Βελτίωση των ιδιοτήτων του ξύλου με ανακυκλώμενο πολυστυρένιο

Abstract

Reclaimed polystyrene ("Styrofoam") in combination with alkyd resin, paraffin wax and gum rosin were used in the form of solutions in organic solvent to improve water repellency and mechanical properties of wood. Polystyrene was used in concentrations of 5, 10, 15 and 20%, alkyd resin in a concentration of 5%, gum rosin was also used in a concentration of 5% and paraffin wax in a concentration of 0.5%. The impregnation of filter paper samples with the solutions showed that increasing the concentration of solid components of water repellent (W.R.) solutions resulted in an increase in the retention of the impregnated filter paper and increases the "grammage". Increasing "grammage" had the effect of reducing the absorption of water and increases the bursting strength, the bending resistance, the ring crush resistance and the compression strength. Having added the paraffin wax, rosin and alkyd resin in polystyrene solutions it was found that paraffin wax was more hydrophobic compared to polystyrene, alkyd resin, gum rosin, and gum rosin more hydrophobic than polystyrene and alkyd resin. The impregnation of the filter paper with solutions that contain alkyd resin and gum rosin improves all the mechanical properties were studied in comparison with the solutions containing paraffin wax. In order to study the influence of the weathering factors in W.R. solutions, wood specimens of pine and beech, with dimensions 2 cm radial x 2 cm tangential x 2 cm longitudinal, were used. After their impregnation they were exposed outdoors on cross section during the period November 2011-August 2012. In experimental water repellent (E.W.R.) solutions the concentrations of polystyrene were 10% and 20%, of alkyd resin and of gum rosin were 1.25 % and 2.5% and the concentration of paraffin wax was 0.5% (Treatments A, B, C, D). Also commercial water repellent (C.W.R.) solutions were used (Treatments G, H). Based on combination of the solutions and the way specimens were impregnated, the resulting sample treatments were 13 (A, B, C,….., M) as well as one untreated control (O). The study showed that the increase of the concentration of the solid ingredients of solutions resulted in an increase in the retention of the impregnated pine and beech specimens. The retention was found higher in pine compared with beech and in treatments with the commercial water repellents. The comparison based on the maximum tangential swelling (specimens were immersed in water for 180 min) showed that: In all treatments that were studied (W.R. solution of different combinations) higher concentrations (and retentions) are associated with lower values of tangential swelling for both wood species before and after the outdoor exposure. Also in all cases (W.R. solutions, wood species) the tangential swelling, after the exposure in weather conditions, increased. The treatments with the E.W.R. solutions were found less effective compared with the C.W.R. solutions, but in some cases E.W.R. solutions were better than the treatments with C.W.R solutions. Based on the appearance of radial checks observed in transverse surfaces of wood samples exposed in weather conditions, the best treatments (best wood protection, check avoidance) were found to be those with C.W.R. substances (H, I) and those with C.W.R. substances and E.W.R. solutions (L, M) in pine and in beech the best treatments were those with C.W.R. substances and E.W.R. solutions (L, M). Based on the theoretical times required for wood samples to attain half (1/2) and quarter (1/4) maximum swelling, was found that most effective treatments (more time required), for both wood species, were the treatments H, I (commercial solutions) and J, K, L, M treatments (experimental and commercial solutions). The evaluation of alterations of tangential surfaces of wood samples (with dimensions 0.6 cm radial x 2 cm tangential x 6 cm longitudinal), that were impregnated with W.R. solutions (Treatments A, B, C,……, M) and were exposed in weather conditions, showed that in all cases tangential surface checks were observed in an axial direction parallel to the length of the samples. Of all the treatments studied, the smallest effect of the weather conditions was observed in treatment I with C.W.R. solutions (G: water repellent and H: varnish). At last in poplar specimens impregnated with polystyrene solutions (concentration 20%) a relatively low improvement of specimen compression resistance and shear strength (SRplane radial) were observed (9.7% and 2.32% respectively) but with much higher improvement in hardness (28.72%) and in screw with drawl (38.22%).

Ανακυκλωμένο πολυστυρένιο ("φελιζόλ") σε συνδυασμό με αλκυδική ρητίνη, παραφίνη και κολοφώνιο χρησιμοποιήθηκε σε μορφή διαλυμάτων σε οργανικό διαλύτη για να βελτιώσει τις υδατοαπωθητικές και μηχανικές ιδιότητες του ξύλου. Το πολυστυρένιο χρησιμοποιήθηκε σε συγκεντρώσεις 5, 10, 15 και 20% , η αλκυδική ρητίνη σε συγκέντρωση 5%, το κολοφώνιο επίσης σε συγκέντρωση 5% και η παραφίνη σε συγκέντρωση 0,5%. Ο εμποτισμός δειγμάτων διηθητικού χαρτιού με τα διαλύματα έδειξε ότι αύξηση της συγκέντρωσης των στερεών συστατικών των εμποτιστικών διαλυμάτων είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση της συγκράτησης τους από το εμποτισμένο διηθητικό χαρτί και την αύξηση της "ειδικής πυκνότητας"("grammage"). Η αύξηση της "ειδικής πυκνότητας" είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση της προσρόφησης του νερού και την αύξηση της αντοχής σε "διάρρηξη" (bursting strength), κάμψη (resistance to bending), πλευρική (ring crush resistance) και αξονική θλίψη (compression strength). Από την προσθήκη της παραφίνης, κολοφωνίου και αλκυδικής ρητίνης στα διαλύματα πολυστυρενίου βρέθηκε ότι η παραφίνη ήταν περισσότερο υδρόφοβη σε σύγκριση με το πολυστυρένιο, την αλκυδική ρητίνη και το κολοφώνιο, και το κολοφώνιο περισσότερο υδρόφοβο σε σύγκριση με το πολυστυρένιο και την αλκυδική ρητίνη. Ο εμποτισμός του διηθητικού χαρτιού με τα διαλύματα που περιείχαν αλκυδική ρητίνη και κολοφώνιο βελτίωσε όλες τις μηχανικές ιδιότητες που μελετήθηκαν σε σύγκριση με τα διαλύματα που περιείχαν παραφίνη. Για την μελέτη της επίδρασης των κλιματικών παραγόντων στις υδρόφοβες προστατευτικές ουσίες χρησιμοποιήθηκαν δείγματα ξύλου πεύκης και οξιάς διαστάσεων 2x2x0,6 cm (ακτ. x εφ. x αξ.) τα οποία μετά τον εμποτισμό τους εκτέθηκαν με την εγκάρσια επιφάνειά τους σε συνθήκες περιβάλλοντος κατά το διάστημα Νεόμβριος 2011-Αύγουστος 2012. Στα πειραματικά διαλύματα που χρησιμοποιήθηκαν οι συγκεντρώσεις του πολυστυρενίου ήταν 10% και 20%, της αλκυδικής ρητίνης 1,25% και 2,5%, του κολοφωνίου 1,25% και 2,5% και της παραφίνης 0,5% (Χειρισμοί A, B, C, D). Επίσης χρησιμοποιήθηκαν και δύο υδρόφοβες προστατευτικές ουσίες του εμπορίου (χειρισμοί G, H). Με βάση τις εμποτιστικές και τον τρόπο εμποτισμού των δειγμάτων προέκυψαν 13 χειρισμοί (A, B, C,….., M) και ένας χειρισμός (Ο, ανεμπότιστα δείγματα ξύλου, "μάρτυρας"). Η μελέτη έδειξε ότι αύξηση της συγκέντρωσης των στερεών συστατικών των εμποτιστικών διαλυμάτων είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση της συγκράτησης από τα εμποτισμένα δείγματα ξύλου πεύκης και οξιάς. Η συγκράτηση βρέθηκε μεγαλύτερη στην πεύκη σε σύγκριση με την οξιά και στους χειρισμούς με τα προϊόντα εμπορίου. Η σύγκριση με βάση την μέγιστη εφαπτομενική διόγκωση (βυθισμένα στο νερό δείγματα επί 180 min) έδειξε ότι: Σε όλους τους χειρισμούς που μελετήθηκαν (εμποτιστικά διαλύματα διαφορετικών συνθέσεων) βρέθηκε ότι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις (και συγκρατήσεις) συνδέονται με μικρότερες τιμές εφαπτομενικής διόγκωσης και για τα δύο είδη ξύλου πριν και μετά την έκθεσή τους στο περιβάλλον. Επίσης παρατηρήθηκε σε όλες τις περιπτώσεις (εμποτιστικά διαλύματα, είδη ξύλου) αύξηση της εφαπτομενικής διόγκωσης μετά την έκθεση των δειγμάτων σε συνθήκες περιβάλλοντος. Οι χειρισμοί μόνο με τα πειραματικά διαλύματα βρέθηκαν λιγότερο αποτελεσματικοί σε σύγκριση με του εμπορίου, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις βρέθηκε να υπερτερούν συγκριτικά με τους χειρισμούς με W.R. εμπορίου. Με βάση την εμφάνιση των ακτινικών ραγαδώσεων που παρατηρήθηκαν στις εγκάρσιες επιφάνειες των εκτεθειμένων σε συνθήκες περιβάλλοντος δειγμάτων ξύλου, προκύπτει ότι οι καλύτεροι χειρισμοί από την άποψη προστασίας του ξύλου και αποφυγής ραγαδώσεων βρέθηκαν, στην πεύκη οι χειρισμοί με προστατευτικές ουσίες εμπορίου (H, I) και οι χειρισμοί με πειραματικές συνθέσεις και προϊόντα εμπορίου (L, M), και στην οξιά οι χειρισμοί με πειραματικές συνθέσεις και προϊόντα εμπορίου (L, M). Με βάση τους θεωρητικούς χρόνους που απαιτούνται για να διογκωθούν τα δείγματα κατά το ½ και ¼ της μέγιστης διόγκωσης βρέθηκε και για τα δύο είδη ξύλου ότι περισσότερο αποτελεσματικοί (απαιτούνται μεγαλύτεροι χρόνοι) ήταν οι χειρισμοί Η, Ι (προϊόντα εμπορίου) και οι χειρισμοί J, K, L, M (πειραματικά διαλύματα και προϊόντα εμπορίου).Η αξιολόγηση των αλλοιώσεων των εφαπτομενικών επιφανειών των δειγμάτων ξύλου πεύκης και οξιάς διαστάσεων 0,6x2x6 cm (ακτ. x εφ. x αξ.) που εμποτίστηκαν με τα προστατευτικά διαλύματα (Χειρισμοί A, B, C,….., M) και εκτέθηκαν σε συνθήκες περιβάλλοντος έδειξε ότι σε όλες τις περιπτώσεις των χειρισμών παρατηρήθηκαν ραγαδώσεις στις εφαπτομενικές επιφάνειες με αξονική κατεύθυνση παράλληλη με το μήκος των δειγμάτων. Από όλους τους χειρισμούς που μελετήθηκαν η μικρότερη επίδραση από τις συνθήκες του περιβάλλοντος παρατηρήθηκε στον χειρισμό Ι με προϊόντα εμπορίου (G υδρόφοβο προστατευτικό και Η βερνίκι). Σε εμποτισμένα δείγματα ξύλου λεύκης με διάλυμα πολυστυρενίου 20% βρέθηκε μικρή σχετικά βελτίωση της αντοχής τους σε θλίψη και διάτμηση (9,7% και 2,32% αντίστοιχα) αλλά πολύ μεγαλύτερη στην σκληρότητα (28,72%) και στην εξήλωση (38,22%).