بخشی از مقاله
چکیده
از آنجایی که استفاده از چوب در محیطهای بیرونی سبب بروز مشکلاتی از قبیل جذب رطوبت و تغییر ابعاد میشود، تصمیم گرفته شد تا در این پژوهش ساختار چوب با استفاده از سه نوع رزین ملامین فرمالدئید، اوره فرمالدئید و ملامین-اوره فرمالدئید به همراه نانواکسیدروی بر روی چوب صنوبر تیمار گردد. سپس خصوصیات فیزیکی چوب تیمار شده اندازهگیری شد. نتایج فیزیکی این تحقیق نشان داده است که تیمارهای MF/N مقاومت خوبی را در برابر واکشیدگی حجمی داشته است. همچنین نمونههای تیمار شده با MUF/N کاهش زیادی در جذب آب نسبت به نمونههای تیمار شده با MUF داشته است. بیشترین کارائی ضدواکشیدگی در چوبهای تیمار شده با MF/N و MUF/N مشاهده گردید.
واژههای کلیدی : نانواکسید روی، رزین ملامین فرمالدئید، رزین اوره فرمالدئید، رزین ملامین-اوره فرمالدئید، صنوبر
مقدمه
چوب به عنوان مادهای طبیعی، زیبا، مستحکم و ارزان قیمت کاربردهای فراوانی را دارد. علی رغم تمامی مزیتهای فراوانی که چوب دارد، این ماده دارای جذب رطوبت و عدم ثبات ابعادی بوده و در اثر عوامل بیولوژیکی و هوازدگی، تخریب میشودب1ب. چوب به دلیل ماهیت شیمیایی که دارد آب جذب میکند و همین امر موجب تغییرات ابعادی در آن میشود. همچنین با کنترل رطوبت چوب در بسیاری از موارد میتوان از تخریب ناشی از عوامل مخرب چوب جلوگیری کرد. تحقیقات صورت گرفته نشان داده که با اصلاح چوب میتوان از جذب رطوبت توسط چوب جلوگیری کرد.روشهای مختلفی از قبیل اصلاح حرارتی، اصلاح شیمیایی و استفاده از مونومرها و پلیمرهای مختلف جهت اصلاح ساختار چوب پیشنهاد شدهاستب2ب. استفاده از رزینهای ترموست جهت اصلاح چوب یکی از این روشهاست.
این رزینها به طور گسترده در ساخت فرآوردههای مرکب چوبی مورد استفاده قرار میگیردب3ب . 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 میباشدب4ب. 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 میگرددب5ب. 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 استب6 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 میگردد ب5ب. 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 میشودب4ب.
در سالهای اخیر استفاده از نانوذرات برای ساخت مواد با خواص وکاربردهای 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 میسازدب7ب 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 میگرددب8ب.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 دادند ب3ب.کای و همکاران - - 2007، اثر نانوفیلرها بر مقاومت در برابر آب و ثبات ابعاد چوب اصلاح شده توسط رزین ملامین فرمالدئید را مورد بررسی قرار دادند.
سه نوع نانوذرات انتخاب شده و با رزین ملامین فرمالدئید مخلوط شده و سپس با استفاده از یک فرایند خلا و فشار تزریق میشوند. نانوکامپوزیتهای پلیمری چوب از طریق پلیمریزاسیون در محلول چوب آغشته شده در شرایط خاص تهیه شدند. پیشرفتهای قابل توجهی در مقاومت به آب و ابعاد بهتر برای چوب بدست آمد. تیمار چوب با نانوفیلر و ملامین فرمالدئید هیچ تاثیری بر رنگ چوب نداشته است، که برای کاربرد عملی چوب در بعضی مناطق خاص مانند کفپوش مهم استب9ب.یکه خانی - - 1390، به بررسی اثر نانواکسید روی بر خواص فیزیکی و مکانیکی و بیولوژیکی دو گونه پهنبرگ راش ایرانی و توسکا پرداخت. نتایج نشان داد، 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 ب10ب.
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. جهت انجام آزمون جذب آب و واکشیدگی حجمی, نمونههایی با ابعاد2×2×2 ، برای آزمون کارایی ضد واکشیدگی نمونههایی با ابعاد2×2×0/5 سانتیمتر انتخاب شد.در این مطالعه پودر نانواکسید روی از شرکت آلفا ایسر - ساخت آمریکا - با اندازه متوسط 67 نانومتر بدست آمد.
رزین ملامینفرمالدئید 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 سیلندرو 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. برای اندازهگیری جذب آب و واکشیدگی حجمی از هر تیمار تعداد 5 نمونه تهیه شد. ابعاد نمونهها 2×2×2 سانتیمتر در نظر گرفته شده است. ابتدا نمونهها در دمای 105 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت در آون خشک شدند، سپس ابعاد مماسی، شعاعی و طولی آن اندازهگیری شد. نمونهها در بشر حاوی آب مقطر قرار داده و سپس ابعاد و وزن آن بعد از 1، 2، 7 و 14 روز اندازهگیری شده است. مقدار جذب آب و واکشیدگی ضخامت نمونهها از رابطههای زیر محاسبه شد:
