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 trociny bukowe trociny sosnowe Upłynnione drewno kora
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
Percentage of mass [%] Percentage of mass [%] Skład frakcyjny pył/kora Skład frakcyjny trociny sosnowe/bukowe wood powder bark pine beech 35,00 45,00 30,00 40,00 25,00 35,00 30,00 20,00 25,00 15,00 20,00 10,00 15,00 10,00 5,00 5,00 0,00 0,800 0,500 0,400 0,315 0,250 0,125 0,080 <0,08 Mesh diameter [mm] 0,00 8,00 4,00 2,00 1,00 0,50 0,25 <0,25 Mesh diameter [mm] Frakcja poddana upłynnieniu: 0,5<0,25 mm
Alkaline buffer capacity [mmol H2SO4/100 g z.s.m.] Acid buffer capacity [mmol NaOH/100 g z.s.m.] Pojemność buforowa 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 20 C 100 C bark pine beech wood powder Type of waste 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 20 C 100 C bark pine beech wood powder Type of waste 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
Charakterystyka surowca poddanego upłynnianiu Tested property Measurement unit Type of raw material bark pine sawdust beech sawdust wood powder Bulk density kg/m 3 Formaldehyde content mg/100 g total dry mass 218 57 62 96 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
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)
absorbancja 2 pochona absorbancji NIR: dane źródłowe Liczba falowa cm -1
Widma NIR surowca drzewnego
Widma NIR upłynnionego drewna
Analiza głównych składowych (PCA) x PC1 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.
Raw PCA materials /Principal Component Analysis/ Liquefied - wyniki wood products surowiec drzewny upłynnione drewno trociny bukowe trociny sosnowe kora pył drzewny
PODSUMOWANIE 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.
Dziękuję za uwagę Dominika Janiszewska Instytut Technologii Drewna Zakład Tworzyw Drzewnych i Kompozytów Lignocelulozowych d_janiszewska@itd.poznan.pl Tel.: +48 61 8492452 The research was carried out within the statutory project ST-2-BMD/2015/K:,,Application of liquefied wood in woodbased 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.