CELLULOSE CRYSTALLINITY INDEX EXAMINATION IN OAK WOOD ORIGINATED FROM ANTIQUE WOODWORK

Podobne dokumenty
Compression strength of pine wood (Pinus Sylvestris L.) from selected forest regions in Poland, part II

Has the heat wave frequency or intensity changed in Poland since 1950?

Cracow University of Economics Poland. Overview. Sources of Real GDP per Capita Growth: Polish Regional-Macroeconomic Dimensions

Rozpoznawanie twarzy metodą PCA Michał Bereta 1. Testowanie statystycznej istotności różnic między jakością klasyfikatorów

QUANTITATIVE AND QUALITATIVE CHARACTERISTICS OF FINGERPRINT BIOMETRIC TEMPLATES

Streszczenie rozprawy doktorskiej

ROZPRAWY NR 128. Stanis³aw Mroziñski

Akademia Morska w Szczecinie. Wydział Mechaniczny

Cracow University of Economics Poland

Latent Dirichlet Allocation Models and their Evaluation IT for Practice 2016


Formularz recenzji magazynu. Journal of Corporate Responsibility and Leadership Review Form

ZGŁOSZENIE WSPÓLNEGO POLSKO -. PROJEKTU NA LATA: APPLICATION FOR A JOINT POLISH -... PROJECT FOR THE YEARS:.

INSPECTION METHODS FOR QUALITY CONTROL OF FIBRE METAL LAMINATES IN AEROSPACE COMPONENTS

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2014/2015

PROJECT. Syllabus for course Negotiations. on the study program: Management


Zarządzanie sieciami telekomunikacyjnymi

EXAMPLES OF CABRI GEOMETRE II APPLICATION IN GEOMETRIC SCIENTIFIC RESEARCH

POLITECHNIKA WARSZAWSKA. Wydział Zarządzania ROZPRAWA DOKTORSKA. mgr Marcin Chrząścik

Fig 5 Spectrograms of the original signal (top) extracted shaft-related GAD components (middle) and

Ocena potrzeb pacjentów z zaburzeniami psychicznymi

Knovel Math: Jakość produktu

Wpływ wybranych parametrów technologicznych na zawartość estrów glicydylowych w tłuszczach i smażonych produktach

Krytyczne czynniki sukcesu w zarządzaniu projektami

Machine Learning for Data Science (CS4786) Lecture 11. Spectral Embedding + Clustering

ROZPRAWA DOKTORSKA. Model obliczeniowy ogrzewań mikroprzewodowych

The impact of the global gravity field models on the orbit determination of LAGEOS satellites

Obrazowanie kręgosłupa w badaniu TK i MR w różnych grupach wiekowych

OpenPoland.net API Documentation

Tychy, plan miasta: Skala 1: (Polish Edition)

TRANSPORT W RODZINNYCH GOSPODARSTWACH ROLNYCH

Karpacz, plan miasta 1:10 000: Panorama Karkonoszy, mapa szlakow turystycznych (Polish Edition)

Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu

European Crime Prevention Award (ECPA) Annex I - new version 2014

SWPS Uniwersytet Humanistycznospołeczny. Wydział Zamiejscowy we Wrocławiu. Karolina Horodyska

Machine Learning for Data Science (CS4786) Lecture11. Random Projections & Canonical Correlation Analysis

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE. Negotiation techniques. Management. Stationary. II degree

Weronika Mysliwiec, klasa 8W, rok szkolny 2018/2019

Unit of Social Gerontology, Institute of Labour and Social Studies ageing and its consequences for society

LEARNING AGREEMENT FOR STUDIES

yft Lublin, June 1999


Helena Boguta, klasa 8W, rok szkolny 2018/2019

TYRE PYROLYSIS. REDUXCO GENERAL DISTRIBUTOR :: ::

DOI: / /32/37

The analysis of the energy demand for heating and cooling of the house built on the basis of the traditional Canadian wood-frame construction

Analiza porównawcza zmian w rozbiorach wody z uwzględnieniem sposobu jej dostarczania do odbiorców

A R C H I V E S O F M E T A L L U R G Y A N D M A T E R I A L S Volume Issue 4

Ekonomiczne i społeczno-demograficzne czynniki zgonów osób w wieku produkcyjnym w Polsce w latach

PROCEEDINGS OF THE INSTITUTE OF VEHICLES 2(106)/2016 (12 pt)

STATISTICAL METHODS IN BIOLOGY

W trzech niezależnych testach frezy z powłoką X tremeblue typu V803 był w każdym przypadku prawie 2 razy bardziej wydajne niż wersja niepowlekana.

Pro-tumoral immune cell alterations in wild type and Shbdeficient mice in response to 4T1 breast carcinomas

PROJECT. Syllabus for course Global Marketing. on the study program: Management

Installation of EuroCert software for qualified electronic signature

Uchwała nr 04/05/2017. Resolution no 04/05/2017. Rady Nadzorczej Capital Park S.A. z siedzibą w Warszawie z dnia 15 maja 2017 roku

P R A C A D Y P L O M O W A

Uniwersytet Medyczny w Łodzi. Wydział Lekarski. Jarosław Woźniak. Rozprawa doktorska

SPITSBERGEN HORNSUND

Przewody do linii napowietrznych Przewody z drutów okrągłych skręconych współosiowo

Katarzyna Durda STRESZCZENIE STĘŻENIE KWASU FOLIOWEGO ORAZ ZMIANY W OBRĘBIE GENÓW REGULUJĄCYCH JEGO METABOLIZM JAKO CZYNNIK RYZYKA RAKA W POLSCE

Proposal of thesis topic for mgr in. (MSE) programme in Telecommunications and Computer Science

Network Services for Spatial Data in European Geo-Portals and their Compliance with ISO and OGC Standards

PROJECT. Syllabus for course Principles of Marketing. on the study program: Management

SSW1.1, HFW Fry #20, Zeno #25 Benchmark: Qtr.1. Fry #65, Zeno #67. like

Dominika Janik-Hornik (Uniwersytet Ekonomiczny w Katowicach) Kornelia Kamińska (ESN Akademia Górniczo-Hutnicza) Dorota Rytwińska (FRSE)

Zakopane, plan miasta: Skala ok. 1: = City map (Polish Edition)

Opis Przedmiotu Zamówienia oraz kryteria oceny ofert. Części nr 10

Tytuł pracy w języku angielskim: Physical properties of liquid crystal mixtures of chiral and achiral compounds for use in LCDs

Charakterystyka kliniczna chorych na raka jelita grubego

SPITSBERGEN HORNSUND

Warsztaty Ocena wiarygodności badania z randomizacją

A NEW METHOD OF MEASURING THE OPERATING PARAMETERS OF SLIDE JOURNAL BEARINGS BY USING ACOUSTIC EMISSION

ZGŁOSZENIE WSPÓLNEGO POLSKO -. PROJEKTU NA LATA: APPLICATION FOR A JOINT POLISH -... PROJECT FOR THE YEARS:.

SPITSBERGEN HORNSUND

THEORETICAL STUDIES ON CHEMICAL SHIFTS OF 3,6 DIIODO 9 ETHYL 9H CARBAZOLE

Lek. Ewelina Anna Dziedzic. Wpływ niedoboru witaminy D3 na stopień zaawansowania miażdżycy tętnic wieńcowych.

SZKŁO PIANKOWE JAKO TERMOIZOLACJA PODŁOGI NA GRUNCIE USE OF FOAM GLASS AS A SLAB ON GRADE THERMAL INSULATION

II wariant dwie skale ocen II alternative two grading scales

Wojewodztwo Koszalinskie: Obiekty i walory krajoznawcze (Inwentaryzacja krajoznawcza Polski) (Polish Edition)

Raport bieżący: 44/2018 Data: g. 21:03 Skrócona nazwa emitenta: SERINUS ENERGY plc

Wprowadzenie do programu RapidMiner, część 2 Michał Bereta 1. Wykorzystanie wykresu ROC do porównania modeli klasyfikatorów

ZWROTNICOWY ROZJAZD.

WYDZIAŁ BIOLOGII I OCHRONY ŚRODOWISKA

deep learning for NLP (5 lectures)

SPITSBERGEN HORNSUND

SPIS TREŚCI / INDEX OGRÓD GARDEN WYPOSAŻENIE DOMU HOUSEHOLD PRZECHOWYWANIE WINA WINE STORAGE SKRZYNKI BOXES

Instructions for student teams

ERASMUS + : Trail of extinct and active volcanoes, earthquakes through Europe. SURVEY TO STUDENTS.

Few-fermion thermometry

UMOWY WYPOŻYCZENIA KOMENTARZ

Patients price acceptance SELECTED FINDINGS

OBWIESZCZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY. z dnia 18 kwietnia 2005 r.

Tytuł pracy w języku angielskim: Microstructural characterization of Ag/X/Ag (X = Sn, In) joints obtained as the effect of diffusion soledering.

OSI Network Layer. Network Fundamentals Chapter 5. Version Cisco Systems, Inc. All rights reserved. Cisco Public 1

ROZPRAWA DOKTORSKA. Mateusz Romanowski

Pomiary hydrometryczne w zlewni rzek

DM-ML, DM-FL. Auxiliary Equipment and Accessories. Damper Drives. Dimensions. Descritpion

Transkrypt:

Drewno. Pr. Nauk. Donies. Komunik. 2012, vol. 55, nr 188 Jakub Gawron, Magdalena Szczęsna, Tomasz Zielenkiewicz, Tomasz Gołofit 1 CELLULOSE CRYSTALLINITY INDEX EXAMINATION IN OAK WOOD ORIGINATED FROM ANTIQUE WOODWORK The influence of oak wood age on the crystallinity index of cellulose was determined. Antique wood originating from Warsaw woodwork from the middle of the 18th century, the turn of XIXth and 20th century and the middle of the 20th century was analysed. It was reported, using FTIR spectrometry, that the crystallinity index increases with wood age. It is consistent with previous examinations in other papers and shows that the chosen method of crystallinity index analysis is correct. Keywords: crystallinity degree, cellulose crystallinity, antique wood, Quercus sp. Introduction The process of natural wood ageing is a very complicated issue. Specialized literature presents unspecified, often contradictory, opinions about it. The negative influence of UV radiation, temperature and humidity variations or changes in static and dynamic stresses on wood ageing in residential areas is a commonly known fact. Seifert [1972] states that the degradation of wood structure is the effect of natural wood ageing in a closed space. First of all, the destruction of the polysaccharide chains takes place, as well as in the cellulose, both in ordered and disordered areas. Kohara and Okamoto [1955], based on chemical analyses carried out on wood originating from old Japanese sanctuaries (300 1300 years old), reported that the degree of crystallinity in the cellulose (calculated using the Battist Jakub Gawron, Warsaw University of Life Sciences, Poland e-mail: jakub_gawron@sggw.pl Magdalena Szczęsna, Warsaw University of Life Sciences, Poland e-mail: magdalena_szczesna@sggw.pl Tomasz Zielenkiewicz, Warsaw University of Life Sciences, Poland e-mail: tomasz_zielenkiewicz@sggw.pl Tomasz Gołofit, Warsaw University of Technology, Poland e-mail:tomgol@ch.pw.edu.pl

110 Jakub Gawron, Magdalena Szczęsna, Tomasz Zielenkiewicz, Tomasz Gołofit method) increases with the age of the wood. This was explained by the creation of new cross-bonds between cellulose chains which leads to an increase incrystalline areas. A knowledge of the degree of crystallinity, meaning the ratio of ordered (crystalline) and disordered (amorphous) cellulose configuration, is very useful to the evaluation of wood properties. An increase in cellulose crystallinity causes a lower value of swelling and water sorption, and higher values of density, hardness and compression strength. The determination of the degree of cellulose crystallinity may be important for the proper usage of wooden components in woodwork. The Crystallinity Index measures the degree of crystallinity. It is easier to determine with such a common instrumental technique as FTIR. It has been widely used in different papers to define the influence of cellulose crystallinity on a series of wood and cellulose properties [Mansfield, Meder 2003; Park et al. 2010; Kataoka, Kondo 1998]. The aim of this paper is to determine the influence of natural wood ageing on cellulose crystallinity. The results obtained will extend previous knowledge about the changes in wood during ageing. This will enable a prediction of the behaviour of wood nowadays and the effective protection of wood, especially antique woodwork. Materials and methods Oak wood (Quercus sp.) was examined. It was chosen because of the fact that oak wood together with pine wood (Pinus sp.) were the main materials available for wooden constructions in previous centuries. Samples were gained from renovated or pulled down antique buildings built in Warsaw in the middle of the 18 th century, at the turn of 19 th and 20 th century and in the middle half of 20 th century. This is a unique collection of wood in the shape of furnishing components (floor boards, paneling, stairs and balustrade components). Samples were prepared in several stages. In the first stage, the samples were cut from antique wood fragments. Their dimensions were compatible with standards concerning the determination of basic wood parameters (moisture content PN-77/D-4100, density PN-77/D-04101). The samples were divided into three groups: group 1: wood from the 20 th century (1960), group 2: wood from the turn of 19 th and 20 th century (1895), group 3: wood from the 18 th century (1750). Then samples of recent wood (group 0 control samples, 2005 year) with a similar density and annual increment width were matched to selected samples from group 1, 2 and 3 (table 1). The next stage consisted of sample disintegra-

Cellulose crystallinity index examination in oak wood originated from antique woodwork 111 tion and fractioning. Afraction of air-dry sawdust, passing through a 0.6 mm and remaining on a 0.5 mm mesh sieve was taken for analysis. The cellulose which was used for crystallinity index examination was isolated according to the Seifert method (PN-92/P-50092). The crystallinity index was determined with the FTIR method (Thermo Fisher Scientific Inc. Nicolet 6700). The cellulose samples were dried in a vacuum dryer before FTIR analysis. 0.6 g KBr was added to 0.003 g of cellulose (1:200 ratio) and the mixture was homogenized in a Retsch MM400 ball grinder (120 s, 30 Hz). Samples of 0.3 g mixture were pelletized with a bench press (10000 kg, 5 minutes). The pellets obtained (with 13 mm diameter) were analysed within the range of wave length between 400 and 4000 cm -1 (64 scans, 2 cm -1 resolution, every 60 minutes background measurement). Each pellet was measured five times at different points. OMNIC 8.1 software was used for spectral analysis. 2900, 1429, 1370, 895, 670 cm -1 absorption bands were taken for crystallinity index calculations. The following ratios of values were applied: CI = H1429 cm -1 /H895 cm -1 CI = H1370 cm -1 /H2900 cm -1 CI = A1370 cm -1 /A670 cm -1 where: CI crystallinity index, A peak area, H peak height. Table 1. Characteristics of analyzed wood Tabela 1. Charakterystyka analizowanego drewna Group Grupa Density (ρ) [kg m -3 ] Gęstość (ρ) [kg m -3 ] Width of annual increments (S) [mm] Szerokość przyrostów rocznych [mm] ρ av sd S av sd 0 671 18 2.2 0.4 1 675 20 2.1 0.3 2 680 25 2.1 0.3 3 677 12 1.9 0.4 Results and Discussion A comparison of exemplary FTIR spectra of samples from each group is presented in fig. 1. There are no visible differences between them but the values of CI calculated based on particular ratios (presented in the table 2) indicatethat distinctions might be noted. There are visible tendencies for H1429cm -1 /H895cm -1 and A1370cm -1 /A670cm -1. The standard deviation for this second ratio is so high that changes in character may be aberrant. The CI value increases with the age of the analysed wood. There is no unequivocal dependence for the third ratio (H1370cm -1 /H2900cm -1 ). However, all three ratio values indicate a gradual increase of CI with wood age which is clearly visible in fig. 2.

112 Jakub Gawron, Magdalena Szczęsna, Tomasz Zielenkiewicz, Tomasz Gołofit Fig. 1. Comparison of exemplary FTIR spectra of samples from each group (roman numbers means the century of sample origin) Rys. 1. Porównanie przykładowych widm FTIR otrzymanych dla próbek z wszystkich grup (cyframi rzymskimi zaznaczono wiek pochodzenia drewna) Fig. 2. Dependence of calculated ratios of FTIR peaks height and area on the wood age Rys. 2. Zależność obliczonych stosunków liczbowych wysokości i powierzchni pików FTIR od wieku drzewa A higher CI value also means ahigher degree of crystallinity [Drożdżek 2011] which is equivalent to higher crystalline area volume in cellulose. The observed phenomenon may be caused by the effect described in the above mentioned paper of Kohara and Okamoto [1955]. Faster decomposition of the amorphous part of the cellulose which is more susceptible to degrading factors than crystalline cellulose could be another reason. This has been reported, for example by Gehlen [2010]. Formerly decomposed chains of cellulose are easily removed during cellulose isolation. It cannot be excluded that both of these explanations are correct.

Cellulose crystallinity index examination in oak wood originated from antique woodwork 113 Conclusion The crystallinity index changes with the age of the wood. Its values are higher in antique wood in relation to recent wood. The highest CI value was obtained for the woodwork from 18 th century, the lowest difference compared with recent wood was denoted for components from the middle of 20 th century. Data from literature cited above confirm such a dependence indicating that the presented method of determining the crystallinity index is the correct one. The possibility of wood age determination using the crystallinity index cannot be excluded but the further experiments should be performed. References Drożdżek M. [2011]: Study of cellulose separated by selected laboratory methods from pinewood (Pinus sylvestris L.) and poplar wood (Populus sp.). Doctoral dissertation, WULS- SGGW Press, Warsaw Gehlen M. K. [2010]: Kinetics of autocatalytic acid hydrolysis of cellulose with crystalline and amorphous fractions. Cellulose [17]: 245 252 Kohara J, Okamoto H. [1955]: Studies on the permanence of wood. XI: The crystallized region of cellulose in old timbers. Journal of Applied Physics [19, 11]: 491 506 Kataoka Y., Kondo T. [1998]: FT-IR Microscopic analysis of changing cellulose crystalline structure during wood cell wall formation. Macromolecules [31]: 760 764 Mansfield S. D., Meder R. [2003]: Cellulose hydrolysis the role of monocomponent cellulases in crystalline cellulose degradation. Cellulose [10]: 159 169 Park S., O Baker J., Himmel M. E., Parilla P. A., Johnson D. K. [2010]: Cellulose crystallinity index: measurement techniques and their impact on interpreting cellulase performance. Biotechnology for Biofuels [3]: 10 19 Seifert J. [1972]: Zur Sorption und Quellung von Holz und Holzwerkstoffen. II. Mitteilung: Das Quellungsverhalten von Holz und Holzwerkstoffen. Holz als Roh- und Werkstoff [30]: 294 303 List of standards: PN-77/D-04101 Drewno. Oznaczanie gęstości PN-77/D-4100 Drewno. Oznaczanie wilgotności PN-92/P-50092 Surowce dla przemysłu papierniczego. Drewno. Analiza chemiczna

114 Jakub Gawron, Magdalena Szczęsna, Tomasz Zielenkiewicz, Tomasz Gołofit BADANIE INDEKSU KRYSTALICZNOŚCI DREWNA DĘBOWEGO POCHODZĄCEGO Z ZABYTKOWEJ STOLARKI BUDOWLANEJ Streszczenie Wraz z upływem czasu stare drewniane okna, drzwi, podłogi podobnie jak i inne elementy stolarki budowlanej nabierają wartości muzealnej i dlatego, jako świadectwo kultury materialnej minionych stuleci powinno zostać zachowane dla przyszłych pokoleń. Za pozostawieniem tych elementów, poza argumentami dotyczącymi wartości zabytkowych i estetycznych, przemawiają właściwości samego drewna, które pomimo upływu czasu często nie ulegają istotnym zmianom, a materiał ten zachowuje pełne funkcje użytkowe. Wobec panujących obecnie niejednoznacznych poglądów na temat skutków długotrwałego starzenia się drewna, istnieje potrzeba podejmowania możliwie wielostronnych badań zmierzających do określenia właściwości zabytkowego drewna. Celem niniejszych badań było określenie indeksu krystaliczności celulozy w drewnie pochodzącym z zabytkowej warszawskiej stolarki budowlanej z połowy 18, przełomu 19 i 20 wieku, a także z połowy 20 wieku w porównaniu do drewna pozyskanego współcześnie. Analizę stopnia krystaliczności celulozy przeprowadzono metodą spektrometrii w podczerwieni FTIR przy użyciu modelu Nicolet 6700, Thermo Fisher Scientific Inc. Wyniki przeprowadzonych badań pozwalają stwierdzić, że w zabytkowym drewnie, w porównaniu do drewna pozyskanego współcześnie, następuje zmiana indeksu krystaliczności celulozy. Wielkość zmian uzależniona jest od wieku drewna. Największym indeksem krystaliczności celulozy charakteryzuje się drewno elementów stolarki budowlanej z 18 wieku, a najmniejszą różnicę wykazało drewno pochodzące z zabytkowych elementów z połowy 20 wieku. Obserwacje te potwierdzają z fachowej literatury, co świadczy także na korzyść wybranej metody określania indeksu krystaliczności. Słowa kluczowe: stopień krystaliczności, krystaliczność celulozy, zabytkowe drewno, Quercus sp.