Summary
The hysteresis effect in the adsorption and desorption of water vapor by wood has been variously explained as a consequence of differences in (1) the availability of bonding sites for sorption on molecular surfaces, (2) the degree of aggregation of a swelling or shrinking cellulosic gel system, and (3) the wettability of submicroscopic capillaries within the cell wall.
The wettability hysteresis of 28 tropical woods, calculated as the ratio of cosines of advancing and receding contact angles made by water, has been determined by the inclined plate method.
For 13 of these species the availability of complete sorption isotherms permitted analysis by means of the Hailwood-Horrobin model to differentiate between monomolecular and polymolecular sorbed moisture. In the upper range of relative humidities, total sorption hysteresis is primarily the result of hysteresis in polymolecular sorption.
Positive relationships found in this study between polymolecular sorption hysteresis and wettability hysteresis are consistent with the Kelvin equation with respect to the effect of varying contact angle and give at least partial support to Zsigmondy's explanation of hysteresis as a phenomenon of capillary condensation.
Total sorption hysteresis for all 28 species in the upper range of relative humidities was also positively correlated with wettability hysteresis due to the predominant effect of polymolecular sorption hysteresis. It may be concluded that in the range of relative humidity above 60 percent, hysteresis shown by typical sigmoid isotherms is to a considerable degree a phenomenon of capillary condensation explainable by the Kelvin equation in its complete form including cosine of contact angle.
Zusammenfassung
Die Hysterese bei Adsorption und Desorption von Wasserdampf in Holz wird in der Regel als Folge von Unterschieden bei 1. der Zugänglichkeit von Bindungsstellen für die Sorption an molekulare Schichten, 2. des Aggregatzustandes eines quellenden oder schwindenden Cellulose-Gel-Systems und 3. der Benetzbarkeit der submikroskopischen Kapillaren innerhalb der Zellwand erklärt. Die Benetzbarkeits-Hysterese bei 28 tropischen Holzarten wurde durch das Verfahren mit geneigter Ebene bestimmt durch die Berechnung des Verhältnisses der cos-Werte des vorderen und hinteren Kontaktwinkels von Wasser.
Bei 13 der geprüften Holzarten erlaubte das Vorhandensein der vollständigen Sorptionsisothermen eine Analyse mit Hilfe des Hailwood-Horrobin-Modells zur Unterscheidung zwischen monomolekular und polymolekular sorbierter Feuchtigkeit. In den höheren Bereichen der relativen Feuchtigkeit ist die Gesamtsorptionshysterese vorwiegend das Ergebnis der polymolekularen Sorption.
Die in dieser Untersuchung gefundenen positiven Zusammenhänge zwischen der Hysterese der polymolekularen Sorption und der Benetzungshysterese stehen in Übereinstimmung mit der Kelvinschen Gleichung hinsichtlich des Einflusses des variierenden Kontaktwinkels und sie unterstützen, zumindest teilweise, die Theorie von Zsigmondy über die Hysterese als einer Erscheinung der Kapillar-Kondensation.
Im oberen Bereich der relativen Feuchtigkeiten korrelierte die Gesamt-Sorptionshysterese für alle 28 Holzarten ebenfalls positiv mit der Benetzungshysterese infolge des überwiegenden Einflusses der polymolekularen Sorptionshysterese. Hieraus kann geschlossen werden, daß im Bereich der relativen Feuchtigkeit über 60% die Hysterese, die sich in einem typischen S-förmigen Verlauf der Sorptionsisothermen zeigt, zu einem wesentlichen Grade eine Erscheinung der Kapillarkondensation ist und durch die gesamte Kelvin-Gleichung, einschließlich des cos-Kontaktwinkels, erklärt werden kann.
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This research is part of a comprehensive study being conducted at the Yale School of Forestry in cooperation with the Office of Naval Research, U.S. Navy, under Contract No. 609(13), Project NR 330-001, Properties of Tropical Woods.
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Chen, CM., Wangaard, F.F. Wettability and the hysteresis effect in the sorption of water vapor by wood. Wood Science and Technology 2, 177–187 (1968). https://doi.org/10.1007/BF00350907
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