Hrvoje Turkulin

Effect of treatments with 1,3-dimethylol-4,5-dihydroxy-ethyleneurea (DMDHEU) on the tensile properties of wood

Abstract The thin-veneer strip technique was applied to investigate the modifying effects of 1,3-dimethylol-4,5-dihydroxyethyleneurea (DMDHEU) on the tensile strength of wood. Pinewood veneers treated with solutions of DMDHEU alone and in combination with magnesium chloride (MgCl2) as a catalyst showed considerable strength losses of up to 50% in zero-span and up to 70% in finite-span testing modes. The higher strength losses in the latter case are due to hemicellulose degradation, which cannot be assessed in zero-span testing. Strength loss observed after treatment with DMDHEU and MgCl2 was approximately as high as the sum of the strength losses determined after individual treatments with MgCl2 or DMDHEU. Micrographs of veneers after finite-span testing revealed that catalysed DMDHEU treatment changed the predominant failure mode from interfibre fracture (in controls) to intrafibre fracture. The mechanism of strength loss resulting from treatment with DMDHEU is discussed.

Investigations into the photodegradation of wood using microtensile testing@@@Untersuchung des Photoabbaus von Holz mit Hilfe einer Mikro-Zugfestigkeitsprüfung. Teil 1: Anwendung der Mikro-Zugfestigkeitsprüfung zum Messen der Abbaurate beim Photoabbau: Part 1: The application of microtensile testing to measurement of photodegradation rates

This paper demonstrates that the measurement of loss of microtensile strength of thin Scots pine sapwood strips exposed to solar radiation is a consistent and reliable means of determining photodegradation rates for wood. Careful selection and preparation of material is shown to be effective in reducing levels of variability. Photodegradation rates obtained by exposure to natural weathering are compared with rates obtained by exposure to artificial weathering in three different artificial weathering machines. Artificial weathering is shown to be a valid means of representing natural weathering and can provide the basis for the systematic investigation of the mechanisms of photodegradation. The results indicate the spectral distribution of the radiation output of the lamp and the moisture conditions during exposure are important influences on degradation rates.ZusammenfassungDiese Arbeit zeigt, daß die Mikro-Zugfestigkeitsprüfung eine geeignete und zuverlässige Methode ist, um die Abbaurate des Holzes beim lichtinduzierten Abbau zu messen. Durch sorgfältige Probenauswahl kann die Fehlerbreite verringert werden. Die Abbauraten bei natürlicher und künstlicher Bewitterung mit drei verschiedenen Apparaturen wurden verglichen. Die künstliche Bewitterung kann den natürlichen Prozeß simulieren und erlaubt, somit die Untersuchung der Abbaumechanismen. Die spektrale Verteilung der benutzten Strahler und die Feuchtegehalte während der Bewitterung beeinflussen sehr stark die Abbauraten.

Investigations into the photodegradation of wood using microtensile testing. Part 5: The influence of moisture on photodegradation rates

Significant increases in the rates of strength loss of thin strips were observed as a result of exposure under conditions of high humidity and water saturation. However, under some circumstances, exposure of the strips at high levels of relative humidity could result in an initial increase in tensile strength. This strength increase appeared to be associated with cellulose changes and cross-linkings. Differences in photoresistance between the different wood species, and between heartwood and sapwood, were most clearly shown under the drier exposure conditions. These differences were progressively diminished with the pronounced effect of water.ZusammenfassungNach künstlicher Bewitterung von dünnen Brettchen unter feuchten und wassergesättigten Bedingungen ergab sich eine beschleunigte Erniedrigung der Festigkeitswerte. Unter gewissen Bedingungen zeigte sich allerdings sogar ein anfänglicher Anstieg der Zugfestigkeit. Diese Festigkeitserhöhung scheint mit Änderungen und Quervernetzungen der Cellulose verbunden. Unterschiede der Beständigkeit gegen Strahlungsschäden der verschiedenen Holzarten, sowie bei Kern- und Splintholz zeigten sich deutlich nur unter relativ trockenen Bedingungen. Mit zunehmendem Wassereinfluss verringerten sich diese Unterschiede.

Investigations into the photodegradation of wood using microtensile testing@@@Untersuchung des Photoabbaus von Holz mit Hilfe einer Mikro-Zugfestigkeitsprüfung: Part 2: An investigation of the changes in tensile strength of different softwood species during natural weathering@@@Teil 2: Änderung der Zugfestigkeit verschiedener Nadelhölzer während der natürlichen Bewitterung

This paper describes changes in microtensile strength of six softwood species during natural weathering. All species showed a rapid reduction in both zero span and 10 mm span strength during three months weathering and the method proved capable of distinguishing differences in degradation rate and in the characteristic shape of the strength loss curve for the different species. The results indicated that lignin degradation is initially more rapid than cellulose. Although the principal trend was one of strength loss during weathering, some species showed a small strength increase after short exposure times. The strength changes are consistent with three radiation-induced processes, namely a mechanism whereby strength increases and two degradation processes occuring at different rates. A ‘Zero Intercept’ parameter was derived to characterise the strength loss curves.ZusammenfassungDiese Arbeit beschreibt die Änderung der Zugfestigkeit von sechs Nadelholzarten während einer natürlichen Bewitterung über einen Zeitraum von drei Monaten. Bei allen Holzarten ergab sich eine rasche Abnahme der Zugfestigkeit sowohl bei Prüflänge Null als auch bei 10 mm Prüflänge. Die Methode erwies sich als geeignet, Unterschiede in der Abbaurate und im Verlauf des Festigkeitsverlustes für die verschiedenen Holzarten zu erfassen. Die Ergebnisse deuten daraufhin, daß Lignin zunächst rascher abgebaut wird als Cellulose. Entgegen dem allgemeinen Trend eines kontinuierlichen Festigkeitsbverlustes während der Bewitterung zeigten einige Holzarten einen vorübergehenden Anstieg nach kurzer Bewitterungsdauer. Die Festigkeitsänderungen stehen in Zusammenhang mit drei durch Lichtstrahlung induzierten Prozessen, von denen einer zur Erhöhung der Festigkeit führt. Zwei andere beruhen auf Abbauvorgängen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit. Aus den Meßdaten wurde ein spezieller Parameter (Zero Intercept) zur Charakterisierung der Abbaukurven entwickelt.

Investigations into the photodegradation of wood using microtensile testing@@@Untersuchung des Photoabbaus von Holz mit Hilfe eines Mikro-Zugfestigkeitstests.: Part 3: The influence of temperature on photodegradation rates@@@Teil 3: Einfluß der Temperatur auf die Abbaurate

This paper describes an investigation into the influence of temperature on photodegradation rates in wood. Ten different softwood species were subjected to artificial weathering in the Xenotest 1200 at temperatures of 25, 35, 45 and 55 °C for periods of up to 400 hours. The rates of photodegradation were determined for each species at the different temperatures by monitoring the loss in microtensile strength. Photodegradation rates for the different species were shown to be temperature dependent and to increase with rising temperature. The tests appeared capable of discriminating between the photoresistance of the various species. Arrhenius plots for the species were linear with activation energies in the range 5.9–24.8 kJ/mol. It is concluded that the test methodology has the potential to differentiate the susceptibility of different wood species to photodegradation.ZusammenfassungDiese Arbeit beschreibt den Einfluß der Temperatur auf den Photoabbau von Holz. Zehn Nadelholzarten wurden bis zu 400 Stunden lang künstlich bewittert mit dem Xenotest bei 25, 35, 45 und 55 °C. Die Abbauraten bei verschiedenen Temperaturen wurden anhand des Festigkeitsverlustes mit Hilfe einer Mikro-Zugprüfung bestimmt. Die Abbauraten erwiesen sich als temperaturabhängig und stiegen mit der Temperatur an. Die Prüfmethode erlaubt eine Differenzierung des Photowiderstandes der verschiedenen Species. Die Arrhenius-Graphen waren linear und lieferten Aktivierungsenergieen zwischen 5,9 und 24,8 kJ/mol.

Depth profile of UV-induced wood surface degradation

SummariesThe depth profile of weathering effects on wood was studied after the laboratory ultraviolet exposure of fir-wood. The ‘thin strip’ method (ie the measurement of changes in tensile properties of microtomed wood sections) was modified in terms of exposure of batches of strips packed in bundles and exposed in a QUV apparatus. The bundles of strips were exposed untreated, covered with surface strips that had been impregnated with chromium (VI) trioxide or Fe(III) nitrate, or protected with free films of clear stain with photostabilisers and without photostabilisers.It has been shown that ultraviolet (UV) light penetrates the fir-wood surface to a depth greater than 70µm, resulting in changes in the tensile strength of the fir-wood strips to a depth of 70 to 140µm. Strength changes in lower levels (down to 280µm from the surface) could not be clearly attributed to a predominant effect of UV light, and were probably controlled by hydrolytic processes. 100 hours of exposure enabled the effectiveness of several treatments to be established. The clear stain, enriched with a UV absorber (Tinuvin 1130. Ciba) and a hindered amine light stabiliser (HALS compound type) (Tinuvin 292, Ciba), was shown to offer the best protection of the treatments studied. Impregnation with aqueous solutions of chromium (VI) trioxide and Fe(III) nitrate proved ineffective in photostabilising the wood surface.RésuméLe profil en profondeur de l’effet des intempéries sur le bois a été étudié après l’exposition du bois de sapin à [la lumière] UV au laboratoire. La méthode coupe mince (c’est à dire la mesure des changements des propriétés de la tension de coupes de bois coupées au microtome) a été modifiée pour ce qui est de l’exposition de groupes de coupes emballés en fagots et exposés en appareil QUV. Les fagots de coupes ont été exposé sans traitement, avec les coupes extérieures imprégnées de chrome (VI) trioxyde ou de Fe(III) nitrate, ou protégés par des films libres de teinture incolore avec et sans photostabilisants.Il a été montré que les rayons UV pénètrent la surface du bois de sapin jusqu’à une profondeur de plus de 70µm, et produisent un changement de la force de tension des coupes de bois de sapin jusqu’à une profondeur de 70 à 140µm. Des changements de force aux niveaux plus bas (jusqu’à une profondeur de 280[m de la surface) ne pouvaient pas être incontestablement attribués à un effet prédominant de rayons UV, et étaient probablement contrôlés par des procédés hydrolytiques. 100 heures d’exposition ont permis la confirmation de l’efficacité de plusieurs traitements. La teinture incolore, enrichie d’un absorbeur UV (Tinuvin, 1130 Ciba) et d’un stabilisateur de lumière de type amine à empêchement (HALS type composé) (Tinuvin 292, Ciba) s’est montrée capable d’offrir la meilleure protection parmi les traitements étudiés. Imprégner d’une solution aqueuse de chrome (VI) trioxyde et de Fe (III) nitrate n’était pas efficace pour la photostabilisation de la surface du bois.ZusammenfassungFichtenholz wurde im Labor UV-Strahlung ausgesetzt und das Tiefenprofil des Verwitterungseffektes danach studiert. Die “thin strip”-Methode (d.h. die Messung von Veränderungen den tensilen Eigenschaften von mikrotomierten Holzsektionen) wurde verändert insofern als Packen von Holzstreifen gebündelt und so dem QUV-Apparat ausgesetzt wurden. Diese Bündel wurden unbehandelt der Strahlung ausgesetzt, aber wurden entweder mit einer dünnen Lage von Holzstreifen bedeckt, die mit Chrom(VI)trioxid oder Fe(III)nitrat getränkt waren, oder mit Filmen eines klaren Anstriches mit oder ohne Fotostabilisatoren.Wir zeigten daß UV-Licht das Fichtenholz zu einer Tiefe von über 70µm penetriert, was die tensilen Eigenschaften des Holzes in eine Tiefe von 70 bis 140µm verändert. Veränderungen der Holzstärke in tieferen Schichten (bis zu 280µm von der Oberfläche) konnten nicht eindeutig auf die UV-Strahlung zurückgeführt werden, und waren wahrscheinlich von hydrolytischen Prozessen kontrolliert. 100 Stunden Lichtaussetzung erlaubte es uns, die Effektivität von verschiedenen Schutzmethoden zu bewerten. Der klare Anstrich der einen UV-Absorber (Tinuvin 1130, Ciba) und einen gehinderten Lichtstabilisator auf Aminbasis vom HALS-Type (Tinuvin 292, Ciba) enthielt, wies die besten Schutzeigenschaften auf. Die Behandlung mit wäßrigen Lösungen auf Chrom(VI)trioxid oder Fe(III)nitrat war kein effektiver Fotostabilisator.

Structural and fractographic SEM analysis of exterior coated wood

SummariesThis paper reports the use of structural and fractographic scanning electron microscopic analysis in the evaluation of the performance and durability, by natural and artificial exposure trials of low VOC solvent-borne and current water-borne coatings and also semi-transparent stains when compared with opaque white paints. Two species of wood, pine and spruce were used in these tests.RésuméCet exposé offre un compte rendu de l’emploi de l’analyse structurelle et fractographique par microscopie électronique à balayage pour évaluer le rendement et la durabilité par les essais d’exposition aux intempéries et de vieillissement accéléré de revêtements aux solvants à faible teneur en solvants organiques volatils et aussi ceux hydrodiluable actuellement disponibles et d’ailleurs des teintures semi-transparentes en comparaison des opaques peintures blanches. Deux espèces de bois, du pin et d’épice ont été utilisées pour ces essais.ZusammenfassungDieser Vortrag berichtet die Anwendung der strukturelle und fratographishe Rasterelektronenmikroskopischanalyse zur Bewertung der Leistung und Dauerhaftigkeit mittels Au en- und Kurzbewitterung der niedrig-VOC lösemittelhältige und gegenwärtige wässrigen Farbe und auch halbdurchlassige Beizen im Vergleich den opalen Weißfarben. Zwei Holzspezies, Kiefer und Fichte wurden fur diese Prüfungen gebraucht.

Spectral sensitivity in the photodegradation of fir wood (Abies alba Mill.) surfaces: correspondence of physical and chemical changes in natural weathering

The main purpose of this study was to demonstrate and compare the effect of specific wavebands of light on colour changes, chemical breakdown and mechanical properties of fir wood surfaces during different stages of natural exposure. Spectral sensitivity was determined by exposing samples to sunlight behind different glass cut-off filters, under which a pack of three 80-μm-thick wood strips represented the composite surface layer of fir wood. It was found that colour changes, mechanical degradation and chemical changes develop in different chronological orders and at different rates and form different depth profiles. It was demonstrated that all of the methods of exposure and analysis employed in this study on wood photodegradation have their limitations and give different indications as to the development of the degrading processes. Discoloration can register the photodegradation readily, intensively and at a greater depth below the surface compared to the microtensile testing method or FTIR-ATR technique. Only combined observations and comparisons of results of different methods can give a comprehensive image of the photodegradation process.

Adhesion of water-borne acrylic and hybrid paint on wood treated with primers.

SummariesSpruce substrates of radial and tangential texture were treated successfully with isocyanate-based and resorcinol-based primers to improve the adhesion of water-borne paint in dry and wet conditions. Microscopic evidence showed that the wet adhesion of the acrylic or hybrid base coats was severely impaired by water ingress to these porous and brittle layers. Direct application of the finishing coat on wood, especially on that treated with primers, proved advantageous over base-coat/finishing-coat systems in terms of wet adhesion.RésuméSupports de spruce de texture radiale et tangentiale ont été traités avec succès par primaires à base d’isocyanates où de résorcinol pour améliorer l’adhérence de peintures hydrodiluables pendant des conditions sêches ou humides. L’évidence microscopique met en évidence que l’adhérence aux supports de bois humide des peintures acryliques ou hybrides a été gravement mise en question par l’entrée d’eau à ces couches perméables et friables. L’application directe de la couche de finition sur le bois, particulièrement sur le bois qui a été traité de primaires, se montre avantageuse en termes d’adhérence par les conditions humides que les systèmes couche de fond/couche de finition.ZusammenfassungSubstrate aus Fichte mit radialer und tangentieller Struktur wurden erfolgreich mit Isocyanat- und Resorcinolgrundierung behandelt um die Adhäsion von wäßrigen Acrylen unter trockenen und nassen Bedingungen zu verbessern. Mikroskopische Untersuchungen zeigten daß die Naß-Adhäsion von Acryl- und Hybridgrundierungen durch das Eindringen von Wasser in die porösen und spröden Lagen deutlich geschädigt wurde. Die direkte Anwendung von einem Deckanstrich, insbesondere an grundiertem Holz, bot bessere Naß-Adhäsion gegenüber Systemen ohne Grundierung