Πτυχιακή Εργασία του Νικολάου Α. Γκανά. Υπεύθυνη καθηγήτρια: Καπνιστή Μαρία

Transcript

1 ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ: ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΥΠΟΔΟΜΗΣ Επίδραση της Υγρασίας στις Ιδιότητες του Ξύλου και Προστασία του με τη Χρήση Βερνικιών Πτυχιακή Εργασία του Νικολάου Α. Γκανά Υπεύθυνη καθηγήτρια: Καπνιστή Μαρία ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2013

2 Εισαγωγή Ορισμός Ξύλου: Ξύλο είναι σκληρή ινώδης κυτταρινική ουσία από την οποία αποτελούνται κατά κύριο λόγο ο κορμός, τα κλαδιά και οι ρίζες των δέντρων, των θάμνων και γενικότερα των ξυλωδών λεγόμενων φυτών. Χρήσεις του Ξύλου: Ως καύσιμη ύλη, Ως πρώτη ύλη για την παραγωγή χαρτιού, πασσάλων, στύλων, παλετών, Ως ανακυκλώσιμο και επαναχρησιμοποιήσιμο υλικό. Η ζήτηση για το ξύλο είναι πολύ μεγάλη και αυξάνει συνεχώς, γεγονός που πολλές φορές παρατηρούνται ζημιογόνα αποτελέσματα για το περιβάλλον.

3 Δομή και σύσταση του ξύλου Το ξύλο ως οργανική πρώτη ύλη αποτελείται από: Άνθρακα (48-51%) Οξυγόνο (43-45%) Υδρογόνο (5-7-%) Άζωτο (0,1-0,3%) και Τέφρα (0,2-0,6%). Τα χημικά συστατικά του ξύλου διακρίνονται: Μακρομοριακές ενώσεις (μεγάλο μοριακό βάρος) Μικρομοριακές ενώσεις Μακρομοριακές ενώσεις: Κυτταρίνη Ημικυτταρίνες (πολυόζες) Λιγνίνη

4 Δομή και σύσταση του ξύλου Μικρομοριακές ενώσεις: δεν παίρνουν μέρος στη δομή του ξύλου, αλλά υπάρχουν μέσα στα τοιχώματα και τις κοιλότητες των κυττάρων. Διακρίνονται σε οργανικές ουσίες (εκχυλίσματα) και σε ανόργανες (τέφρα)

5 Υγρασία Υγρασία είναι η περιεκτικότητα του αέρα σε νερό με την μορφή υδρατμών. Το ποσό της υγρασίας δεν είναι σταθερό, αλλά μεταβάλλεται συναρτήσει της θερμοκρασίας. Όσο αυξάνεται η θερμοκρασία αυξάνεται, τόσο αυξάνεται και το ποσό της υγρασίας. Ο υπολογισμός της υγρασίας για τα ξύλα γίνεται με τον παρακάτω τύπο: Wx W Y 0 100% W όπου: Υ = Υγρασία του ξύλου (%) W x = Αρχικό βάρος ή υγρό βάρος (g) W 0 = Απόλυτα ξηρό βάρος (g) 0 Το ξύλο έχει την ιδιότητα να προσλαμβάνει υγρασία από το περιβάλλον είτε σε υγρή μορφή (επαφή με νερό) είτε σε μορφή υδρατμών από την ατμόσφαιρα. Η ιδιότητα αυτή ονομάζεται υγροσκοπικότητα. Αποτελεί σημαντική ιδιότητα, διότι επηρεάζει καθοριστικά τις υπόλοιπες ιδιότητες του ξύλου.

6 Επίδραση της Υγρασίας στο ξύλο Η Υγρασία επηρεάζει σχεδόν όλες τις ιδιότητες του ξύλου. Οι σημαντικότερη επίδρασή της όμως είναι: στην πυκνότητα του ξύλου και στις διαστάσεις του (ρίκνωση και διόγκωση) Ρίκνωση: το φαινόμενο κατά το οποίο οι διαστάσεις του ξύλου μειώνονται εξαιτίας της αποβολής υγρασίας του. Διόγκωση είναι το αντίστροφο της ρίκνωσης. Δηλαδή, είναι η αύξηση των διαστάσεων του ξύλου λόγω της προσρόφησης υγρασίας από το περιβάλλον. Η πυκνότητα είναι το μέτρο της μάζας που περιέχεται σε ορισμένο όγκο ξύλου. Κυμαίνεται γενικά από 0,1 ως 1,2g/cm 3. Η πυκνότητα εξαρτάται όχι μόνο από το είδος του δέντρου αλλά ακόμη και από την θέση του ξύλου στον κορμό. Ακόμα η πυκνότητα επηρεάζεται και από την υγρασία (μεγαλύτερη υγρασία-μεγαλύτερη πυκνότητα) και από την παρουσία ελαττωμάτων, όπως είναι οι ρόζοι.

7 Επίδραση της Υγρασίας στο ξύλο Επίσης, η παρουσία υγρασίας στο ξύλο μπορεί να οδηγήσει στην προσβολή του από μικροοργανισμούς και μύκητες. Ρίκνωση, στρέβλωση και ραγάδες σε ξύλο εξαιτίας απότομων μεταβολών υγρασίας Προσβολή ξύλου από λευκό μύκητα Γενικότερα, η υγρασία επηρεάζοντας τις ιδιότητες του ξύλου μπορεί να οδηγήσει από την καταστροφή της δομής του ξύλου μέχρι και την αστοχία της κατασκευής.

8 Τρόποι Προστασίας του Ξύλου από την Υγρασία Η προστασία του ξύλου από την προσρόφηση υγρασίας μπορεί να γίνει με: Ξήρανση του ξύλου (φυσική και χημική) Χρήση βερνικιών Φυσική ξήρανση: Τοποθετούνται τα ξύλα κάτω από ένα απλό ή εν μέρει κλειστό υπόστεγο, διαχωριζόμενα σε κατάλληλες αποστάσεις μεταξύ τους ώστε να γίνεται καλύτερος αερισμός των προς ξήρανση ξύλων. Χημική ξήρανση: Ο εμποτισμός των επιφανειακών στρωμάτων των ξύλων με διάλυμα, οπότε η ξήρανση αρχίζει από τα εσωτερικά στρώματα, ενώ τα εξωτερικά διατηρούν το μεγαλύτερο ποσοστό υγρασίας. Έτσι αποφεύγονται ρηγματώσεις. Ξηρό ξύλο θεωρείται ένα ξύλο όταν το ποσοστό της περιεχόμενης υγρασίας του είναι μικρότερο του 20% του ξηρού του βάρους.

9 Βερνίκια Οι κατηγορίες βερνικιών που χρησιμοποιούνται με οργανικό διαλύτη και τα υδατοδιαλυτά βερνίκια. Τα βερνίκια οργανικού διαλύτη αποτελούνται κατά κανόνα από ένα δραστικό συστατικό (πχ.μυκητοκτόνο) διαλυμένο σε οργανικό διαλύτη. Τα υδατοδιαλυτά βερνίκια είναι συνήθως ανόργανα άλατα μετάλλων. Μεγάλο μειονέκτημα είναι ότι εκλύονται σχετικά εύκολα από την μάζα του ξύλου και έτσι μειώνεται η δραστικότητά τους και η προστασία τους με την πάροδο του χρόνου.

10 Ξύλα που χρησιμοποιήθηκαν Για την εκπόνηση της παρούσας πτυχιακής εργασίας χρησιμοποιήθηκαν δυο συγκεκριμένα ξύλα. Ένα μαλακής ξυλείας και ένα σκληρής ξυλείας. Ελάτη (ή ερυθρελάτη): Ανήκει στην κατηγορία της μαλακής ξυλείας, Χρησιμοποιείται σε οικοδομικές κατασκευές, στύλους κ.α. Έχει πυκνότητα περίπου 0,42 g/cm 3, Εύκολο στο βάψιμο, στην κόλληση στο βερνίκωμα κλπ. Μαόνι: Κατέχει μια από τις πρώτες θέσεις στις προτιμήσεις των Ελλήνων καταναλωτών, Είδος τροπικής ξυλείας και ανήκει στην κατηγορία της σκληρής ξυλείας, Είναι αρκετά σκληρό, αλλά μπορεί να κατεργασθεί ιδιαίτερα εύκολα, Έχει πυκνότητα περίπου 0,57 g/cm 3, Χρησιμοποιείται σε πολλές εξωτερικές κατασκευές, αλλά και για διακόσμηση εσωτερικού χώρου.

11 Πειραματικό Μέρος Πραγματοποιήθηκε μια σειρά πειραμάτων, τα οποία είχαν εφαρμογή σε τρεις κατηγορίες δοκιμίων: Κατηγορία X.i: Αναφέρεται σε δοκίμια στα οποία δεν εφαρμόστηκε κανένα βερνίκι, Κατηγορία 1.i : Αναφέρεται σε δοκίμια στα οποία εφαρμόστηκε υδατοδιαλυτό βερνίκι και Κατηγορία 2.i: Αναφέρεται σε δοκίμια στα οποία εφαρμόστηκε βερνίκι με οργανικό διαλύτη. Υδατοδιαλυτό βερνίκι: βερνίκι πολυουρεθάνης, ενός συστατικού το οποίο είναι κατάλληλο για κάθε είδους ξύλινη επιφάνεια σε εξωτερικό είτε εσωτερικό χώρο. Βερνίκι με οργανικό διαλύτη: Υλικό εμποτισμού το οποίο έχει χαμηλή περιεκτικότητα σε τανίνες.

12 Πειραματικό Μέρος Πείραμα 1 ο : Προσδιορισμός της Υγρασίας Υγρασία ανά ημέρα. Δοκίμια διαστάσεων: 2x2x2 cm 5x5x5 cm Πειραματική διαδικασία: 1.Ζύγιση δοκιμίων, 2.Τοποθέτηση σε πυριαντήριο σε θερμοκρασία 103 ± 2 C μέχρι σταθερούς βάρους. 3.Τοποθέτηση σε ξηραντήρα μέχρι να αποκτήσουν θερμοκρασία δωματίου.

13 Πειραματικό Μέρος Πείραμα 2 ο : Υπολογισμός της Πυκνότητας με την μέθοδο Paul Δοκίμια διαστάσεων: 1x1x10 cm Πειραματική διαδικασία: 1.Μέτρηση πυκνότητας δοκιμίων (βύθιση σε ογκομετρικό κύλινδρο), 2.Τοποθέτηση σε πυριαντήριο σε θερμοκρασία 103 ± 2 C μέχρι σταθερούς βάρους. 3.Τοποθέτηση σε ξηραντήρα μέχρι να αποκτήσουν θερμοκρασία δωματίου, 4.Μέτρηση τελικής πυκνότητας. Πρόχειρη εκτίμηση της πυκνότητας με τη μέθοδο PAUL

14 Πειραματικό Μέρος Πείραμα 3 ο : Ρίκνωση Μέγιστη Ρίκνωση, Ογκομετρική Ρίκνωση Δοκίμια διαστάσεων: 3x3x1,5 cm Για εφαπτομενική και ακτινική τομή Πειραματική διαδικασία: 1. Μέτρηση των διαστάσεων των δοκιμίων, 2. Τοποθέτηση σε πυριαντήριο σε θερμοκρασία 103 ± 2 C μέχρι σταθερούς βάρους. 3. Τοποθέτηση σε ξηραντήρα μέχρι να αποκτήσουν θερμοκρασία δωματίου και μετριούνται ξανά οι διαστάσεις τους.

15 Πειραματικό Μέρος Πείραμα 4 ο : Διόγκωση Μέγιστη Διόγκωση, Ογκομετρική Διόγκωση Δοκίμια διαστάσεων: 3x3x1,5 cm Για εφαπτομενική και ακτινική τομή Πειραματική διαδικασία: 1.Μέτρηση των διαστάσεων των δοκιμίων, 2.Βύθιση σε νερό μέχρις ότου να κορεσθούν τα κυτταρικά τους τοιχώματα. 3.Μέτρηση των χλωρών διαστάσεων των δοκιμίων.

16 Αποτελέσματα Μέσος Όρος Ρίκνωσης Ελάτου - Ακτινική Τομή & Εφαπτομενική Τομή 0,050 0,040 0,030 0,020 0,010 0,000 Χ.i 1.i 2.i Ογκομετρική Ογκομετρική Ρίκνωση 0,120 0,100 0,080 0,060 0,040 0,020 0,000 Χ.i 1.i 2.i Ογκομετρική Ογκομετρική Ρίκνωση Μέσος Όρος Ρίκνωσης Μαονιού - Ακτινική Τομή & Εφαπτομενική Τομή 0,050 0,040 0,030 0,020 0,010 0,000 Ογκομετρική Ογκομετρική Ρίκνωση 0,060 0,050 0,040 0,030 0,020 0,010 0,000 Χ.i 1.i 2.i Ογκομετρική Ογκομετρική Ρίκνωση Χ.i 1.i 2.i

17 Αποτελέσματα Μέσος Όρος Διόγκωσης Ελάτου - Ακτινική Τομή & Εφαπτομενική Τομή 0,090 0,080 0,070 0,060 0,050 0,040 0,030 0,020 0,010 0,000 Χ.i 1.i 2.i Ογκομετρική Ογκομετρική Ρίκνωση 0,120 0,100 0,080 0,060 0,040 0,020 0,000 Χ.i 1.i 2.i Ογκομετρική Διόγκωση Ογκομετρική Διόγκωση Μέσος Όρος Διόγκωσης Μαονιού - Ακτινική Τομή & Εφαπτομενική Τομή 0,080 0,070 0,060 0,050 0,040 0,030 0,020 0,010 0,000 Ογκομετρική Ογκομετρική Ρίκνωση 0,080 0,060 0,040 0,020 0,000 Χ.i 1.i 2.i Ογκομετρική Ογκομετρική Διόγκωση Χ.i 1.i 2.i

18 Αποτελέσματα Επίδραση της υγρασίας στην πυκνότητα του Έλατου και του Μαονιού Έλατο Δοκίμιο Αρχικό Βάρος (g) Τελικό Βάρος (g) Χ.1 0,550 0,520 Χ.2 0,580 0,520 Χ.3 0,580 0,510 Χ.4 0,580 0,510 Χ.5 0,550 0, ,650 0, ,640 0, ,620 0, ,650 0, ,650 0, ,680 0, ,650 0, ,640 0, ,620 0, ,680 0,610 Μαόνι Δοκίμια Αρχικό Βάρος (g) Τελικό Βάρος (g) Χ.1 0,730 0,700 Χ.2 0,780 0,690 Χ.3 0,810 0,720 Χ.4 0,750 0,690 Χ.5 0,780 0, ,720 0, ,780 0, ,750 0, ,810 0, ,700 0, ,780 0, ,720 0, ,790 0, ,800 0, ,790 0,750

19 Συμπεράσματα Όλα τα αποτελέσματα έδειξαν πως η υγρασία επηρεάζει άμεσα και σε σημαντικό βαθμό την πυκνότητα και τις διαστάσεις του μαονιού και του ελάτου. Το ξύλο μπορεί να προστατευτεί περισσότερο με την χρήση οργανικών βερνικιών και παρά με την χρήση υδατοδιαλυτών βερνικιών.

20 Ευχαριστώ πολύ