226 E. Rosa and H. Pereira: Heat Treatment of Cork Holzforschung 48(1994) 226-232 The Effect of Long Term Treatment at 100°C-150°C on Structure, Chemical Composition and Compression Behaviour of Cork By M. Emilia Rosa 1  and H. Pereira 2 'Departamento de Engenharia de Materials, Institute Superior Tecnico, Lisboa, Portugal 2  Departamento de Engenharia Florestal, Instituto Superior de Agronomia, Lisboa, Portugal Keywonds Cork Cellular materials Mechanical properties Chemical composition Thermal behaviour Summary The effects of heating of cork in air at 100 °C and 150°C for up to 42 days have been studied. Dimensional and mass changes induced by heat treatment were measured and the chemical composition was analysed. The thermal degradation of cork is small for short periods of treatment but increases with time and temperature. Cork looses after 42 days of treatment 6.8% of its mass at 100 °C and 19.9% at 150°C. Cork extractives and polysaccharides were found to be the most temperature labile components. The cellular structure, observed by scanning electron microscopy, did not change with treatment in these conditions. Compression curves of untreated and heat treated cork samples were obtained, which show an increase of compression strength upon heating for short exposure periods and a decrease for longer ones. The changes observed in the compression behaviour of cork treated at 100°C and 150°C were related to the chemical composition changes induced by heat treatment. Introduction Cork is a natural cellular material. The cells are closed, hollow and, on average, can be described äs hexagonal prismatic (Gibson and Ashby 1988; Per- eira et al 1987). The cells are packed base to base in columns parallel to the radial direction in the tree. Adjacent cells in adjacent columns have the bases staggered. The lateral cell walls show corrugations which are responsible for some of the special me- chanical properties of cork (Rosa and Portes 1988 a). The nomenclature used for directions and sections in cork is that generally used in the description of wood (Rosa and Portes 1991). The structure of this ma- terial is anisotropic, but, in first approximation, cork can be considered a transversally isotropic material because the radial direction is a simmetry direction (Rosa and Portes 1988 a; Rosa and Portes 1991). The compression curves (stress-strain curves) of cork show three different regions related to the three different mechanisms which are responsible for the deformation of flexible cellular materials: bending, buckling and crushing of the cell walls (Gibson and Ashby 1988; Rosa and Portes 1988 a). When com- pressed along the radial direction, cork shows a larger mechanical resistance than when compressed along non-radial directions (axial and tangential) (Gibson and Ashby 1988; Rosa and Portes 1988 a). These two directions show similar compression strengths. The effects on structure, chemical composition and mechanical behaviour of cork induced by heating in air and water vapour at temperatures in the ränge 100°C to 300 °C were already studied and published (Rosa and Portes 1988b; Pereira and Ferreira 1989; Rosa and Portes 1989; Pereira 1992). However, the results reported in those papers were related to heat treat- ments during periods up to l hour. During the indus- trial processing of cork, namely the production of cork composites, cork can be submitted to this ränge of temperatures for long periods. Otherwise, the effect of extend heating on the above referred to properties may be important for the performance of cork and cork products äs building materials and insulators. L·^ Experimental The samples used in this study were cut from a good quality reproduction corkboard, previously submitted to the boiling Oper- ation usual in the cork processing industry (approximately l hour immersion in boiling water). The density, measured upon equili^ bration in the laboratory atmosphere, was 160 ± lOkgm" 3 , and the moisture content of the equilibrated samples, determined by drying at 100°C during 24 hours, was 6.5%. Granulated cork, 40-60 mesh fraction, and cubes of ^Omm edge, with their faces perpendicular to the three principal directions of cork, were used. An extractive-free material was prepared from the granulated cork by successive extractions using dichloromethane, ethanol and water. The samples were isothermally treated in air at 100°C and 150°C in temperature controlled ovens during different periods up to 42 days. Mass loss was gravimetrically determined in relation tö moisture free material, in all cork samples. The granulated cork was used to determine chemical composition, while the cube specimens were used to observe structure and to determine dimensional changes and compression properties. Holzforschung / Vol. 48 / 1994 / No. 3 © Copyright 1994 Walter de Gruyter · Berlin · New York Brought to you by | New York University Bobst Library Technical Services Authenticated Download Date | 5/18/15 11:52 AM