Veneer modification with fire retardant chemicals
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2017-08-29
Department
Major/Subject
Fibre and Polymer Engineering
Mcode
CHEM3024
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
51 + 5
Series
Abstract
The aim of this work was to investigate the effects of potential fire retardant chemicals on veneer properties. Flammability is a great disadvantage of wood material in construction, but it can be reduced with the use of fire retardant chemicals. Three chemicals were selected for testing: DAP, SS and DES, of which DAP and SS were known to increase the fire resistance of wood, but little was known about their impact on other veneer properties. Veneer modification with DES was attempted for the first time. Birch veneers were impregnated or soak treated for 3 or 24 hours with the chemicals and the WPG values were determined. Distribution of chemicals within the veneer was investigated with SEM-EDX. Thermal properties and combustibility were investigated by TGA and a fire resistance test, where the samples were ignited and the mass loss and the proceeding of combustion was recorded. Fixation of chemical was assessed by leaching tests according to the EN84 standard, and the wettability and glue bond strength of the modified veneers were analysed with contact angle measurements by sessile drop method and ABES. Based on the TGA and fire resistance tests, DAP shifted the overall pyrolysis pathway of wood to lower temperatures and therefore reduced the combustion. It also improved the glue bond strength in ABES testing and increased the wettability of veneers. In SEM-EDX DAP was found to be located mostly on the veneer surface, with small deposits on the veneer pits. SS also had an impact on how the pyrolysis proceeded and with high WPG values had good fire resistance, although it increased the time of glowing combustion. It reduced the glue bond strength and increased wettability. DES modification showed a slight fire resistance effect and in low temperatures greatly affected how the pyrolysis of the wood samples proceeded. DES was found to be distributed throughout the veneer material in SEM-EDX imaging. In leaching tests most of the chemicals were completely leached out of the wood, only a few SS and DES samples having minor proportions of chemical present after testing. The results from this study showed that DAP was superior in increasing the fire resistance of wood, although SS also had an adequate performance. The adhesion and wettability characteristics of fire retardant modified veneer remain poorly known, which leaves room for further research. Additionally, the potential of DES as a wood modification agent should be investigated further. The mechanism behind the slight fire resistance effect could be studied more and overall the impact of DES on wood properties should be explored.Tämän työn tarkoituksena oli tutkia ja vertailla potentiaalisten palosuojakemikaalien vaikutuksia viilun ominaisuuksiin. Helppo syttyvyys on puumateriaalin suuri heikkous rakennetuissa ympäristöissä, mutta tätä voidaan vähentää palosuojakemikaaleja käyttämällä. Työssä tutkittavaksi valittiin kolme kemikaalia, DAP, SS ja DES, joista kahdella ensimmäisellä tiedettiin olevan palamista rajoittava vaikutus. Viilun modifiointia DES-kemikaalia hyödyntäen kokeiltiin tiettävästi ensimmäistä kertaa. Koivuviiluja käsiteltiin kullakin kemikaalilla vakuumikyllästyksellä tai 3 tai 24 tunnin liotuskäsittelyllä ja määritettiin kunkin tapauksen WPG-arvot. Kemikaalin jakautumista viilun rakenteissa havainnollistettiin SEM-EDX kuvantamistekniikalla. Viilujen lämpöhajoamis- ja palamisominaisuuksia tutkittiin TGA-tekniikalla ja yksinkertaisella palamistestillä, jossa näytteet sytytettiin kontrolloidusti ja niiden massahäviötä ja palamisen etenemistä tarkasteltiin ajan suhteen. Kemikaalien pysyvyyttä tarkasteltiin EN 84 –standardin mukaisella huuhtelukokeella ja viilujen vettyvyys- ja liimautuvuusominaisuuksia tarkasteltiin kontaktikulmamittauksilla sekä ABES-liimasaumatestillä. TGA- ja palamistestin tulosten perusteella DAP vaikutti voimakkaimmin puun pyrolyysiin siirtäen sitä matalampiin lämpötiloihin ja täten vähentäen palamista. Se paransi myös liimasauman lujuutta ABES-kokeissa ja kasvatti viilumateriaalin vettymistä. SEM-EDX kuvantamisessa DAP:n havaittiin sijaitsevan enimmäkseen viilumateriaalin pinnassa. SS-käsittely vaikutti myös materiaalin pyrolyysikäyttäytymiseen ja korkeilla WPG-arvoilla se muodosti myös hyvän palosuojan, joskin se samalla lisäsi puun kytemisaikaa. Se myös lisäsi vettymistä, mutta heikensi liimasauman lujuutta. DES-käsittely muodosti lievän palosuojan ja etenkin matalissa lämpötiloissa vaikutti suuresti pyrolyysin etenemiseen. DES:in havaittiin levittäytyneen tasaisesti puumateriaaliin SEM-EDX kuvantamisessa. Huuhtelukokeissa lähes kaikki kemikaalit poistuivat puun rakenteista ja vain muutamissa SS- ja DES-näytteissä oli jäämiä kemikaaleista testaamisen jälkeen. Tämä työ osoitti, että DAP oli palosuojauksessaan ylivoimainen, joskin myös SS-käsittely ylsi tyydyttäviin tuloksiin. Palosuojakäsitellyn viilun adheesio- ja vettyvyysominaisuudet ovat huonosti tunnettuja ja niitä tulisi tutkia lisää. Lisäksi DES-käsittelyn potentiaalia puun modifioinnissa tulisi selvittää lisää ja sille ominainen palosuojamekanismi tulisi selvittää.Description
Supervisor
Rautkari, LauriThesis advisor
Altgen, MichaelHänninen, Tuomas
Keywords
adhesion, fire retardant chemicals, TGA, veneer, wood combustion