Wybrane aspekty badań spektroskopowych drewna upłynnionego · badanie fizycznych i anatomicznych...

Wybrane aspekty badań spektroskopowych drewna upłynnionego

i surowca drzewnego poddanego upłynnieniu

Dominika Janiszewska, Anna Sandak, Jakub Sandak,

Iwona Frąckowiak, Karolina Mytko

Instytut Technologii Drewna

Zakład Tworzyw Drzewnych i Kompozytów Lignocelulozowych

XXX Międzynarodowa Konferencja Naukowa:

WYDZIAŁU TECHNOLOGII DREWNA SGGW W WARSZAWIE

„DREWNO-MATERIAŁ XXI WIEKU“

Rogów, 15 listopada 2016 r.

CEL PRACY

ocena możliwości zastosowania

spektroskopii bliskiej podczerwieni w badaniach

nad upłynnianiem drewna oraz zbadanie wpływu surowca

drzewnego poddanego upłynnieniu

na skład chemiczny upłynnionego drewna

MATERIAŁY

pył drzewny mieszany

kora

trociny sosnowe

trociny bukowe

Upłynnione drewno

METODYKA

Charakterystyka surowca drzewnego/ITD

skład frakcyjny wilgotność pojemność buforowa pH gęstość nasypowa zawartość formaldehydu

Upłynnianie surowca drzewnego/ITD

według metodyki opisanej przez Autorów*

Badania spektroskopowe/CNR-IVALSA

spektrofotometr Vektor 22-N (firmy Bruker Optics GmBH)

zakres spektralny 4000-12000 cm-1 (780-2500 nm) standardowa rozdzielczość 8 cm-1 każdy pomiar jest uśrednieniem 32 skanów (~ 30 sekund) 5 pomiarów dla każdej próbki

Przygotowanie widm NIR i analiza danych

wyliczanie drugiej pochodnej według algorytmu Savitzky-Golay i normalizacja widm analiza głównych składowych (PCA)

* Janiszewska D., Frąckowiak I., Mytko K. 2016: Exploitation of liquefied wood waste for binding recycled wood particleboards

Holzforschung, DOI 10.1515/hf-2016-0043

Skład frakcyjny

pył/kora

Skład frakcyjny

trociny sosnowe/bukowe

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

0,800 0,500 0,400 0,315 0,250 0,125 0,080 <0,08

Perc

en

tag

e o

f m

ass

[%

]

Mesh diameter [mm]

wood powder bark

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

8,00 4,00 2,00 1,00 0,50 0,25 <0,25 P

erc

en

tag

e o

f m

ass

[%

]

Mesh diameter [mm]

pine beech

Frakcja poddana upłynnieniu: 0,5<0,25 mm

Pojemność buforowa

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

bark pine beech wood powder

Alk

ali

ne

bu

ffe

r c

ap

ac

ity

[m

mo

l H

2S

O4

/10

0 g

z.s

.m.]

Type of waste

20°C 100°C

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

bark pine beech wood powder

Acid

bu

ffer

cap

acit

y

[mm

ol N

aO

H/1

00 g

z.s

.m.]

Type of waste

20°C 100°C

Wpływ rodzaju odpadu

na pojemność buforową

zasadową

Wpływ rodzaju odpadu

na pojemność buforową

kwasową

Frąckowiak I. (2005): ,,Wpływ zmian zachodzących podczas składowania trocin sosnowych

na właściwości płyt wytwarzanych z ich zastosowaniem’’, Drewno, 173 (48), 81

Tested

property

Measurement

unit

Type of raw material

bark pine sawdust beech sawdust wood powder

Bulk density kg/m3

218 57 62 96

Formaldehyde

content

mg/100 g

total dry mass

0.3 0.7 0.3 0.7

pH, tested in

20°C

-

3.7 4.3 4.7 4.3

Moisture

content

% 8.6 6.5 8.7 4.1

Charakterystyka surowca poddanego upłynnianiu

brak skomplikowanej procedury przygotowania próbek

niedestrukcyjność

stosunkowo szybki pomiar

możliwość detekcji wielu składników jednocześnie

wysoka precyzja pomiaru

bezpośredniość, niski koszt

skomplikowana interpretacja otrzymywanych widm

konieczność zastosowania zaawansowanych metod statystycznych do analizy danych

Zastosowanie FT-NIR w technologii drewna

badanie składu chemicznego drewna (celuloza, lignina, substancje ekstrakcyjne)

badanie fizycznych i anatomicznych właściwości drewna (gęstość, wilgotność, kąt mikrofibryl, długość cewek)

charakterystyka właściwości mechanicznych (wytrzymałość na ściskanie, zginanie, rozciąganie)

określanie i monitorowanie innych właściwości drewna (degradacja, termiczna i chemiczna modyfikacja)

zastosowanie w przemyśle papierniczym (gramatura, grubość, wilgotność, liczba Kappa)

NIR: dane źródłowe

Liczba falowa cm-1

absorb

ancja

2°

pochona a

bsorb

ancji

Widma NIR surowca drzewnego

Widma NIR upłynnionego drewna

Analiza głównych składowych (PCA)

Używana w celu zróżnicowania wysoce skorelowanych danych, zredukowania wielkowymiarowej macierzy danych do kilku głównych składowych;

pozwala na odseparowanie danych i ich podział na grupy o szczególnych podobieństwach.

x PC1

trociny bukowe trociny sosnowe kora pył drzewny

Liquefied wood products Raw materials

surowiec drzewny upłynnione drewno

PCA /Principal Component Analysis/ - wyniki

1. Skład frakcyjny i właściwości fizykochemiczne surowca takie jak: gęstość nasypowa, pojemność

buforowa, zawartość formaldehydu związane są z rodzajem odpadu poddawanego upłynnieniu.

2. Surowce drzewne przed upłynnieniem są łatwo rozróżnialne pod względem spektroskopowym,

natomiast po upłynnieniu ich skład chemiczny staje się bardziej zbliżony.

3. Ze wstępnych badań wynika, że typ materiału poddawanego upłynnianiu nie jest ograniczeniem

do przeprowadzenia procesu.

4. Obecnie prowadzone są badania mające na celu ocenę wpływu upłynnionego drewna

na właściwości płyt wiórowych wytworzonych z jego udziałem.

5. Testowany jest również nowy przenośny sensor (MicroNIR), pozwalający na pomiar bezpośrednio

na liniach produkcyjnych i umożliwiający w efekcie kontrolę produktów on-line.

PODSUMOWANIE

Dziękuję za uwagę

The research was carried out within the statutory project ST-2-BMD/2015/K: ,,Application of liquefied wood in wood-

based materials technology. Part 3. The use of liquefied lignocellulosic wastes as a binder for particleboards’’.

Part of the work was conducted within the STSM funded by COST Action FP1306 (LIGNOVAL) and BIO4ever

(RBSI14Y7Y4) project funded within a call SIR (Scientific Independence of Young Researchers) by MIUR.

Dominika Janiszewska

Instytut Technologii Drewna

Zakład Tworzyw Drzewnych

i Kompozytów Lignocelulozowych

d_janiszewska@itd.poznan.pl

Tel.: +48 61 8492452