Thermodynamic characteristics of surface densified solid Scots pine wood

Abstract

Wetting phenomena of surface densified solid wood and its surface energetic behavior were investigated. The specimens of three different initial thicknesses (22 mm, 20 mm, and 18 mm) were surface densified to a target thickness of 15 mm in order to obtain three different degrees of surface densification. After surface densification one third of the specimens was heat treated at 200 °C in the presence of steam, and one third of the specimens was oil treated with linseed oil. The sessile drop technique was used to estimate the apparent contact angle of water, diiodomethane, and formamide on control and surface densified wood. The contact angle data were used to determine the surface free energies of the control and surface densified wood by the Owens Wendt Rabel and Kaelble (OWRK) method. The results of contact angle measurements revealed that surface densification process affects surface wettability. The apparent contact angles of test liquids were higher in the case of surface densified wood compared to the control undensified wood. Heat treatment and oil treatment of the surface densified wood additionally increased the contact angle of tested liquids. Furthermore, a larger reduction in the void spaces of the wood due to higher degree of densification did not affect the apparent contact angles of tested liquids and consequently the surface free energy. The surface densification process lowered the surface energetics and the polarity of wood. Furthermore, heat treatment and oil treatment additionally increased the hydrophobic character of the examined surfaces and lowered the dispersive and polar components of surface free energy.

Zusammenfassung

Untersucht wurde das Benetzungsverhalten von oberflächenverdichtetem Massivholz sowie dessen oberflächenenergetische Eigenschaften. Prüfkörper mit den drei Ausgangsdicken 22 mm, 20 mm und 18 mm wurden auf eine Solldicke von 15 mm verdichtet, um drei verschiedene Verdichtungsgrade zu erhalten. Anschließend wurde ein Drittel der Prüfkörper bei einer Temperatur von 200 °C und in Dampfatmosphäre hitzebehandelt und ein Drittel der Prüfkörper wurde mit Leinöl behandelt. Mit dem Verfahren des ruhenden Tropfens wurde der statische Kontaktwinkel von Wasser, von Diiodmethan sowie von Formamid auf den Kontrollprüfkörpern und den oberflächenverdichteten Proben bestimmt. Aus den Ergebnissen wurden die freie Oberflächenenergie der Kontrollprüfkörper und der oberflächenverdichteten Proben nach dem Verfahren von Owens, Wendt, Rabel und Kaelble (OWRK) bestimmt. Die Ergebnisse der Kontaktwinkelmessung zeigten, dass die Oberflächenverdichtung einen Einfluss auf die Oberflächenbenetzbarkeit hat. Die statischen Kontaktwinkel der verwendeten Flüssigkeiten waren bei oberflächenverdichtetem Holz höher als bei unverdichtetem Holz. Eine Hitze- und Ölbehandlung von oberflächenverdichtetem Holz hatte eine weitere Zunahme des Kontaktwinkels zur Folge. Außerdem hatte eine stärkere Reduzierung der Hohlräume im Holz aufgrund eines höheren Verdichtungsgrades keinen Einfluss auf die statischen Kontaktwinkel der Prüfflüssigkeiten und damit auf die freie Oberflächenenergie. Die Oberflächenverdichtung reduzierte die oberflächenenergetischen Eigenschaften und die Polarität von Holz. Durch die Hitze- und Ölbehandlung nahm der hydrophobe Charakter der untersuchten Oberflächen zu und die dispersen und polaren Anteile der freien Oberflächenenergie nahmen ab.