بخشی از مقاله
چکیده
ساقه آفتابگردان به واسطه خصوصیات ویژه به خصوص وزن مخصوص پایین، ماده اولیه مناسبی جهت ساخت پانلهای ساختمانی سبک هست. اما متأسفانه مورد بیتوجهی سرمایهگذاران و بخش دولتی واقع شده است. از این رو در این پژوهش به بررسی امکان استفاده از این ماده و همچنین خصوصیات فیزیکی و مکانیکی فراوردههای تولیدی پرداخته شده است. نتایج بیانگر این حقیقت است که ساقه آفتابگردان از پتانسیل بالایی جهت ساخت فراوردههای سبک ساختمانی برخوردار است درعینحال پانلهای تولیدی نیز از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه خواهد بود.
کلمات کلیدی: ساقه آفتابگردان، پانل ساختمانی سبک، ضایعات کشاورزی، تختههای عایقی، پانل ساندویچی
.1 مقدمه
با افزایش روزافزون مصرف فرآوردههای چوبی و مصالح سبک در بخشهای مختلف ساختمان نیازمند توجه به مواد اولیه تشکیلدهنده این اجزا بیش از بیش احساس میشود. مواد اولیه گستردهای در ساخت انواع مصالح ساختمانی استفاده میشود یکی از مهمترین این گروهها مواد لیگنوسلولزی هست. بیشترین سهم از این گروه مربوط به چوب میباشد. اما با توجه به محدود بودن منابع جنگلی کشور و اتخاذ سیاستهای حفظ محیطزیست و صیانت از جنگلها، تأمین چوب از جنگل بسیار محدود میباشد. بدین جهت بایستی مواد اولیه دیگری همچون ضایعات کشاورزی استفاده کرد که بتواند حداقل بخشی از این نیاز را تأمین کند. حجم قابلتوجهی از اراضی کشور را آفتابگردان تشکیل میدهد. بعد از برداشت محصول، ساقه به عنوان قسمت عمدهای از آفتابگردان در زمین کشاورزی مدت زیادی بدون استفاده باقیمانده و در نهایت توسط کشاورزان سوزانده شده و یا شخم خورده و به زیر زمین منتقل میشود.
در صورتی که از این ماده میتوان به عنوان جزء اصلی تشکیل دهنده پانلهای ساختمانی سبک استفاده کرد. از این رو پژوهش حاضر به بررسی امکان استفاده از آفتابگردان در ساخت فراوردههای سبک از جمله پانلهای ساندویچی و پانلهای عایقی میپردازد. به واسطه استفاده از پسماندهای لیگنوسلولزی کشاورزی میتوان پانلهای ساندویچی با اجزا و مواد اولیه سبک و مقاوم در برابر تنش را ساخت [1]؛ علاوه بر این به وسیله انتخاب نسبت صحیح مواد، میتوان پانلهایی که مقاومت به رطوبت، مقاومت به گرما و مقاومت به آتش و عایق باشند به دست آورد. پانلهای مذکور باید مقاوم به بار خمش و برش طراحی شود. همچنین این پانل باید از نظر حجمی شدن، چروک سطحی و برش چیندار، بررسی شوند .[15]
اتصال مغزی به سطوحی باکیفیت بالاتر، جدا از متوقف کردن ممان اینرسی با افزایش اندک در وزن به عنوان راهکاری کارآمد برای مقاوم کردن در برابر خمش و بارهای حجمی ارائه میشود. سختی و مقاومت بالا نسبت به وزن پانل ساندویچی تولیدشده، باعث موفق بودن استفاده از آن در فضاپیماها، ساختمان هواپیماها، کشتیهای نیروی دریایی، قطار و کامیون، تانکها، کانتینرها و اجزای بدنه ماشین و ساختمانسازی شده است .[10] پانل-های ساندویچی و عایقی از جایگاه ویژهای به لحاظ تنوع کاربرد در قسمتهایمختلف اجزاء ساختمان، فرآیند نسبتاً ساده تولید، انعطاف پذیری بسیار زیاد در مواد اولیه مورد نیاز و همچنین پتانسیل زیاد در ایجاد اشتغال برخوردار است. استفاده اصلی پانلهای ساندویچیدر صنعت ساختمان و عمدتاً به عنوان پانلهای مورد مصرف در دیوارهها، سقف،کف و رویه دربها ساختمان میباشد .[14]
.2 تئوری و پیشینه تحقیق
همه ساله حجم قابلتوجهی ضایعات کشاورزی در مزارع کشور بدون استفاده مناسب از بین می رود. مطابق با آمار اعلامشده وزارت جهاد کشاورزی در سال 1384 میزان 21896732 تن محصول در بخش غلات برداشت شده است که پسماند زراعی قابل استحصال از آن 25369439 تن برآورد میگردد .[8] این میزان ماده لیگنوسلولزی میتواند جایگاه خاصی را در جبران کمبود مواد اولیه چوبی به خود اختصاص دهد.یکی از این منابع لیگنوسلولزی به دست آمده، پسماند ساقه گیاه آفتابگردان میباشد که هم اکنون، این گیاه در 22 استان کشور کاشته میشود. بر پایه آمار وزارت جهاد کشاورزی 1388، سطح کل برداشت آفتابگردان در سال زراعی 87 در کشور 63968 هکتار بوده است که از این سطح، در کل89440 تن آفتابگردان برداشت شده است .[9] موادی همچون ضایعات گندم، جو و ... به عنوان خوراک دام استفاده میشود.
اما ساقه آفتابگردان به دلیل پایین بودن ارزش غذایی، برای تغذیه دام مناسب نمیباشد .[5] بخش اعظم آفتابگردان به دلیل عدم استفاده مناسب و ماندن در مزارع با صرف هزینههای بسیار زیادی سالیانه توسط کشاورزان سوزانده و تبدیل به خاکستر شده و یا در شخم زدن دفن میشوند.حال آن که با گسترش کشاورزی در کشور و در نتیجه پسماندهای زراعی حاصل از آن در مزارع کشور، همواره به یکی از معضلات مهم برای کشاورزان تبدیل شده است. مطابق با آمارهای موجود در ایران تقرباًی نیمی از پسماندهای کشاورزی بدون این که به مصرف برسند در مراحل مختلف از بین می روند [6] و این در حالی هست که استفاده از این مواد میتواند کمک شایانی در تولید فراوردههای چوبی و پانلهای سبک از جمله پانلهای ساندویچی و تختههای عایقی باشد.
در ساخت انواع پانلهای چوبی، استفاده نسبت مشخصی از ضایعات کشاورزی به صورت مخلوط با ذرات خرده چوب در اغلب پژوهشها بدون کاهش چشمگیر در مقاومتها و احراز استانداردی مرتبط اعلام شده است. تحقیقات مختلفی در زمینه استفاده از ساقه آفتابگردان صورت گرفته است که به مرور برخی از مهمترین آنها پرداخته میشود.Gertjejansen در سال 1977 پژوهشی در مورد استفاده از ساقه آفتابگردان در ساختن تخته خرده چوب انجام داد، وی با روشهای مختلف ساقه آفتابگردان را مغز گیری کرد و با مخلوط آنها و خرده چوبهای صنوبر اقدام به ساخت تخته نمود نتایج تحقیق وی نشان داد که خواص فیزیکی و مکانیکی تخته ساختهشده با افزوده شدن ساقه آفتابگردان به ترکیب ماده چوبی افزایش یافته است. به صورتی که تختههایی که از اختلاط 50 درصد صنوبر و 50 درصد ساقه آفتابگردان مغز گیری شده بود بیشترین میزان افزایش را داشت .[11]
در همین راستا Khristova در سال 1988 بیان داشت که تختههای ساختهشده از ساقه آفتابگردان بدون مغز ساقه با چگالی متوسط، دارای ویژگیهای مقاومتی استاندارد است و برای مصارف مبلمان و دکوراتیو توصیه میشود Ince .[13] و همکاران در سال 2005 مقاومت خمشی، مدول کشسانی، مقاومت به نیروی کششی ساقه آفتابگردان با کمترین میزان مغز ساقه % 20 را برای بهکارگیری در ترکیب تختههای با چگالی متوسط بررسی نمود. نتایج نشان داد، تختههای به دست آمده، کمترین ویژگیهای مقاومتی، برای استفاده در مصارف مبلمان و بستهبندی را دارا بودند Xu .[12] و همکاران نیز در پژوهش خود در سال 1990 به اقدام به شناسایی معایب چوب صنوبر وسط ارتعاش آزاد در تیر دو سر آزاد و بررسی برخی از ویژگیهای مکانیکی در چوب صنوبر توسط آزمون غیر مخرب نمودهاند که برای اندازه-گیری این ویژگیهای از آزمون غیر مخرب NDT LAB استفاده شد.
از این آزمون، در بررسی و اندازهگیری ویژگیهای صوتی چوب و فرآوردههای سلولزی نیز، استفاده میشود. با توجه به تحقیقات صورت گرفته، و در این تحقیق، امکان استفاده از ساقه گیاه آفتابگردان با همه مغز ساقه در ساخت تخته خرده چوب با چگالی سبک ویژگیهای کاربردی آن، مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت .[16] غنچه رسام و همکاران در سال 1390 امکان استفاده از ساقه گیاه آفتابگردان به منظور ساخت تخته مرکب سبک با دانسیته پایین مورد بررسی قراردادند نتایج این پژوهش بیانگر این بود که استفاده از خردههای ساقه آفتابگردان در تخته باعث افزایش واکشیدگی ضخامت، طی 2 و 24 ساعت غوطهوری در آب، میرایی صوتی، همچنین افزایش مقاومت خمشی، مدول کشسانی و چسبندگی درونی شد. با استفاده از 70 درصد ساقه آفتابگردان، رزین ایزوسیانات و زمان پرس 7 دقیقه، تختههایی با ویژگیهای کاربردی قابلقبول و مناسب برای مصارف داخلی ساختمان تولید میشود .[4]
.3 مزایای استفاده از ضایعات کشاورزی
ایجاد توسعه پایدار در بخش کشاورزی و صنعت پانلهای چوبی در کشور؛ ایجاد مشاغل روستایی و اثرات مثبت آن بر اقتصاد محلی و ملی؛ ایجاد ارزش افزوده بیشتر در بخش کشاورزی؛ قیمت پایین تر نسبت به چوب و در نتیجه صرفهجویی در هزینه مواد اولیه؛ از منابع طبیعی به دست آمده و به راحتی قابلیت تجدید شدن را دارد؛ استفاده از مواد لیگنوسلولزی ممکن است به حفاظت بیشتر منابع چوبی محدود منجر شود؛ عدم استفاده از مواد سمی و شیمیایی که برای انسان مضر هست؛ سرمایهگذاری کمتر به خاطر عدم نیاز پسماندهای کشاورزی به ماشینهای مجهز و پیشرفته[2]؛
.4مزایای پانلهای ساختمانی ساخته شده از ضایعات کشاورزی
عایق بودن در برابر حرارت و برودت و صدا؛ وزن بسیار پایین پانلهای تولیدی و عدم تحمیل بار مرده به سازه؛ عدم انتشار گاز دی اکسید کربن در مقایسه با بتن و جلوگیری از آلودگی محیط زیست؛ توقف روند فزاینده واردات فرآوردههای کامپوزیتی به کشور و جلوگیری از خروج سالانه قریب به یک میلیارد دلار ارز از کشور؛
.5رزینها و چسبهای صنعتی
در تولید پانلهای ساندویچی چوبی سه نوع از رزینهای مصنوعی بیشترین کاربرد را دارند و بیشترین تقاضا برای رزین-های اوره فرمالدئید و بعد از آن به ترتیب مربوط به فنل فرمالدئید و ملامین فرمالدئید است. رزینهای اوره فرمالدئید تقویتشده با ملامین فرمالدئید جهت کاربرد در محیطهای مرطوب یا در شرایط جوی ملایم مناسب میباشند. برای تولید رزینهای اوره اصلاحشده میتوان رزینهای اوره فرمالدئید و ملامین فرمالدئید را به نسبت لازم با هم مخلوط کرد و رزین حاصل که اوره ملامین فرمالدئید نامیده میشود و نسبت به رزین اوره خالص مقاومت بیشتری به رطوبت دارد. چسب ملامین اوره فرمالدئید برای ساخت پانلهای ساختمانی اعم از پانلهای ساندویچی چوبی که نیاز به مقاومت در برابر آب و شرایط جوی شدید در محیطهای بیرونی را دارند قابل استفاده است، بالا رفتن این مقاومت به درصد مصرف رزین ملامین فرمالدئید بستگی دارد .
چسب ملامین اوره فرمالدئید از لحاظ مقاومت به بارهای خمشی وارده در ساختمان عملکرد بهتری در مقایسه با چسب اوره فرمالدئید دارد چون چسب اتصالات مقاومی به وجود آورده و به عبارتی ماتریس چسب و خردههای پسماندهای لیگنوسلولزی محکم تر میباشد و بدین ترتیب باعث افزایش مدول گسیختگی میگردد. اتصالات و پیوندها رزین MUF در مقابل شرایط رطوبتی بالا بر خلاف رزین UF کمتر تخریب میشود و در نتیجه نفوذ آب به داخل پانلهای ساختمانی کمتر صورت میگیرد. پانلهای ساختمانی که با چسب ملامین اوره فرمالدئید ساخته شوند به خاطر کیفیت چسبندگی بالای آن، واکشیدگی ضخامتی کمتری خواهد داشت. رزینهای فنولیک که متداولترین آن در ایران فنل فرمالدئید هست به واسطه
