IL-behandelte Hölzer
Abbildung 1 zeigt das Aussehen von unbehandelten und IL-behandelten Holzproben. Bei den verschiedenen IL-behandelten Hölzern wurden keine Verwerfungen oder Risse beobachtet, und es wurde keine signifikante Farbänderung festgestellt. Tabelle 2 zeigt die Zunahme in Gewichtsprozent (WPG) und den Quellungskoeffizienten (B) für die bewerteten IL-behandelten Hölzer. Bei allen ionischen Flüssigkeiten waren die WPG-Werte positiv, was anzeigt, dass die ionischen Flüssigkeiten erfolgreich in das Holz imprägniert wurden. Der WPG variierte von 22 bis 27 %, was darauf hindeutet, dass es keinen großen Unterschied zwischen den getesteten ILs in Bezug auf den WPG zu geben schien. Diese Ergebnisse zeigten, dass bei den in dieser Studie verwendeten ionischen Flüssigkeiten die Struktur des Kations einen vernachlässigbaren Einfluss auf den Grad der Holzimprägnierung hatte. Das [MPPL]PF6, [MPPR]PF6, [EMIM]PF6 und [BPYR]PF6-ILs hatten positive B-Werte zwischen 3,0 und 4,5 %. Dieses Ergebnis zeigte, dass diese Reagenzien in die Zellwände der Holzproben imprägniert waren. Im Gegensatz, [TBP]PF6 u [THP]PF6 hatte negative B-Werte, was anzeigt, dass das Volumen des Holzes nach der IL-Behandlung abnahm. Das ist wahrscheinlich [TBP]PF6 u [THP]PF6 wurden in das Zelllumen imprägniert, drang aber nicht in die Zellwand ein; dies würde zu einem Schrumpfen der Zellen führen, wenn sich die ionische Flüssigkeit während des Trocknungsprozesses im Zelllumen aggregiert. Daraus wurde geschlossen, dass die Struktur des Kations in den in dieser Studie verwendeten ionischen Flüssigkeiten auf PF6-Basis einen signifikanten Einfluss auf B.
Abbildung 1
Das Aussehen von IL-behandelten Hölzern wurde in dieser Arbeit untersucht.
Abbildung 2 zeigt die SEM-Aufnahmen radialer Schnitte der IL-behandelten Holzproben. Es wurden keine ionischen Flüssigkeiten nachgewiesen [MPPL]PF6- u [MPPR]PF6-behandeltes Holz (Abb. 2b,c). In dem [EMIM]Bei mit PF6 behandeltem Holz wurde eine sehr kleine Menge ionischer Flüssigkeit in den Vertiefungen beobachtet, was durch einen Pfeil in Fig. 2d angezeigt wird. Im Gegensatz dazu sind die mikroskopischen Aufnahmen von [TBP]PF6- u [THP]Mit PF6 behandeltes Holz zeigt signifikante Mengen an ionischen Flüssigkeiten im Zelllumen, wie durch die Pfeile in Abb. 2e,f angedeutet. Im [TBP]Bei mit PF6 behandeltem Holz lag die ionische Flüssigkeit als blockförmige Masse vor, während in [THP]Bei mit PF6 behandeltem Holz wurde die IL als Klumpen beobachtet. Im [BPYR]Bei mit PF6 behandeltem Holz wurde um die Vertiefungen herum eine kleine runde IL-Masse beobachtet. Darauf deuteten diese Ergebnisse hin [MPPL]PF6, [MPPR]PF6, [EMIM]PF6 und [BPYR]PF6 wurden hauptsächlich in die Zellwand imprägniert. Im Gegensatz, [TBP]PF6 u [THP]PF6 wurden in das Zelllumen imprägniert. Diese Ergebnisse stimmen mit den in Tabelle 1 gezeigten entsprechenden B-Werten überein.
Figur 2
REM-Aufnahmen radialer Schnitte von IL-behandelten Hölzern: (a) unbehandelt; (b) [MPPL]PF6; (c) [MPPR]PF6; (d) [EMIM]PF6; (und) [TBP]PF6; (f) [THP]PF6; (g) [BPYR]PF6. Pfeile zeigen ionische Flüssigkeit an.
Tabelle 1 In dieser Studie verwendete ionische Flüssigkeiten.
Anti-Schwell-Wirkung
Tabelle 2 zeigt die ASE verschiedener IL-behandelter Holzproben. Das [EMIM]PF6-behandeltes Holz hatte den höchsten Wert (38,0 %) unter den untersuchten IL-behandelten Hölzern. Die ASEs von [MPPL]PF6-, [MPPR]PF6- und [BPYR]PF6-behandelte Hölzer lagen im Bereich von 20–30 %, während die ASEs von [TBP]PF6- u [THP]PF6-behandeltes Holz war signifikant kleiner (1,4 % bzw. 0,3 %). Die ASEs dieser beiden Arten von IL-behandelten Hölzern waren niedrig, da eine große Menge an ionischer Flüssigkeit in den Zelllumen vorhanden war, was zu den negativen B-Werten führte (Abb. 2 und Tabelle 2). Da die IL-behandelten Hölzer ein breites Spektrum an ASEs aufwiesen, wurde der Schluss gezogen, dass die Dimensionsstabilität dieser behandelten Hölzer nicht auf PF6− (das gemeinsame Anion aller in dieser Studie verwendeten ionischen Flüssigkeiten) zurückzuführen war, sondern vielmehr bestimmt wurde durch das IL-Kation.
Tabelle 2 Zunahme in Gewichtsprozent, Quellungskoeffizient, Antiquellwirkung und Auswaschbarkeit von IL-behandelten Hölzern.
Auswaschbarkeit von ILs
Tabelle 2 zeigt auch die Auslaugbarkeit der PF6-basierten ILs aus den entsprechenden IL-behandelten Hölzern. Die Auslaugbarkeit von [MPPL]PF6 u [EMIM]PF6 waren 73,8 % bzw. 73,5 %, was die höchsten unter den in dieser Studie getesteten ionischen Flüssigkeiten waren. Das [MPPR]PF6 u [BPYR]PF6-ILs zeigten auch hohe Auswaschbarkeit (59,8 % bzw. 53,5 %). Da in diesen Fällen mehr als die Hälfte der imprägnierten ionischen Flüssigkeit ausgelaugt wurde, wird davon ausgegangen, dass diese vier ionischen Flüssigkeiten aus IL-behandelten Hölzern ausgelaugt werden. Im Gegensatz, [TBP]PF6 u [THP]PF6 zeigte viel geringere Auslaugbarkeitswerte (2,7 % bzw. 2,5 %). Daher ist es unwahrscheinlich, dass diese ionischen Flüssigkeiten aus IL-behandelten Hölzern ausgelaugt werden. Es ist vernünftig zu schlussfolgern, dass sich diese ionischen Flüssigkeiten nicht in Wasser auflösen, weil sie lange Alkylketten in ihrer Molekülstruktur haben, die ihnen hydrophobe Eigenschaften verleihen. Gesamt, [TBP]PF6 u [THP]Es wird erwartet, dass PF6 wirksame Chemikalien zur Verbesserung der Feuer- und Termitenbeständigkeit von Holz sind, ohne lange Zeit aus dem Holz auszulaugen.
Thermische Eigenschaften von IL-behandelten Hölzern
Abbildung 3 zeigt die thermogravimetrischen (TG) Kurven der präparierten IL-behandelten Hölzer im Vergleich zu denen von unbehandeltem Holz. Beim unbehandelten Holz traten etwa 75 % seines Gewichtsverlusts zwischen 300 und 350 °C auf. Anschließend wurde ein weiterer Gewichtsverlust von 400 bis 450 °C beobachtet, der das Restgewicht im Wesentlichen auf 0 % reduzierte. Die TG-Kurven der IL-behandelten Hölzer unterschieden sich deutlich von denen des unbehandelten Holzes. Jedoch wurden ähnliche TG-Kurven für alle in dieser Studie getesteten IL-behandelten Holzproben erhalten. Der mit abruptem Gewichtsverlust verbundene Temperaturbereich lag zwischen 300 und 350 °C, was im Vergleich zum ersten Gewichtsverlust bei unbehandeltem Holz zu einer niedrigeren Temperatur verschoben war. Das Restgewicht nach dieser Reduzierung betrug etwa 50 %. Anschließend nahmen die Gewichte der IL-behandelten Proben allmählicher ab als die von unbehandeltem Holz, und das Restgewicht erreichte ~ 40 % bei ungefähr 450 °C. Bei höheren Temperaturen nahm das Gewicht allmählich ohne abrupten Gewichtsverlust ab. Die Restgewichte der IL-behandelten Hölzer bei 800 °C erreichten 3,4 %, 4,6 %, 1,1 %, 1,8 %, 2,7 % und 3,7 % für [MPPL]PF6, [MPPR]PF6, [EMIM]PF6, [TBP]PF6, [THP]PF6 und [BPYR]PF6 bzw. Daraus wurde geschlossen, dass alle ILs den Gewichtsverlust aufgrund der Verbrennung des Holzes unterdrückten.
Figur 3
Thermogravimetrische Kurven der präparierten IL-behandelten Hölzer.
Fig. 4 zeigt die Kurven der Differentialthermoanalyse (DTA) der hergestellten IL-behandelten Hölzer sowie des unbehandelten Holzes. Bei unbehandeltem Holz werden große Spitzen bei etwa 350 °C und 430 °C beobachtet. Diese Temperaturen entsprechen den zweistufigen Gewichtsverlusttemperaturen, die auf der TG-Kurve für diese Probe aufgezeichnet wurden (Fig. 3). Die DTA-Kurven aller IL-behandelten Hölzer waren im Allgemeinen gleich. Der bei 350 °C im unbehandelten Holz beobachtete Peak verschob sich auf ~ 300 °C und nahm an Intensität ab, was darauf hinweist, dass die Wärmeerzeugung unterdrückt wurde. Oberhalb von 300 °C wurde eine breite Kurve beobachtet, die Temperaturen bis zu 550 °C überspannte, jedoch ohne große oder scharfe Merkmale. Daraus wurde geschlossen, dass alle IL-Behandlungen das Verbrennen von Holz unterdrückten. Aus den in den Fign. 3 und 4 verbesserten alle in dieser Studie getesteten ILs die Feuerbeständigkeit von Holz. Da darüber hinaus anscheinend keine großen Unterschiede zwischen den IL-behandelten Hölzern in Bezug auf die thermischen Eigenschaften beobachtet wurden (wie durch ihre ähnlichen TG- und DTA-Kurven belegt), ist es vernünftig zu schlussfolgern, dass die Feuerwiderstandswirkung nicht auf das Kation zurückzuführen ist , sondern ist auf das Anion PF6− zurückzuführen.
Figur 4
Differentialthermoanalysekurven der präparierten IL-behandelten Hölzer.
Termitenresistenz von IL-behandelten Hölzern
Abbildung 5 zeigt die Veränderungen der Sterblichkeit von Coptotermes formosanus für verschiedene IL-behandelte Hölzer im Vergleich zu unbehandeltem Holz während des Termitenresistenztests. Bei unbehandeltem Holz erreichte die Sterblichkeit nach 21 Tagen 13 %. Zum [TBP]PF6- u [BPYR]Bei mit PF6 behandelten Hölzern begann die Sterblichkeit nach etwa fünf Tagen anzusteigen und erreichte nach 21 Tagen > 90 %. Die Sterblichkeit auf [EMIM]Mit PF6 behandeltes Holz begann ebenfalls ab dem fünften Tag zu steigen; die Sterblichkeit erreichte jedoch auch nach 21 Tagen nur ~ 40 %. Zum [MPPR]Bei mit PF6 behandelten Hölzern begann die Sterblichkeit nach 20–21 Tagen stark anzusteigen. Bei den anderen IL-behandelten Hölzern schienen im Vergleich zu unbehandeltem Holz keine großen Unterschiede zu beobachten.
Abbildung 5
Veränderungen in der Sterblichkeit von Coptotermes formosanus (Shiraki) auf IL-behandelten Hölzern.
Abbildung 6 zeigt die Veränderungen der Sterblichkeit von Reticulitermes speratus für unbehandelte und IL-behandelte Hölzer während des Termitenresistenztests. Bei unbehandeltem Holz erreichte die Sterblichkeit nach 21 Tagen 74 %. Zum [MPPR]PF6-, [EMIM]PF6-, [TBP]PF6- und [BPYR]Bei mit PF6 behandelten Hölzern begann die Termitensterblichkeit bald nach Beginn des Tests anzusteigen und überstieg nach 14 Tagen 80 %. Die Sterblichkeit auf [MPPL]PF6- u [THP]Mit PF6 behandeltes Holz begann nach 10 Tagen zu steigen. Nach 17 Tagen überstieg die Sterblichkeit bei allen IL-behandelten Hölzern 90 %.
Abbildung 6
Veränderungen der Sterblichkeit von Reticulitermes speratus (Kolbe) auf IL-behandelten Hölzern.
Tabelle 3 zeigt den Gewichtsverlust verschiedener IL-behandelter Hölzer nach den Termitenresistenztests. Der Gewichtsverlust des unbehandelten Holzes nach dem Coptotermes formosanus-Resistenztest betrug 12,2 %, während der Gewichtsverlust von IL-behandelten Hölzern (außer [THP]PF6-behandeltes Holz) lagen im Wesentlichen bei 0 %. Sogar für [THP]Bei PF6-behandeltem Holz erreichte der Gewichtsverlust nur 2,1 % und war damit deutlich geringer als bei unbehandeltem Holz. Der Gewichtsverlust des unbehandelten Holzes nach dem Reticulitermes speratus-Resistenztest betrug 6,4 %, während der der IL-behandelten Hölzer nur bis zu 1,2 % erreichte. Die Ergebnisse in den Fign. 5 und 6 und Tabelle 3 bestätigen, dass die IL-behandelten Hölzer Termitenresistenz zeigten. Es wurde vorgeschlagen, dass die in dieser Studie verwendeten ionischen Flüssigkeiten die durch Coptotermes formosanus und Reticulitermes speratus verursachten Fraßschäden an Holz unterdrücken; Die Wirkung von ILs auf die Termitenresistenz war jedoch je nach Struktur des Kations unterschiedlich. Wie in Abb. 5 gezeigt, nimmt die Termitensterblichkeit zu [TBP]PF6- u [BPYR]Mit PF6 behandelte Hölzer stiegen im Vergleich zu unbehandeltem Holz schnell an. Die Ergebnisse in Tabelle 3 und Abb. 5 zeigen dies [TBP]PF6 u [BPYR]PF6 sind hochgiftig für Coptotermes formosanus. Die Sterblichkeitsraten auf [MPPL]PF6- u [MPPR]Mit PF6 behandeltes Holz war in der zweiten Hälfte des Termitenresistenztests etwas höher als das von unbehandeltem Holz (Abb. 5). Zusätzlich, [MPPL]PF6 u [MPPR]PF6 hinderte Coptotermes formosanus effektiv am Fressen, und aufgrund dieser Wirkung fraßen die Termiten diese IL-behandelten Hölzer nicht und verhungerten als Ergebnis. Das [THP]Es wurde auch angenommen, dass PF6 eine ähnliche Wirkung hat; Allerdings war seine Wirkung aufgrund der Termitensterblichkeit relativ geringer [THP]PF6-behandeltes Holz war auf dem gleichen Niveau wie unbehandeltes Holz (Abb. 5), und sein Gewichtsverlust nach dem Termitenresistenztest war höher als der von [MPPL]PF6- u [MPPR]PF6-behandelte Hölzer. [EMIM]Es wird angenommen, dass PF6 sowohl für Termiten giftig ist als auch verhindert, dass Termiten fressen, da die Sterblichkeit anhält [EMIM]PF6-behandeltes Holz stieg in der ersten Hälfte des Termitenresistenztests schnell an und stieg dann moderat weiter an, ähnlich dem Trend bei unbehandeltem Holz (Abb. 5). Im Fall von Reticulitermes speratus, obwohl die Unterschiede in den Termitensterblichkeitstrends unter den untersuchten IL-behandelten Hölzern nicht so ausgeprägt waren (Abb. 6), wird angenommen, dass ähnliche Wirkungen wie die für Coptotermes formosanus beschriebenen anwendbar sind. Es werden jedoch weitere genaue Untersuchungen zur Resistenz von IL-behandelten Hölzern gegenüber R speratus für notwendig erachtet. Folglich sind unter den in dieser Studie bewerteten ILs [TBP]PF6 u [BPYR]PF6 sind am wirksamsten in Bezug auf die Erhöhung der Termitenresistenz von Holz und können als gute Termitizide angesehen werden.
Tabelle 3 Gewichtsverlust von IL-behandelten Hölzern nach Termitentests.
