet-Sussex (UK)
Accoya 10 éve a vízben/talajban, nincs észrevehetı károsodás
Accoya medencék körül
Accoya fehérre mázolt, fürdıszobaszekrény
Hasznos linkek http://www.titanwood.com/ http://www.schaffitzel.de/de-grossprojekt_sneek
Köszönöm a figyelmet!