Differential pressure characteristics of wood impregnated with compressed gases, liquids and supercritical fluids

Abstract

Pressure difference characteristics at high pressure impregnation of two hardwood and three softwood species with CO₂, ethanol, hexane and supercritical mixtures were analysed in a high pressure autoclave. The investigation shows that typical penetration characteristics of wood depending on species measured in terms of pressure difference between the surrounding and the centre are true for gases, liquids and supercritical fluids. The known fact that pressures higher than 16 bar may cause wood destruction is confirmed once more. In contrast to known investigations we can show that pressures up to 175 bar can be applied to wood samples without wood destruction if the pressure difference between surrounding and centre does not exceed 16 bar. The supercritical phase of ethanol/CO₂-mixture is a potential media for technical application. It allows fast penetration at high pressures increasing at 16 bar/5 min combined with low pressure differences even at high pressure levels of 175 bar without wood destruction.

Zusammenfassung

Das differenzielle Druckverhalten an zwei Laub- und drei Nadelholzarten wurde mit CO₂, Ethanol, Hexan und überkritischen Mischungen in einem Hochdruckautoklaven untersucht. Die Untersuchungen zeigen, dass das typische Imprägnierverhalten verschiedener Holzarten, gemessen als Druckausgleich zwischen Umgebung und dem Probenzentrum für Gase, Flüssigkeiten und überkritische Fluide wiedergefunden wird. Der bekannte Umstand, dass Drücke über 16 bar Hölzer zerstören können, wird nochmals bestätigt. Im Gegensatz zu bekannten Untersuchungen wird gezeigt, dass Drücke bis 175 bar aufgebaut werden können, ohne die Holzmatrix zu zerstören, wenn der Druckunterschied zwischen Umgebung und Probenzentrum 16 bar nicht übersteigt. Für technische Anwendungen empfiehlt sich eine Mischung aus CO₂ und Ethanol in superfluider Phase. Sie erlaubt ohne Probenzerstörung ein schnelles Penetrieren des Imprägniermediums bei hoher Drucksteigerungsrate von 16 bar/5 min und hohen Drücken von 175 bar.