Swelling of lignocellulosic materials in water and organic liquids

Abstract

THE RATE AND MAXIMUM SWELLING OF SEVERAL NORTH AMERICAN WOOD SPECIES, AS WELL AS CELLULOSE, IN WATER AND FORTY (40) ORGANIC LIQUIDS WERE INVESTIGATED IN THIS WORK USING A COMPUTER INTEFACED LINEAR VARIABLE TRANSFORMER (LVDT). THE STRICT LINEAR DEPENDENCE OF WOOD SWELLING ON THE TEMPERATURE CLEARLY SUGGESTS A CHEMICAL MECHANISM. ACTIVATION ENERGIES OF WOOD SWELLING ACCURATELY MEASURED WITH THIS TECHNIQUE, OBTAINED WITH ARRHENIUS PLOTS, RANGED BETWEEN 32.2 TO 47.6 KJ/M. IT IS PROVED THAT CELLULOSE IS THE PRIMARY POLYMER RESPONSIBLE FOR THE MAJOR AMOUNT OF SWELLING OF WOOD. THE LOGARITHM OF THE SWELLING RATE OF WOOD IN LIQUIDS WAS INVERSELY CORRELATED WITH SOLVENT MOCECULAR SIZE, WHILE IMPORTANT PARAMETERS IN THE SWELLING PROCESS AFFECTING ARE: SOLVENT BASICITY, MOLAR VOLUME AND HYDROGEN-BONDING CAPABILITY. WOOD WETTING STUDIES WERE ALSO CARRIED OUT IN THIS WORK PROVING THAT THE TOTAL SURFACE FREE ENERGY OF WOOD RANGES BETWEEN 48.0 TO 61.0 DYNES/CM, AND ALSO THAT NO CORRELATIONS EXIST BETWEEN WOOD SPECIFIC WETTABILITY AND MAXIMUM TANGENTIAL SWELLING OF WOOD. IN ADDITION, CORRELATIONS BETWEEN CELLULOSE COMPRESSED FIBER WEBS (PELLETS) AND WOOD SWELLING IN VARIOUS ORGANIC LIQUIDS WERE PROVED QUITE GOOD. IN OVERALL, THIS LVDT APPARATUS MADE POSSIBLE, FOR THE FIRST TIME, TO OBTAIN ACCURATE RATE DATA ON THE SWELLING OF WOOD IN WATER AND ORGANIC LIQUIDS; THIS STRICT LINEAR DEPENDENCE PROVED THAT WOOD SWELLING FOLLOWS A CHEMICAL MECHANISM.

Ο ΡΥΘΜΟΣ ΚΑΙ Η ΜΕΓΙΣΤΗ ΔΙΟΓΚΩΣΗ ΟΡΙΣΜΕΝΩΝ ΕΙΔΩΝ ΞΥΛΟΥ, ΤΗΣ ΒΟΡ. ΑΜΕΡΙΚΗΣ, ΟΠΩΣ ΚΑΙ ΑΠΟΜΟΝΩΜΕΝΗΣ ΚΥΤΤΑΡΙΝΗΣ, ΣΕ ΝΕΡΟ ΚΑΙ ΣΑΡΑΝΤΑ ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΙΑ ΜΕΛΕΤΗΘΗΚΑΝ ΕΠΙΣΤΑΜΕΝΑ ΣΕ ΑΥΤΗ ΤΗ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΕΝΟΣ ΝΕΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Η/Υ ΤΥΠΟΥ LVDT. ΑΠΟΔΕΙΧΤΗΚΕ ΟΤΙ Ο ΡΥΘΜΟΣ ΔΙΟΓΚΩΣΗΣ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ ΑΚΟΛΟΥΘΕΙ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗ ΣΧΕΣΗ (ΠΡΩΤΟΥ ΒΑΘΜΟΥ) ΣΕ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ ΜΕ ΤΗΝ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΔΕΙΚΝΥΟΝΤΑΣ ΕΝΑΝ ΠΙΘΑΝΟ ΧΗΜΙΚΟ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟ. ΟΙ ΣΧΕΤΙΚΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΕΣ (ACTIVATION ENERGIES) ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΟΓΚΩΣΗ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ ΜΕΤΡΗΘΗΚΑΝ ΜΕ ΑΚΡΙΒΕΙΑ, ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΗΣ ΕΞΙΣΩΣΗΣ ΤΟΥ ARRHENIUS, ΚΑΙ ΚΥΜΑΝΘΗΚΑΝ ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΤΙΜΩΝ 32.2 ΚΑΙ 47.6 KJ/M. ΣΤΗΝ ΕΡΓΑΣΙΑ ΑΥΤΗ ΑΠΟΔΕΙΧΤΗΚΕ ΟΤΙ Η ΚΥΤΤΑΡΙΝΗ ΕΙΝΑΙ ΤΟ ΚΥΡΙΑ ΥΠΕΥΘΥΝΟ ΠΟΛΥΜΕΡΕΣ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ ΓΙΑ ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΤΗΣ ΔΙΟΓΚΩΣΗΣ, ΣΕ ΕΠΙΒΕΒΑΙΩΣΗ ΘΕΩΡΙΩΝ ΠΟΥ ΕΙΧΑΝ ΕΙΣΑΧΘΕΙ ΤΗ ΔΕΚΑΕΤΙΑ ΤΟΥ ’40. ΟΙ ΚΥΡΙΟΤΕΡΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΠΟΥ ΒΡΕΘΗΚΑΝ ΝΑ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΚΑΘΟΡΙΣΤΙΚΑ ΤΗ ΔΙΟΓΚΩΣΗ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ ΣΕ ΝΕΡΟ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΙΑ ΕΙΝΑΙ: Η ΒΑΣΙΚΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΙΟΥ, ΤΟ ΜΟΡΙΑΚΟ ΤΟΥ ΜΕΓΕΘΟΣ, ΚΑΙ Η ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ ΔΕΣΜΩΝ-ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ. ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΔΙΑΒΡΟΧΗΣ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ ΠΟΥ ΕΠΙΣΗΣ ΥΛΟΠΟΙΗΘΗΚΑΝ ΣΤΗΝ ΕΡΓΑΣΙΑ ΑΥΤΗ ΕΔΕΙΞΑΝ ΤΕΛΙΚΕΣ ΤΙΜΕΣ ΤΗΣ ΟΛΙΚΗΣ ΕΛΕΥΘΕΡΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ 48.0 TO 61.0 DYNES/CM, ΣΕ ΣΥΜΦΩΝΙΑ ΜΕ ΔΥΟ ΠΡΟΓΕΝΕΣΤΕΡΕΣ ΜΕΛΕΤΕΣ, ΟΠΩΣ ΕΠΙΣΗΣ ΚΑΛΕΣ ΣΥΣΧΕΤΙΣΕΙΣ ΜΕΤΑΞΥ ΤΗΣ ΜΕΓΙΣΤΗΣ ΔΙΟΓΚΩΣΗΣ ΞΥΛΟΥ ΚΑΙ ΤΗΣ ΕΙΔΙΚΗΣ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑΣ ΔΙΑΒΡΟΧΗΣ ΤΟΥ ΙΔΙΟΥ ΕΙΔΟΥΣ ΞΥΛΟΥ. ΤΕΛΟΣ, ΑΥΤΗ Η ΕΙΔΙΚΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΣΥΣΚΕΥΗ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΙΗΘΗΚΕ ΕΔΩΣΕ ΤΗ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ, ΓΙΑ ΠΡΩΤΗ ΦΟΡΑ, ΝΑ ΕΚΤΙΜΗΘΟΥΝ ΜΕ ΑΚΡΙΒΕΙΑ ΟΙ ΡΥΘΜΟΙ ΔΙΟΓΚΩΣΗΣ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ, ΝΑ ΜΕΛΕΤΗΘΟΥΝ ΑΝΑΛΥΤΙΚΑ ΚΑΙ ΝΑ ΑΠΟΔΕΙΧΘΕΙ ΟΤΙ ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΤΗΣ ΔΙΟΓΚΩΣΗΣ ΕΠΙΔΕΧΕΤΑΙ ΕΡΜΗΝΕΙΑΣ ΩΣ ΧΗΜΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΠΡΩΤΟΥ ΒΑΘΜΟΥ (ΕΞΙΣΩΣΗ ARRHENIUS).