بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش تیمار چوب صنوبر با استفاده از سه نوع رزین ملامین فرمالدئید، اوره فرمالدئید و ملامین-اوره فرمالدئید به همراه نانواکسید-روی مورد مطالعه قرار گرفت. پس از اشباع، نمونهها تحت پرس با فشار پرس 14 بار در دمای 170 درجه سانتیگراد قرار گرفتند، سپس مدول الاستیسیته و گسیختگی آن مورد ارزیابی قرار گرفت. بر طبق نتایج مدول خمشی و مدول الاستیسیته نمونههای تیمار شده با MF/N و MF بیشترین مقدار را داشته است و مقاومت خوبی را نسبت به سایر تیمارها از خود نشان داده است.
مقدمه
چوب بهعنوان ماده آلی که از درخت به دست میآید دارای طبیعت خاص خود میباشد و شناخت ویژگیهای آن با توجه به کاربرد آن در زندگی بشر، حائز اهمیت بوده و به کارگیری روشهای متنوع جهت بهبود خواص آن با توجه به نوع کاربرد امری ضروری میباشدب1ب.علی رغم تمامی مزیتهای فراوانی که چوب دارد، این ماده در اثر عوامل مکانیکی و بیرونی، تخریب می-شودب2ب. روشهای مختلفی از قبیل اصلاح حرارتی، اصلاح شیمیایی و استفاده از مونومرها و پلیمرهای مختلف جهت اصلاح ساختار چوب پیشنهاد شدهاستب3ب. استفاده از رزینهای ترموست جهت اصلاح چوب یکی از این روشهاست. این رزینها به طور گسترده در ساخت فرآوردههای مرکب چوبی مورد استفاده قرار میگیردب4ب . رزین ملامین فرمالدئید یک دسته مهم از رزینهای ترموست است که بصورت تجاری بیش از 60 سال مورد استفاده قرار میگیرد. ملامین فرمالدئید یکی از سختترین مواد پلیمری ایزوتروپیک است که با توجه به خواص سودمند آن از قبیل سختی بالا و اشتعالپذیری کم، دارای پتانسیل خوبی برای بهبود خواص چوب مانند سختی سطح و مقاومت در برابر هوازدگی میباشدب5ب. رزین اوره فرمالدهید رقم قابل توجهی از رزینهای سنتزی مورد استفاده در صنایع چوب را تشکیل میدهد. این رزین برای شرایط بیرونی کاربرد بسیار محدودی دارد، ولی به دلیل قیمت پایین، بیرنگ بودن، کاربرد آسان و گیرایی سریع در پرس گرم،جهت مصارف داخلی کاربرد گستردهای دارد.
رزین اوره فرمالدهید در دمای کمتری پلیمر میشود، سرعت زیاد پلیمریزاسیون آن موجب کاهش زمان پرس و افزایش راندمان خط تولید میگرددب6ب. رزین ملامین فرمالدهید به دلیل قیمت بالا، معمولا با رزینهای اوره فرمالدهید مخلوط میگردد، دوام اتصال رزین ملامین فرمالدهید تا حدودی کم شده ولی کماکان از کیفیت کاربردی در محیط خارجی برخوردار استب7 ب. مخلوط رزینهای ملامین-اوره فرمالدهید برای ساخت تختههایی که مقاومت نسبتا ضعیفی به شرایط جوی دارند، مصرف میشود. در اروپا از مخلوط چسبهای ملامین،اوره وفنل فرمالدهید جهت تولید پانلهای مقاوم به شرایط جوی استفاده میگرددب6ب. روش ساده برای تغییر عملکرد مکانیکی چوب متراکم کردن و روشهای مبتنی بر پر کردن حفره سلولی است که اصلاح با رزینها به تغییر دیواره سلولی منجر میشودب5ب. در×سالهای×اخیر×استفاده×از×نانوذرات×برای ×ساخت×مواد با ×خواص×و× کاربردهای×جدید×در×تمام زمینههای علمی گسترش×یافته× است؟ در مقایسه با مواد متعارف نانومواد دارای سطوح وسیعتری هستند.
به علاوه این مواد قادر به برهمکنش با گروههای شیمیایی مختلف به منظور افزایش میل ترکیبی آنها با ترکیبات ویژه میباشند. هدف نهایی از کاربرد مواد نانو، یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی با خواص جدید و متفاوت نسبت به خواص مواد معمولی میباشد، به گونهای که بتوانند کاربردهای گوناگونی را ارائه نمایند. با توجه به این مسئله، شناخت و استفاده از فناوری نانو در صنعت چوب، تولید محصولات جدید با ارزش افزوده بسیار بالا را ممکن میسازدب8ب به طور کلی با کوچکسازی ابعاد مواد، سطح ویژه آنها افزایش مییابد که این امر به معنی افزایش تعداد اتمهای در دسترس ماده و در نتیجه برهمکنش بیشتر این مواد با سایر مواد میباشد به همین خاطر این گونه مواد خصوصیات منحصر به فردی را از خود نشان میدهند. نانوذراتاکسیدروی نیز خواص متفاوتی را نسبت به حالت بالکی از خود نشان میدهد به طوری که با افزایش سطح ویژه، خاصیت جذب نوری، فعالیت قارچکشی و ضد باکتریایی آنها بیشتر میگرددب9ب. همچنین، خاصیت انتقال گرمای ذرات نانو، موجب بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی به دلیل تسریع در انتقال حرارت به چوب و تسریع فرآیند پلیمریزاسیون رزین میشودب10ب. دکا و سایکا - - 2000، اصلاح شیمیایی چوب با رزینهای ترموست را مورد مطالعه قرار دادند و اثر این رزینها بر ثبات ابعادی و مقاومت را ارزیابی کردند. نتایج نشان داد مدول گسیختگی و مدول الاستسیته افزایش پیدا کرده است همچنین بهبود در ثبات ابعادی بدست آمد. علاوه بر این، نمونهها مقاومت خوبی را در برابر حمله موریانه از خود نشان دادندب4ب. گئو فنگ و همکاران - - 2011، از پیش پلیمر اوره فرمالدئید استفاده کردند. با این فرض که اصلاح با تیمار شیمیایی و پرس گرم میتواند میزان و سرعت خشک شدن و نیز ویژگیهای فیزیکی و مکانیکی تیرهای چوبی را بهبود ببخشد. بر اساس یافتههای ایشان دانسیته اصلی چوب اصلاح شده 25/2 درصد بهبود یافته و مقاومت خمشی و مدول الاستیسیته خمشی به ترتیب به میزان 15/6 و 25 درصد افزایش یافته استب11ب؟× یانگ و همکاران - 2007 - ، ویژگیهای فیزیکی و مکانیکی تخته خرده ساخته شده از رزین ملامین-اوره فرمالدئید را مورد بررسی قرار داده و با تخته ساخته شده از اوره فرمالدئید مقایسه کردند. نتایج نشان داد تختههای حاصل از رزین ملامین-اوره فرمالدئید خصوصیات فیزیکی و مکانیکی بهتری داشته و مقدار انتشار فرمالدئید در آنها نسبت به تخته خرده ساخته شده از رزین اوره فرمالدئید کمتر است×.[12]
کای و همکاران - 2007 - تشکیل و خواص نانوکامپوزیتها از چوب آسپن جامد با ملامین-اوره فرمالدئید و رس را مورد مطالعه قرار دادند. خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت و اثر درمان نانوفیلرها بر روی این خواص بررسی شده است. برای نمونههایی که آغشته به مخلوط رزین MUF و مخلوط نانوذرات MUF آغشته شده اند، بهبود قابل توجهی در خواص فیزیکی و مکانیکی مانند چگالی، سختی سطح و مدول الاستیک وجود دارد×.[13] یکه خانی - - 1390، به بررسی اثر نانواکسید روی بر خواص فیزیکی و مکانیکی و بیولوژیکی دو گونه پهنبرگ راش ایرانی و توسکا پرداخت. نمونههای چوبی با روش سلول پر با محلولهای ppm5000 تیمار شدند و نمونههای آزمون بیولوژیکی به مدت 6 هفته در معرض قارچ پوسیدگی سفید قرار گرفتند. نتایج نشان داد که نمونههای راش و توسکا تیمار شده با نانواکسید روی تجاری و تولید شده در مقابل حمله قارچ رنگینکمان نسبت به نمونههای شاهد از خود مقاومت نشان دادند. همچنین کاهش جذب آب و کاهش واکشیدگی ابعاد نمونههای تیمار شده از دیگر نتایج این تحقیق بود. فشار موازی الیاف نیز در دو گونه تیمار شده افزایش یافت×.[14]
مواد و روشها
نمونه چوبی مورد آزمایش در این تحقیق، گونه چوب صنوبر میباشد. گرده بینهها در حدود 1 ماه در محیط کارگاه قرار گرفتند تا رطوبت آنها کاهش یافت. سپس پوست گردهبینهها توسط ابزار دستی گرفته و با رعایت جهتهای شعاعی و مماسی توسط اره نواری برش داده شد. چوبها در شرایط متعادلسازی در هوای آزاد و سرپوشیده حدود 2 ماه نگهداری شدند. طبق استاندارد نمونهها از برون چوب بدون گره و عدم وجود کپک زدگی، باختگی یا تخریب ناشی از قارچ بود. برای آزمون خمش نمونههایی با ابعاد 2×2×30 سانتیمتر انتخاب شد. در این مطالعه پودر نانواکسید روی از شرکت آلفا ایسر - ساخت آمریکا - با اندازه متوسط 67 نانومتر بدست آمد. رزین ملامین فرمالدئید مورد استفاده در این تحقیق، از کارخانه راشبینه واقع در گرگان، رزین اوره فرمالدئید از کارخانه ممتاز گلستان و رزین ملامین-اوره فرمالدئید از صنایع شیمیایی فارس واقع در شیراز تهیه گردید. هاردنر مورد استفاده برای رزینهای مورد بررسی کلرید آمونیوم از شرکت آروین شیمی بود که به میزان 2درصد وزن خشک رزین مورد استفاده قرار گرفت. به منظور ساخت سوسپانسیون نانواکسید روی با 0/5 درصد، پودر نانواکسید روی به آب مقطر افزوده شد و با سرعت 40 دور در دقیقه به مدت 30 دقیقه با همزن ترکیب شدند و پس از آن برای جلوگیری از کلوخه شدن و معلق شدن بهتر ذرات، به مدت 15 دقیقه با توان 350 وات تحت امواج دستگاه اولتراسونیک قرار گرفتند. رزینهای مورد استفاده در این تحقیق، براساس وزن خشک آنها به غلظت20 درصد رسیده است. برای ساخت این محلول آب مقطر به چسبها افزوده شده و سپس با همزن به مدت 20 تا 30 دقیقه ترکیب شدند. همچنین برای یکسری از تیمارها محلول نانواکسید روی به چسبها افزوده شده است.
نمونههای چوبی با ترازویی با دقت 0/01 گرم توزین گشتند، سپس داخل ظرفی که از قبل و با توجه به ابعاد نمونهها تهیه شده بود، قرار گرفته و برای جلوگیری از شناور شدن آنها در مرحلهای که مایع وارد ظرف میگردد، توسط وزنههایی مهار شدند و سپس محلول رزینها به ظرف اضافه شد. ظرف محتوای نمونههای آزمونی داخل سیلندر اشباع قرار گرفت و درب سیلندر بطور محکم و غیرقابل نفوذ نسبت به هوا بسته شد. نمونهها در سیلندر تحت خلا به میزان 0/8 بار و به مدت 15 دقیقه قرار گرفتند تا هوا از داخل سیلندر و خلل و فرج چوب خارج گشته و مایع بتواند به راحتی در چوب نفوذ نماید.سپس نمونهها تحت فشار ثابت به میزان 7 بار و به مدت 45 دقیقه قرار گرفتند و بعد از اتمام این زمان نمونهها خارج و در شرایط متعادلسازی قرار گرفتند و در ادامه مجددا توزین شدند. برای انجام فشردهسازی از پرس OTT آلمانی با قطر سیلندر 26 سانتیمتر استفاده گردید. برای انجام پرس از شابلون 2سانتیمتری استفاده شد. پرس در دمای 170 درجه سانتیگراد و فشار پرس 14بار به مدت 10 دقیقه انجام گردید. مقاومتهای مکانیکی مورد محاسبه در این پژوهش شامل: مقاومت خمش - MOR - و مدول الاستیسیته - MOE - میباشد. برای تعیین مقاومت خمشی بر طبق استاندارد ISO 3133-1975 انجام شد. برای این منظور نمونههایی به ابعاد 2×2×30 سانتیمتر تهیه گردید. این آزمایش توسط دستگاه SCHENCK-TREBEL انجام گرفت. نمونهها به گونهای داخل دستگاه قرار گرفتند که بار روی سطح مماسی و در جهت شعاعی اعمال گردید. سرعت بارگذاری در این آزمایش 2 میلیمتر بوده است. مطابق فرمول زیر مدول گسیختگی و مدول الاستسیته محاسبه گردید:
