دانشگاه علوم کشاورزي و منابع طبيعي گرگان
دانشکده جنگلداري و مهندسي چوب
تحقيق نظري جهت دريافت درجه کارشناسي ارشد (M.Sc.) در رشته تکنولوژي و مهندسي چوب
گرايش حفاظت و اصلاح چوب
بررسي مطالعاتي مقاومت به پوسيدگي چند سازه چوب پلاستيک اصلاح شيميايي شده
پژوهش و نگارش :
سيد ابراهيم موسوي
استاد راهنما :
دکتر محمد رضا ماستري فراهاني
تابستان 1391
سپاسگزاري
سپاس تو را که نمي توانيم اين کار بي تو بسر بريم،نه زهره آن داريم که از تو بسر بريم.هرگه که پنداريم که رسيديم،ازحيرت شما روا سربريم.کجا باز يابيم آن روز،که تو ما را ماوا بودي و ما نبوديم ،تا باز به آن روز رسيم ميان آتش و دوديم،اگر به دو گيتي،آن روز يابيم برسوديم،و ربود خود را دريابيم،به نبود خود خوشنوديم.
‌ اکنون که با اتمام اين تحقيق به پايان چنين مسير پر فراز و نشيبي رسيده ام ،بر خود لازم مي دانم از تمامي کساني که مرا در اين راه ياري رساندند،کمال تشکر و قدرداني را داشته باشم.
با درود فراوان تقديم با بوسه بر دستان پدرم، به او که نمي دانم از بزرگي اش بگويم يا مردانگي، سخاوت ومهرباني اش وسپاس بيکران بر همدلي و همراهي و همگامي مادر دلسوز و مهربان که نثارايثارش گل محبت را در وجودم پروراند ودامان گهربارش لحظه هاي مهرباني را به من آموخت.
و با تقدير و تشکر شايسته از استاد فرهيخته و فرزانه جناب آقاي دکترمحمدرضا ماستري فراهاني استاد راهنماي عزيزم که با نکته هاي دلاويز و گفته هاي بلند ، صحيفه هاي سخن را علم پرور نمود.

چکيده
امروزه استفاده از چندسازه چوب پلاستيک در مصارف ساختماني بسيار رواج يافته است. يکي از دلايل مهم اين افزايش تقاضا، ارزاني مواداوليه اين چندسازه ارزشمند ميباشد. چراکه در ابتدا هدف از توليد اين سازه کاهش هزينههاي ناشي از توليد چندسازه پليمر- شيشه بودهاست. مهمترين پارامتر محدودکننده اينسازه ارزشمند خاصيت جذبآب است. در ابتدا گمان بر اين بود که اين سازه عارياز هرگونه جذبآب است. اما ازآنجائيکه شواهدي مبنيبر حضوررطوبت ودر پيآن تخريب بيولوژيکي وجود دارد، محققين درپي روشهايي براي کاهش جذبرطوبت اين سازه هستند. تاکنون روشهاي نسبتا زيادي براي کاهش جذبآب اينسازه بيانشده است کهاز مهمترين اينها روشهاياصلاح چوب هستند. اصلاح حرارتي، استيلاسيون و فورفولاسيون از مهمترين روشهاي اصلاح چوب بشمار ميروند. وجه مشترک اينروشها کاهش درمعرض قرارگيري با رطوبت بخش سلولزي و در نتيجهآن افزايش ثبات ابعادي مقاومت به پوسيدگي سازه است. ازآنجائيکه رطوبت نقش کليدي را درپوسيدگيقارچي بازي ميکند، اصلاح شيميايي ديواره سلول چوبي ميتواند در پيشگيري و کندکردن تخريب بيولوژيکي موثر باشد. دراين تحقيق به بررسي اثر اصلاح شيميايي چوب بمنظور افزايش مقاومت بهپوسيدگي چندسازه چوبپلاستيک پرداخته شده است. همچنين اثر پيشتيمارهايي نظير درمعرضگذاري با UV و چرخههاي جوشاندن براي افزايش احتمال پوسيدهشدن بررسي شده است. نتايج حاصل حاکي از آن است که روشهاي اصلاحچوب منجر به افزايش مقاومت به جذبآب چندسازه چوب پلاستيک شده و باعث افزايش ثباتابعادي و مقاومت به پوسيدگي آن ميشود. همچنين نتايج بيان ميکندکه پيشتيمارهاي انجام شده باعث افزايش احتمال پوسيده شدن اين سازه ميشود.
کلمات کليدي: چندسازهچوبپلاستيک- مقاومت به پوسيدگي- جذبآب- اصلاحچوب-
ثباتابعادي
فصل اول: مقدمه و کليات
1-1- مقدمه2
1-1-1-اهداف تحقيق4
1-1-2-فرضيهها4
1-1-3-اهميت تحقيق4
1-2-کليات5
1-2-1- چند سازه چوب پلاستيک5
1-2-2-پلاستيکها8
1-2-3-پلياتيلن9
1-2-4-پلياتيلن با دانسيته‏کم10
1-2-5-پلياتيلن با دانسيته متوسط11
1-2-6-پلياتيلن با دانسيته بالا11
1-2-7-پليپروپيلن12
1-2-8-تقويتکنندهها و سازگارکنندهها13
1-2-9-روشهاي فراورش پلاستيکها15
1-2-10-روش پرس17
1-2-11-اهميت وکاربرد‏‏هاي چندسازه چوب پلاستيک18
1-2-12-اهداف تهيه چندسازههاي چوبپلاستيک20
1-2-13-انواع اصلاح چوب20
1-2-14-اصلاح شيميايي21
1-2-15-حالتهاي قرار‏‏‏گرفتن مونومر در سلول22
1-2-16-تاريخچه فرآيند استيلاسيون27
1-2-17-استيلاسيون27
1-2-18-ديگر مواد استيله کننده28
1-2-19-خواص چندسازه اصلاح شده35
1-2-21-پوسيدگي قهوهاي37
1-2-22-پوسيدگي رشتهاي يا سفيد39
1-2-23-پوسيدگي نرم41
1-2-24-عوامل و عناصر مورد نياز قارچ‏‏‏ها41
1-2-25-اثرات پوسيدگي و روشهاي بررسي آن42
1-2-26-دوام طبيعي چندسازه ها43
فصل دوم : مرور منابع
2-1- مرور منابع48
فصل سوم : بحث و نتيجهگيري
3-1- بحث54
نتيجهگيريکلي56
پيشنهادات57
فصل چهارم: منابع
منابع60
شکل1- چوب پليمر6
شکل 2- چوب پلاستيک کامپوزيت6
شکل 3- پلياتيلن10
شکل 4- پلي پروپيلن13
شکل 5- دستگاه اکسترودر16
شکل 6- دستکاه قالبگيري تزريقي17
شکل 7- حالتهاي تثبيت ماده اصلاح¬کننده در چوب23
شکل 8 – حالتهاي ASE26
شکل 9- واکنش بين انيدريد و چوب28
شکل 10- کاتاليست اسيد در واکنش چوب با اسيد کربوکسيليک29
شکل 11- واکنش چوب با کلريد اسيد29
شکل 12- a) استيلاسيون چوب با گاز کتن b) استيلاسيون چوب با دي‌کتن30
شکل 13- واکنش چوب با مالئيک‏‏‏انيدريد30
شکل 14- مکانيسم جفت‏کنندگي مالئيک انيدريد31
شکل 15 – واکنش چوب با ساکسنيک انيدريد32
شکل 16- واکنش چوب با ايزوسيانات32
شکل 17- واکنش چوب با اپوکسيد33
شکل 18- واکنش چوب با فرم آلدئيد33
شکل 19- واکنش چوب با اکريلو نيتريل34
شکل 20- واکنش ?-پرپيولاکتون با چوب34
شکل 21- قارچ مولد پوسيدگي قهوهاي39
شکل22- قارچ مولد پوسيدگي سفيد40
شکل 23- رابطه بين WPG و کاهش وزن ناشي از پوسيدگي46
فصل اول
مقدمه و کليات
1-1- مقدمه
از دير باز انسان مواد مختلف را جهت دستيابي به فرآوردههاي جديد با خواص بهتر با هم ترکيب نموده است. يکي از اين فرآوردهها چندسازه چوب پلاستيک است که به اختصار 1WPC ناميده ميشود. اين فرآورده که در سالهاي اخير بسيار مورد توجه قرار گرفته است، مخلوطي از ذر?ات چوب يا مواد ليگنوسلولزي ديگر و مواد پليمري است که ظاهري شبيه به چوب داشته ولي به وسيله فرآيندهاي توليد مواد پلاستيک شکل ميگيرد(جزايري، 1385). سالانه تحقيقات فراواني برروي نحوه فرآوري و ساخت اين فرآورده و اصلاح و بهبود خواص آن صورت ميگيرد. در ساخت اين مواد محدوده وسيعي از پليمرها مانند پليپروپيلن(PP2)، پلياتيلن(3PE)، پليونيل کلرايد(PVC4) و… همراه با پرکنندههاي سلولزي نظير آرد و الياف چوب، کتان، کنف، بامبو، کاه و کلش مورد استفاده قرار ميگيرد (کوزيژسکي5، 2010). طبق آمار منتشر شده بيشترين پليمرهاي مصرفي از نوع پلياتيلن و پليپروپيلن بوده، به طوريکه در سال 2010 در مجموع 95% از پليمرهاي مصرفي را شامل شدهاند (کارناني6وهمکاران، 1997 و زوو7 و همکاران، 2010). به طورکلي اين محصولات شامل دو فاز ميباشند: فاز زمينه و فاز تقويت کننده (اميرخيزي، 1373).
با اينحال تنها هنگاميکه فاز هاي تشکيلدهنده خواص فيزيکي کاملاً متفاوتي داشته باشند، ماده حاصل مرکب ناميده ميشود (آگاروال و باروتمن8 ،1980).
وظيفه فاز تقويت کننده تحمل تنشهاي مکانيکي وارده است و فاز زمينه تنشهاي وارده را از يک جزء تقويت کننده به جزءديگر منتقل کرده و بدين ترتيب در تمام حجم در تمام حجم چندسازه توزيع مينمايد (درودياني،1373).
کامپوزيتهاي چوب پلاستيک به دليل طيف متنوع آن و همچنين مقرون به صرفه بودن آن، داراي نرخ بالايي از رشد جهاني هستند. به طور معمول، کامپوزيتها از 40 تا 60 درصدچوب به شکل تراشه، الياف و يا ذرات ريزتر که با گرمانرمهايي مانند پليپروپيلن، پلياتيلن و پليونيل کلرايد ترکيب ميشوند، ساخته ميشود (حمزه و همکاران، 2011).
پلاستيکها به طور کلي مقاوم به حمله قارچي هستند با اين حال يک نگراني عمده براي اين مواد هست که چوب موجود در کامپوزيتها مستعد به تخريب بيولوژيکي است. جزء چوب در اين مواد سطوح رطوبت مناسبي را براي حمله قارچي فراهم ميکند. بسياري از توليدکنندگان از اين خطر به وسيله توليد اين محصولات براي مصارف داخلي که حضور آب کم است يا وجود ندارد، جلوگيري ميکنند در نتيجه خطرحمله قارچي به حداقل ميرسد (لوملي9 و همکاران، 2011).
افزايش کاربردهاي چوب پلاستيکها در محيطهاي بيروني، نيازمند اطلاع از دوام اين محصولات است، زيرا با وجود پيشرفتهايي که در روش ساخت اين محصولات صورت گرفته است، شواهد نشان ميدهند که اين محصولات کاملاً در برابر پوسيدگي مصون نميباشند. به خصوص اگر اين چندسازهها در جاهايي که به طور دورهاي يا مداوم در معرض رطوبت نسبي بالا و رشد قارچي ميباشند، بيشتر مستعد به رشد قارچ و تخريب بيولوژيکي خواهند بود (شريفي، 1388).
با توجه به آنچه بيان شد پيدا کردن يک روش دوستدار محيط زيست براي کاهش جذب رطوبت و پوسيدگي قارچي داراي اهميت بسياري است. باتوجه به مطالعات انجام شده اصلاح شيميايي اجزاي چوبي يکي از روشهايي است که بدين منظور بيشترين مطالعات روي آن انجام شده است.
1-1-1-اهداف تحقيق
بررسي مروري اثر اصلاح شيميايي چوب بر روي مقاومت به پوسيدگي چندسازههاي چوب پلاستيک
تعيين سطح مورد نياز اصلاح شيميايي چندسازه چوب پلاستيک جهت بهبود مقاومت به پوسيدگي اين محصولات
بررسي مروري اثر پيشتيمارهايي نظير در معرض قرار گيري با UV و… بر روي مقاومت به پوسيدگي چوب پلاستيک اصلاح شيميايي شده
1-1-2-فرضيهها
احتمالا بعضي از روشهاي اصلاح در مقابل پوسيدگي مقاومت چند سازه را بهبود مي دهند.
روشهاي اصلاح شيميايي در يک سطح خاص مقاومت پوسيدگي را بطور کامل بهبود مي بخشند.
فرض بر اين است مقاومت به پوسيدگي فرآورده چندسازه اصلاح شده، حتي بعد از در معرض قرارگيري با پيشتيمارهايي نظير در معرض قرارگيري با UV و … بدون تغيير مي ماند.
1-1-3-اهميت تحقيق
با توجه به کاربردهاي چندسازه الياف چوب پلاستيك(صنايع مختلف به خصوص ساختماني و طراحي سازهها جهت كاربردهاي بيروني از جمله ديوار كوبها، سطوح خارجي ايوانها، كف پوشها) و مستعد بودن الياف طبيعي ليگنوسلولزي مورد استفاده در چندسازهها به جذب آب و هجوم عوامل مخرب نظير قارچها و تاثير زياد پوسيدگي قارچي بر خواص فيزيكي و مكانيكي، بررسي دوام اين محصولات در برابر عوامل مخرب بيولوژيكي اهميت ويژهاي يافته است (موريس و کوپر10، 1998). تاكنون اصلاحات زيادي در روش ساخت اين محصولات انجام شده ولي با اين وجود تحقيقات انجام شده روي مقاومت به پوسيدگي اين فرآوردهها حاكي از آن است كه اين مواد كاملاً در برابر تخريب و پوسيدگي مصون نميباشند (کاظمي و جليلوند، 1385).
1-2-کليات
1-2-1- چند سازه چوب پلاستيک
به طورکلي اصطلاح WPC به دو گروه متفاوت از چندسازهها اطلاق ميشود. در گروه اول مونومر در داخل چوب با روشهاي متداول اشباع چوب تزريق شده و پليمريزاسيون مونومر با استفاده از روشهاي مختلف به انجام ميرسد. ماده حاصل داراي ظاهري مثل چوب، دانسيته و ثبات ابعادي بيشتر بوده و خواص مکانيکي آن از چوب بهتر است.
شکل1- چوب پليمر
در گروه دوم اختلاط مذاب پليمرهاي گرمانرم و الياف طبيعي ار جمله چوب در يک سيستم اختلاط انجام ميشود. مادهي حاصل بيشتر شبيه پلاستيک بوده ودرگروه پلاستيکهاي تقويتشده قرارميگيرد (تجويدي،1384).
شکل 2- چوب پلاستيک کامپوزيت
کامپوزيتهايي که در آنها فاز زمينه با ماتريس توسط الياف گوناگون تقويت شده باشند، مهمترين دسته از اين محصولات را تشکيل ميدهند. و به کامپوزيتهاي ليفي11 معروفند. چنانچه بجاي الياف از پودر (معمولا معدني) استفاده شود، اين مواد را کامپوزيتهاي ذرهاي يا پودري12 مينامند.
گاهي ماتريس الياف را فاز پيوسته13 و فاز تقويتکننده را فاز ناپيوسته14 گويند. ممکن است هر دو فاز الياف و پودر با هم در ماتريس وجود داشته باشند. بهبود خواص ماتريس در کامپوزيتهاي ليفي معمولاً خيلي بيشتر از کامپوزيتهاي ذرهاي صورت ميگيرد (طبري، 1382).
درهنگام توليد چندسازه چوب پلاستيک مشکلاتي نظير عدم سازگاري بين پرکننده آبدوست و ماده زمينه(پلاستيک) آبگريز و دشواري توزيع يکنواخت اين پرکنندهها در پلاستيک به وجود ميآيد، که جهت برطرف کردن اين مشکلات از سازگارکنندههاي مختلفي استفاده ميشود. در حال حاضر در بيشتر تحقيقات از مالئيک انيدريد پيوند شده با پليپروپيلن و پلياتيلن (MAPP و MAPE) به عنوان ماده سازگارکننده در ساخت WPC استفاده ميگردد. اين سازگارکنندهها نيز داراي درجه بنديهاي مختلفي هستند که ويژگيهاي متفاوتي دارند و ميتوانند ويژگيهاي نهايي چوب پلاستيک توليد شده را تحت تأثير قرار دهند (پورحمزه، 1385).
در حال حاضر در ساخت WPC عمدتاً از آرد چوب و ديگر مواد ليگنوسلولزي به عنوان پرکننده استفاده ميشود. گونههاي چوبي مورد استفاده بسته به فراواني و قابليت دسترسي به آنها متفاوت ميباشد. علاوه بر گونههاي جنگلي مورد استفاده، ضايعات مواد ليگنوسلولزي از جمله ضايعات گياهان نيز مورد استفاده قرار ميگيرند (صفارزاده، 1389).
با توجه به کاربردهاي چندسازه الياف چوب پلاستيك(صنايع مختلف به خصوص ساختماني و طراحي سازهها جهت كاربردهاي بيروني از جمله ديوار كوبها، سطوح خارجي ايوانها، كف پوشها) و مستعد بودن الياف طبيعي ليگنوسلولزي مورد استفاده در چندسازهها به جذب آب و هجوم عوامل مخرب نظير قارچها و تاثير زياد پوسيدگي قارچي بر خواص فيزيكي و مكانيكي، بررسي دوام اين محصولات در برابر عوامل مخرب بيولوژيكي اهميت ويژه اي يافته است (موريس و کوپر15، 1998). تاكنون اصلاحات زيادي در روش ساخت اين محصولات انجام شده ولي با اين وجود تحقيقات انجام شده روي مقاومت به پوسيدگي اين فرآوردهها حاكي از آن است كه اين مواد كاملاً در برابر تخريب و پوسيدگي مصون نميباشند (کاظمي و جليلوند، 1385).
1-2-2-پلاستيکها
پلاستيک يک بسپار آلي با وزن مولکولي بالا بوده و در حالت نهايي جامد است و در برخي نقاط توسط جريان ميتوان آنرا به شکل معيني درآورد (فيروزمنش و همکاران، 1387).
پلاستيک مستعد تغيير شکل دادن در اثر اعمال نيرو و حفظ شکل جديد پس از قطع نيروي بکار رفته است، يعني مادهاي است که تحت تاثير تنش، در آن تغيير شکل برگشت پذير ايجاد ميشود. يکياز معيارهاي عمده مواد پلاستيک اين است که ميتوان شکلهاي پيچيدهاي به آنها داد. پلاستيکها به دو گروه پلاستيکهاي گرما سخت و گرمانرم تقسيم ميشوند. مواد گرما سخت، بسته به ساختارشان هنگاميکه بالاتر از دماي بحراني گرم شوند، بسيار سخت شده و با سردکردن مجدد نرم خواهند شد. زيرا معمولاً در اين حالت تشکيل پيوندهاي بين زنجيري ميدهند. ازطرف ديگر چنانچه يک بسپار گرمانرم تا بالاتر از دماي بحراني گرم شود، نرم شده و پس از شکلگرفتن و خنک شدن سخت ميشود. اگر چنين بسپاري مجداداً گرم شود، دومرتبه نرم ميشود و چنانچه لازم باشد ميتوان باز هم شکل آنرا تغيير داد، و با خنک کردن شکل جديد کاملاً پايدار ميماند. يعني تغيير شکل در اثر اعمال گرما بارها قابل تکرار است (صفارزاده، 1389)
1-2-3-پلياتيلن
پلياتيلن بيشترين حجم پلاستيک توليد شده درجهان را داراست و دماي ذوب نسبتا پاييني دارد (عموما بين 106 تا 130 درجه سلسيوس ميباشد، بستگي به دانسيته و شاخه هاي پلياتيلن دارد). همچنين در يک دامنه وسيع ويسکوزيته و دماي ذوب توليد ميشود. اين ماده در حالت مذاب خوب با پرکنندهها مخلوط مي شود. و دماي ذوب پايين آن امکان استفاده از الياف ليگنوسلولزي را به عنوان پرکننده، بدون نگراني از تخريب حرارتي را ميدهد. پلياتيلن يک پليمر نيمه متبلور است. اين بدين معني است که اين پليمر در دماي اتاق داراي يک قسمت پليمري ويک قسمت آمورف است. قسمت آمورف که در دماي اتاق يک لاستيک است و در دماي مشخصي شيشه ميشود که به آن نقطه شيشهاي شدن ميگويند. که اين نقطه از (130-) تا(20-) متغير است. بنابراين پلاستيک در دماي مشخصي شکلپذير است. پلياتيلن نسبتاً نرم است. که اين باعث افزايش قابليت ميخ و پيچخوري و همچنين راحتي در برش کاري فرآورده حاصل از اين پليمر ميشود. جذبآب پلياتيلن نزديک صفر است (عموما زير 02/0 بعد از 24 ساعت غوطه وري در آب). اين پليمر نسبت به مواد شيميايي از جمله اسيدهاي قوي مثل سولفوريک اسيد، هيدروکلريک اسيد و نتيريک اسيد بسيار مقاوم است. تنها اسيد نيتريک دود کننده ميتواند مقداري لکه روي پلياتيلن ايجاد کند. همچنين مقاومت نسبتاً بالايي به اکسيداسيون نسبت به ديگر پلي اولفينها (پليپروپيلن) نشان ميدهد. از اينرو بهمقدار کمتري آنتياکسيدان در فرآيند توليد و کاربرد در خارج ساختمان نياز دارد. پلياتيلن بسيار انعطاف پذير است، و خيلي محکم نيست. اين انعطاف پذيري زياد اجازه استفاده از پلياتيلن را به عنوان نردههاي ساختمان بدون استفاده از پر کننده را نميدهد. در مقايسه با چوب، پلياتيلن ضريب انقباض و انبساط حرارتي بيشتري را نشان ميدهد. پلياتيلن به فرمهاي مختلفي ساخته ميشود. انواع اصلي آن عبارتند از :
پلياتيلن با دانسيته بالا16
پلياتيلن با وزن مولکولي بالا17
پلياتيلن با وزن مولکولي فوق العاده بالا18
پلياتيلن با دانسيته کم19
پلي‏اتيلن با دانسيته کم خطي20
پلي‏اتيلن با دانسيته خيلي کم21
پلي‏اتيلن که در چوب پلاستيک به کار مي‏رود عموماً متعلق به پلياتيلن سنگين است. و تنها در يک مورد استفاده از پلي‏اتيلن سبک گزارش شده است. پلي‏اتيلن سنگين در مقايسه با پلي‏اتيلن سبک سفتتر است. پرکردن پلياتيلن با ذرات چوب باعث افزايش مقاومت خمشي آن مي‏شود. و با استفاده از عوامل جفت کننده پيوند عرضي بيشتر ميشود (عشقيستوده، 1389).
شکل 3- پلياتيلن
1-2-4-پلياتيلن با دانسيته‏کم
با افزايش زنجيرههاي پلياتيلن، وهمچنين با افزايش قسمت‏هاي اشباع نشده در پلياتيلن دانسيته کاهش مي‏يابد. حساسيت پلياتيلن به اکسيداسيون با کاهش دانسيته افزايش مييابد. پلياتيلن سبک در مقايسه با پلياتيلن سنگين حساستر به اکسيداسيون است، و بصورت نسبتاً يکنواختي اکسيد ميشود. پلياتيلن سبک آمورفتر است و همکشيدگي کمتري نسبت به پلياتيلن سنگين نشان ميدهد. ‏مناطق آمورف نسبت به مناطق کريستاليته سريعتر تخريب ميشوند. پلياتيلن سبک بوسيله ناخن بهراحتي خراشيده ميشود. در حاليکه پلي‏اتيلن سنگين به سختي خراشيده ميشود. و خراشيده شدن پلي‏پروپيلن نيز سخت است.
1-2-5-پلياتيلن با دانسيته متوسط
اين پلي‏اتيلن مخلوطي از پلي‏اتيلن سبک و سنگين مي‏باشد و هيچ گزارشي مبتني براستفاده از اين نوع پلي‏اتيلن در چوب پلاستيک ارائه نشده است.

1-2-6-پلياتيلن با دانسيته بالا
اين ماده کريستاليتهتر و سنگين وسفت‏تر از پلياتيلن سبک ميباشد. .اما تمايل به پيچخوردگي دارد و انقباض بيشتري را نشان ميدهد. مقاومت کششي آن 2 يا 3 برابر پلياتيلن سبک است. و مقاومت فشاري خوبي نيز دارد. ،در حاليکه پلياتيلن سبک در فشار نمي‏شکند. هردو آنها مقاومت به ضربه خوبي نيز دارد.
پلياتيلن سنگين کريستاليتهتر از پلياتيلن سبک ميباشد. و مقاومت، دانسيته، انقباض، مقاومت خزش، مقاومت‏سايش و سختي آن بيشتر از پلي اتيلن سبک است. درجه کريستاليته و خصوصيات منطقه کريستاليته بستگي به سرعت خيس شدن محصول دارد. همچنين به تنش حاصل از حساسيت محصول به اکسيد شدن و انبساط و انباض حرارتي بستگي دارد. نفوذ گاز در پلياتيلن سنگين بطور معني داري کمتر از پلي‏اتيلن سبک است. پلي‏اتيلن کريستاليته نسبت به آمورف نسبت به اکسيد‏شدن حساستر است. و در هنگام ذوب کريستاليته شدن آندو يکسان است. بطورکلي با افزايش پلياتيلن مقاومت به سايش و مقاومت شيميايي و سختي و استحکام افزايش يافته و کاهش نفوذ آب و گاز و انبساط حرارتي و مقاومت به ضربه کاهش يافته است. مهمترين پارامتر‏ها براي تخته‏ها ضريب اصطحکاک در سطح است. که ضريب اصطحکاک براي پلياتيلن بسيار متغير است.
1-2-7-پليپروپيلن
سهم کمي از بازار چوب پلاستيک مربوط به توليدات ساخته شده از پلي‏پروپيلن است. پلي‏پروپيلن نسبت به پلياتيلن روشنتر، محکمتر و سفتتر است. پليپروپيلن باعث بهبود مقاومت خمشي، کاهش ساييدگي و کاهش لغزندگي آنها ميشود. اگرچه شکنندهتر از پلياتيلن بويژه در دماهاي پايينتر است، ولي خيلي سفت است و کار با ميخ و پيچ با آن مشکل است. و همچنين برشکاري و کار با اره آن از از پلياتيلن سخت‏تر است. برخلاف پلياتيلن که يکنواخت است، پليپروپيلن داراي ساختماني شاخه‏داراست. اين‏نوع ساختمان خصوصيات پليپروپيلن از جمله سريعتر اکسيده شدن آن را در مقايسه با پلياتيلن تعيين مي‏کند.
پليپروپيلن به دو گروه هموپليمر وکوپليمر تقسيم ميشود. هموپليمر متبلور است ودماي ذوب آن حدود 161-165 درجه سلسيوس ميباشد. نرمشدگي آن هم حدود 155 درجه سلسيوس مي‏باشد، و توزيع وزن ملوکولي آن کم است. کوپلي‏مر هم شامل مقداري همتکپار اتيلن است و به کوپليمر تصادفي و بلوکي تقسيم مي‏شود. نقطه ذوب آن حدود 140 – 150 درجه سلسيوس است.
پليپروپيلن به انواع اتکتيک، ايزوتکتيک و سيندوتکتيک تقسيم ميشود. گروههاي متيل ممکن است در يک طرف به فرم تناوب يا بصورت تصادفي باشند. اين فرمها به ترتيب ايزوتکتيک، سيندوتکتيک و اتکتيک ناميده ميشوند. که اين فرمها مربوط به هموپليمر ميباشند. پليپروپيلني که عموماً براي کاربرد در چوب پلاستيک استفاده مي‏شود، عموما اتکتيک است.
شکل 4- پلي پروپيلن
1-2-8-تقويتکنندهها و سازگارکنندهها
خواص چندسازه تحت تاثير اجزاء، توزيع آنها و اثر متقابل بين آنهاست. ممکن است بعضي از خواص اين فرآورده جمعي از خواص اجزا باشد. اما گاهي بعضي خواص حالت همبيشي22 داشته و نميتوان آنها را با جمع ساده خواص اجزا محاسبه نمود.
ميزان ماده تقويتکننده عموماً به صورت نسبت حجمي يا وزني اجزا تعريف ميشود. نقش يک جزء در بهبود خواص کلي چندسازه با اين پارامتر تعيين ميشود. غالبا ميزان با نسبت الياف مهمترين عامل تعيينکننده اين محصولات ميباشد. ضمناً اين پارامتر در حين فرآيند توليد به آساني قابل کنترل ميباشد (تجويدي، 1382).
بطور‏کلي پلاستيکها از لحاظ خواص فيزيکي و مکانيکي ضعيف ميباشند و تقويت اين مواد بوسيله تقويتکنندهها امري ضروري بهنظر ميرسد. تقويتکنندهها را ميتوان به دو دسته تقويت کنندههاي ليفي و غير ليفي تقسيمبندي نمود (محرابزاده و اکبريان،1367)
تقويت کنندههاي ليفي شامل ذراتي هستند که داراي نسبت طول به قطر بالايي هستند. و اين امر باعث ميشود که قسمت اعظم تنشهاي وارده به فاز پليمري به الياف منتقل شده و در نتيجه مقاومت چندسازه افزايش يابد (ساتايانارايانا23،1981).
الياف تقويتکننده به دوگروه الياف طبيعي والياف مصنوعي تقسيمبندي ميشود (سندي و جاکوبسون24، 1997).
طي دهه اخير امکان استفاده از مواد ليگنوسلولزي مانند الياف چوب، کنف، باگاس و نارگيل و ساير مواد با منشا طبيعي به عنوان تقويتکننده پلاستيکها مورد توجه بسياري از محققين قرارگرفته است. ازجمله فوائد اين مواد مي‏‏توان به قيمت ارزان، آساني فرآورش، اثر سايشيکم بر روي تجهيزات فراورش در مقايسه با الياف مصنوعي، سهولت اصلاح سطوح الياف با مواد جفت کننده، مقدار زياد نسبت مقاومت به وزن ،تجديدي شوندگي و در دسترس بودن منابع آنها اشاره کرد (اميدوار، 1379).
اما مهمترين معايب الياف طبيعي در چندسازه‏‏ها عبارتند از : دماي پايين‏‏تر براي فراورش، وجود مشکلاتي در پخش و پراکنش مناسب الياف چوب درماتريس پليمر و دماي بالاي مورد نياز براي ذوب کردن پليمر که منجر به تجزيه الياف چوبي ميگردد. ناسازگاري الياف طبيعي آبدوست با الياف طبيعي آبگريز و احتمال جذب رطوبت توسط الياف به منظور سازگاري چنين محصولاتي معمولاً با يک سازگارکننده به مخلوط اضافه ميشود که سطح مشترک دوفاز تلفيق‏‏شده را افزايش داده و باعث بهبود خواص اين‏‏محصول ميگردد (تجويدي، 1382). بديهي است هرچه اتصال بين مواد تقويتکننده و فاز زمينه قويتر باشد، چندسازه ساخته شده از مقاومت بالاتري برخوردار خواهد بود. از طرفي حالت قطبي الياف ليگنوسلولزي و حالت غيرقطبي اکثر پليمرها مانع از انتقال تنش از فاز زمينه به فاز تقويت‏‏کننده ميشود. بنابراين در ساخت مواد چندسازه استفاده از مواد افزودني به عنوان سازگارکننده که موجب بهبود اتصال بين دو فاز پليمري و تقويتکننده ميگردد، ضروري به نظر ميرسد.
يک مولکول عامل سازگارکننده حاوي يک گروه عاملي معدني و يک گروه عاملي آلي است که گروه عاملي معدني به سطح پرکننده و گروه عاملي آلي به زنجيره پليمري اتصال دارد (شاکري و اميدوار، 1381).
از انواع مواد سازگارکننده ميتوان سازگارکنندههاي سيلاني، تيتنات‏‏ها، متاکريلاتها و انيدريدها را نام برد (شاکري و هاشمي، 1382).
1-2-9-روشهاي فراورش پلاستيکها
روشهاي فراورش متفاوتي در مورد پلاستيک ها کاربرد دارند. اکستروژن25 و قالبگيريتزريقي26 از همه رايجترند. در اکستروژن، رزين در دستگاه اکسترودر ذوب شده و به درون يک قالب فرستاده مي شود. اين قالب ماده مذاب را به شکل محصول نهايي درميآورد. آنگاه ماده مذاب به سرعت سرد شده و شکل بدست آمده حفظ مي‏‏گردد. پلاستيک جامد وارد بخش کشنده دستگاه که شکلي مشابه قطعه ساخته شده دارد مي شود. اين بخش ماده مذاب را از داخل قالب بيرون کشيده و در سيستم خنککننده حرکت ميدهد. آنگاه محصول به قطعات کوچکتر بريده‏‏شده و يا به دور يک قرقره پيچيده ميشود. اکستروژن فرآيندي پيوسته است و محصول با سطح مقطع ثابت و طول بي‏‏نهايت توليد ميکند. فيلمها، پوشش‏‏ها، لولهها و پروفيلها عموماً به اين روش توليد ميشوند. دراين فرآيند به گرمانرمي با شاخص جريانمذاب (MFI)27 پايين نياز است. زيرا استحکام مذاب اهميت دارد. دستگاههاي اکسترودر عمدتاً به دوشکل وجود دارند. يک‏‏پيچه (يک ماردونه)و دو‏‏پيچه (دوماردونه)28. دستگاههاي دوپيچه عموماً براي مخلوطکردن پلاستيک و مواد افزودني مانند پرکننده مورد استفاده قرار ميگيرند. درحاليکه از نوع يک‏‏پيچه معمولاً براي ساخت قطعات پلاستيک استفاده ميشود.
شکل 5- دستگاه اکسترودر
قالبگيري تزريقي فرآيندي است که يک ماده گرمانرم مذاب تحت فشار بالا به داخل يک قالب فولادي تزريق ميگردد. پس از سخت شدن پلاستيک قالب بازشده و محصولي به شکل حفره قالب بدست مي آيد. يک دستگاه قالبگيري تزريقي از دو بخش تزريق و گيره تشکيل ميشود. بخش تزريق پلاستيک را ذوب کرده و به قالب تزريق مي‏‏کند. بخشگيره قالب را باز و بسته کرده و درهنگام تزريق محکم نگه ميدارد. در اين فرآيند به ماده گرمانرمي با شاخص جريان مذاب بالا نياز است. زيرا ماده مذاب بايد توانايي جريان و پرکردن کامل قالب را داشته باشد (ايناس وهمکاران، 2001). نهايتاً لازم به ذکر است که شرايط فرآورش برخواص چندسازه‏‏هاي الياف طبيعي-‏‏پلاستيک بهشدت موثراست (استرانگ29، 2000).
شکل 6- دستکاه قالبگيري تزريقي
1-2-10-روش پرس
همانطورکه ميدانيم چوب پلاستيکها بطور سنتي با استفاده از پرس ساخته ميشوند. مخلوط مواد بصورت پودر در يک قالب تحت حرارت و فشار قرار ميگيرد. همانطورکه بيان شده رايجترين روش براي توليد اينفرآورده روش تزريقي و اکستروژن است. ذرات ليگنوسلولزي به‏‏روش تزريقي بهتر توسط مواد ترموپلاستيک کپسوله مي‏‏شوند. و سطح فرآوردهها غني از پليمر است. و الياف جهتگيري خاصي دارند. درحاليکه در تختههاي توليد شده به روش اکستروژن پارامترهايي مانند جهتگيري و مرزلايهها کمتر قابل تشخيص است و در سطح نمونهها بروش اکستروژن فيبرها آشکار هستند (ميگنولت و همکاران، 2009). ولي مهمترين روش تهيه محصولات چند سازه پلي‏‏پروپيلن – ذرات چوب روش اکسترودر است. که با استفاده از اين روش محصولات مورد نظر به صورت ورق و پروفيل به منظور استفاده در زمينههاي مختلف تهيه مي‏‏گردند. فرآيندي مانند قالبگيري تزريقي زماني مورد استفاده قرار ميگيرند که محصولات مورد نظر داراي شکل پيچيدهاي باشند، و يا نيازي به فرآيند پيوسته نباشد.(دادخواه تهراني، 1387). همچنين روش پرس براي تخته‏‏هايي با ابعاد بزرگ، دانسيته متفاوت و يا حجم زياد استفاده ميشود. ضمن اينکه در اين روش ميتوان از حجم بالاي الياف (بيش از 80% وزني) استفاده کرد.(چهار محالي و همکاران، 1385)
1-2-11-اهميت وکاربرد‏‏هاي چندسازه چوبپلاستيک
باتوجه به دلايل زير توليد و استفاده نياز مواد چندسازه از جمله چندسازههاي ليگنوسلولزي در کشورهاي در حال توسعه، همانند کشور ما از اهميت ويژهاي برخوردار است.
انتخاب مواد اوليه و روش توليد مناسب صرفهجويي قابل توجهي را در انرژي مصرفي سبب ميشود.
بطورکلي توليد چندسازه‏‏ها به خصوص از الياف طبيعي از امکانات زيربنايي، تکنولوژي، دانش فني پيشرفته و سرمايه گذاري بالا ندارد.
روشهاي مورد استفاده در ساخت کامپوزيتها بسيار متنوع است و اين نوع تنوع باعث ميشود که بتوان تکنولوژي مربوط را با شرايط و موقعيت حاکم بر هرکشوري انطباق داده و از امکانات موجود حداکثر استفاده را نمود.
وجود سابقه تاريخي مصرف چندسازه‏‏ها مانندچوب، کاهگل، ساختمانهاي بامبويي، بتون مسلح وقطعات سيماني تقويت شده با آزبست در کشور‏‏هاي در حال رشد از ديگر دلايل توجيه چندسازهها ميباشد.
در بسياري موارد توليد کامپوزيت‏‏ها با وسايل ساده و در محل مصرف امکانپذير است و در نتيجه مساله حمل کامپوزيت ساختهشده از کارخانه به محل مصرف و هزينه مربوط حذف مي شود (گرجاني، 1383).
ازطرفي با توجه به ويژگي‏‏هاي چند سازه چوبپلاستيک اين موارد کاربرد‏‏هاي مختلفي پيدا کرده اند. و استفاده از آنها به سرعت رو به افزايش است.
تجارب محصولات چوب پلاستيک از سال 1998 رشد 25 درصدي داشته است. تقاضا براي توليد اين فرآوردهها در آمريکاي شمالي و اروپا از 50000 تن در سال 1995 به 70000 تن در سال 2002 رسيده است. بيشترين تجارت اين فرآوردهها در بخشهاي مختلف صنعت پلاستيک صورت گرفته بطوريکه هيچ يک از محصولات ساختماني چنيني تقاضايي را نداشته است (ايباخ و کلمنس30، 2006).
اين مواد ميتوانند در محوطههاي داخلي و بيروني مورد استفاده قرارگيرند. بطوريکه بازارهاي اصلي اين مواد شامل خودروسازي، مبلمان‏‏شهري و ساختمان‏‏سازي مي‏‏باشد (پورحمزه، 1385).
کاربرد عمده اين محصولات عبارتنداز :
صنايع حمل و نقل:
بدنه واگنهاي قطار، قسمت‏‏هاي مختلف بدنه خودرو سبک و سنگين، قطعات موتور، محور انتقال نيرو، قايق‏‏هاي تفريحي و ورزشي و…
صنايع الکتريکي و الکترونيکي:
وسايل الکتريکي،ورق مدارها،کليدها و کنتورها
صنايع شيميايي:
لوله‏‏هاي انتقال مواد شيميايي و بخار، مخازن تحت فشار، تانکهاي ذخيره مواد شيميايي و ستون هاي تقطير
وسائل ورزشي و خانگي :
راکت، تخته اسکيت، روکش صندلي، کابينتهاي آشپزخانه، قفسه بندي، مبلمان اداري و خانگي
صنايع ساختمان سازي:
مخازن آب، روکشها، لوله، درب، پنجره، نماهاي خارجي و ورق هاي سقفي، نرده و کف پوش، الوار و تخته وسقف هاي پيش ساخته(حميدي نيا، 1383).
1-2-12-اهداف تهيه چندسازههاي چوبپلاستيک
1- کاهش قيمت محصول از طريق مخلوط کردن يک ماده با قيمت کم(چوب) و يک ماده پليمري نسبتاً گرانتر.
2- توليد يک چندسازه با خواص جديدي مانند سبک بودن، برتري خواص سايشي، مقاوم در برابر عوامل محيطي و در نهايت توليد سازه اي با شرايط و خواص بهتر از هريک از مواد تشکيل دهنده.
3- استفاده از محصولات بدست آمده از بازيافت و پسماند ديگر مواد.
1-2-13-انواع اصلاح چوب
چوب مادهاي طبيعي است به همين خاطر بيشترين گوناگوني را در خواص خود دارد. اين گوناگوني بين نمونه‏‏‏ها، بين درختها و در خود درختها نيز وجود دارد. از اينرو بسياري از خواص چوب بوسيله اجزاي تشکيل دهنده شيميايي آن تشکيل شده که اصلاح چوب اغلب در پي تغييردادن اين سطح ميباشد. قابل ذکر است که نوعي اصلاح چوب بطوريکه ترکيبات شيميايي مواد را تغيير ندهد نيز وجود دارد.
بطور کلي اصلاح چوب عبارتست از بکارگيري يک عامل شيميايي، فيزيکي يا بيولوژيکي جهت بهبود مطلوب خواص چوب بهگونهاي که چوب اصلاح شده ماهيت سمي نداشته باشد و در هنگام دفع، مواد سمي از آن آزاد نشود. اگر هدف از اصلاحچوب، بهبود مقاومت چوب در برابر عوامل بيولوژيک باشد، بايد با يک مکانيسم غير سمي مقاومت چوب را در برابر عوامل بيولوژيک بهبود ببخشد. (هيل31،2006)
روشهاي اصلاح چوب:
اصلاح شيميايي
اصلاح به روش اشباع
اصلاح حرارتي
اصلاح سطحي
1-2-14-اصلاح شيميايي
اصلاح شيميايي چوب را ميتوان اينگونه تعريف کرد: واکنش شيميايي بين بخشهاي واکنشپذير چوب و معرفهاي شيميايي فازتکي براي تشکيل پيوندهاي کوالانسي بين دو گروه و يا اتصالات‏‏‏عرضي بين دو يا چند گروه فعال در حضور يا عدم حضور کاتاليزور (هيل، 2006). درنتيجه طبيعت شيميايي ديواره سلولي پليمر تغيير ميکند، که ميتواند منجر به ايجاد خواص جديد شود. فيبرهاي طبيعي بدليل وجود گروههاي هيدروکسيل ميتواند انرژي سطح و قطبيت الياف طبيعي را تغيير دهد (قاسمي و همکاران، 2010). چوب و ديگر مواد سلولزي عمدتاً داراي خاصيت هيگروسکوپيک ميباشند. و رطوبت کليه ويژگيهاي اين مواد را تحت تاثير قرار ميدهد. لذا کنترل رطوبت يکي از اساسي ترين مباحث فناوري چوب و مهمترين اهداف در سازهها و محصولات مرکب چوبي جهت جلوگيري از تغييرات فيزيکي، شيميايي و مکانيکي ميباشد. لذا در سالهاي اخير سعي شده است که با استفاده از روشهاي متعدد اصلاحي از جمله روش اصلاح شيميايي ويژگيهاي اين مواد را اصلاح نموده و آنها را براي کاربرد‏‏‏هاي با قابليت‏‏‏هاي فراتراز آنچه تا کنون بکار ميرود، مورد استفاده قرار داد. اصلاح شيميايي چوب واکنش شيميايي بين برخي از اجزاي فعال تشکيل دهنده چوب (سلولز، همي‏‏‏سلولز و ليگنين) با يک ماده شيميايي است که در نهايت منجر به ايجاد پيوند بين چوب و ماده شيميايي ميگردد. اصلاح شيميايي ميتواند شامل اصلاحهاي فعال باشد که سبب تغييرات طبيعي و شيمي‏‏‏مواد ميشود. و يا اصلاحهاي غير فعال بطوريکه تغيير در خواص ايجاد شود، اما بصورتي که تغيير در شيمي مواد ايجاد نشود. گروههاي هيدروکسيلي(OH) بسپار‏‏‏هاي تشکيل دهنده چوب (سلولز، همي سلولز و ليگنين) فعالترين محل انجام واکنشهاي شيميايي ميباشند. اين‏‏‏گروهها بدليل ايجاد پيوندهايي هيدروژني با آب در ناپايداري ابعاد چوب و همچنين در انتشار آنزيم هاي عامل مخرب بيولوژيک چوب مانند قارچ‏‏‏ها و ايجاد شرايط مساعد زيستي ميکروارگانيسمها نقش دارند. مواد شيميايي جهت اصلاح شيميايي شامل انيدريدها (همچون استيک، بوتريک،فناليک، ساکسنيک و مالئيک)، اسيد کلريد، اسيدکربوکسيليک، کتان، ايزوسيانات فرمالدئيد، استالدئيد، سولفات ديمتيل ،آلکيلکلرايد و پروپيولاکتون است (حاجي حسني، 1386). مکانيسم، عملکرد و روش تيمارکردن با هريک از مواد بالا متفاوت و وابسته به ساختار شيميايي معرف ها ميباشد(قاسمي و همکاران، 2010).
هدف از اصلاح براي ايجاد بهبود در مقاومت به پوسيدگي يا ثبات ابعادي ،کاهش جذب رطوبت و بهبود عملکرد آن در برابر پوسيدگي و غيره ميباشد.(هيل ،2006)
1-2-15-حالتهاي قرار‏‏‏گرفتن مونومر در سلول
در داخل ديواره سلولي منافذ بسيار ريزي وجود دارد. اگر مونومر در داخل ديواره نفوذ کند و سپس پليمر شود باعث متورم شدن (واکشيده شدن) ديواره سلول شده و از همکشيدگي و واکشيدگي چوب اصلاح شده در اثر تماس با رطوبت جلوگيري مي‌کند.
اگر منومر در داخل حفره سلول پليمر شود، از آنجا که آب بسيار ريز (4 آنگسترم(?4)) است، از کوچکترين منافذ خود را به ديواره سلول مي‌رساند و نهايتاً باعث تغيير ابعاد چوب مي شود (هيل ، 2006).
اگر ماده شيميايي وارد ديواره سلول شود عملکرد بهتري در برابر پوسيدگي خواهد داشت، ولي اگر ماده حفاظتي فقط وارد سلول شود کارآيي خوبي نخواهد داشت. بهبود ثبات ابعادي چوب وقتي که ماده اصلاح کننده در درون حفره لومن قرار دارد يک بهبود دائمي نميباشد، و در اثر مرور زمان اين بهبود ثبات از بين مي‏‏‏رود، ولي اگر بهبود در اثر وارد شدن ماده اصلاح کننده در درون ديواره سلولي باشد ثبات دائمي به دست خواهد آمد (هيل ، 2006).
شکل 7- حالتهاي تثبيت ماده اصلاح¬کننده در چوب
a ماده اصلاح کننده در داخل ديواره سلول قرار گرفته و باعث متورم شدن ديواره سلول شده
b ماده اصلاح کننده در داخل حفره لومن قرار گرفته و تغييري را در حجم ديواره سلول ايجاد نکرده
c واکنشي بين چوب و ماده شيميايي رخ نداده است.
d واکنش بين يک گروه هيدروکسيل چوب و ماده شيميايي رخ داده است.
e تشکيل پيوند عرضي بين دو گروه هيدروکسسيل در اثر ماده شيميايي رخ داده است.
براي نشان دادن مقدار افزايش وزن در اثر وارد شدن ماده اصلاح کننده که جهت اصلاح چوب بکار رفته است ازپارامتر WPG استفاده مي‌کنيم.
WPG=( w_2-w_1)/w_1 ×100معادله 1- درصد افزايش وزن (WPG)WPG: مقدار افزايش وزن چوب در اثر تثبيت ماده اصلاح کننده در داخل چوب
W_1: وزن نمونه‏‏‏هاي اصلاح شده قبل از اصلاح
W_2: وزن نمونه‏‏‏هاي اصلاح نشده
براي نشان دادن مقدار افزايش حجم در اثر وارد شدن ماده اصلاح کننده که جهت اصلاح چوب بکار رفته است از پارامتر Vc استفاده مي‌کنيم.
Vc = ((Vmod – Vun)?Vun)×100معادله 2- درصد افزايش حجم در اثر اصلاح با ماده اصلاح کنندهV_c: درصد افزايش حجم
v_mod: حجم چوب اصلاح شده
v_un: حجم چوب اصلاح نشده
براي اندازگيري ميزان ثبات ابعادي چوي اصلاح شده از فرمول زير استفاده مي‏‏‏شود.
S% = [((V_ws-V_od ))?V_od ]×100
معادله 3- سنجش ثبات ابعادي
S%: درصد واکشيدگي
v_ws:حجم اشباع از آب
v_od:حجم نمونه هاي خشک شده در آون
براي اندازه‏‏‏گيري درصد بهبود ثبات ابعادي از فرمول ASE (Anti Shrinkage Efficiency) استفاده ميشود. همچنين اگر در مخرج کسر بالا حجم خشک پس از اصلاح قرار داده شود به فرمول آن ASE´ گفته ميشود.

ASE = [((S_U-S_M))?S_U ]×100
ASE´ = [((S_U- ?_M))?S_U ]×100معادله 4- درصد بهبود ثبات ابعاد( کارايي ضد‏‏‏همکشيد‌گي)ASE: درصد بهبود ثبات ابعاد( کارايي ضد‏‏‏همکشيد‌گي)
s_u: درصد واکشيدگي چوب اصلاح نشده
s_m: درصد واکشيدگي چوب اصلاح شده
?_m: درصد واکشيدگي چوب در اثر اصلاح
شکل 8 – حالتهاي ASE
اگر بهبود ثبات ابعاد در اثر افزايش حجم باشد مقدار ASE´ صفر مي‌شود يعني ماده اصلاحکننده از طريق نفوذ در ديواره سلول فقط باعث حجيم شدن ديواره سلولي شده است.
اگر بهبود ثبات‏‏‏ابعادي با مکانيسمي غير از حجيمکردن ديواره سلول، يعني تشکيل پيوند عرضي حاصل شود مقدار ASE´ مثبت ميشود، چون حجم چوب اصلاح شده کمتر از حجم چوب اصلاح نشده است.
اگر ديواره سلولي توسط ماده حفاظتي تخريب شود، مقدار ASE´ منفي مي‌شود.
اگر ماده‏‏‏اي را وارد ديواره سلولي بکنيم تا باعث بهبود ثبات ابعادي شود ولي باعث تخريب ديواره سلولي شود مقدار بهبود ثبات ابعادي منفي مي شود.
هنگامي‏‏‏که بين گروه‏‏‏هاي هيدروکسل در اثر ماده اصلاح کننده پيوند عرضي رخ مي‏‏‏دهد، مقدار بهبود ثبات ابعادي مثبت مي شود (هيل، 2006)
1-2-16-تاريخچه فرآيند استيلاسيون
استيلاسيون چوب اولين بار در آلمان توسط فوچس32 (1928) با استفاده از انيدريد استيک و سولفوريک اسيد به عنوان کاتاليزور انجام شد. اين پژوهشگر در مطالعات خود درصد افزايش وزن بيش از 40 درصد بدست آورد، اين بدين معني است که او ساختمان بلوري شکل سلولز را در فرآيند از بين برد.
سي داوتيسچ33 (1928) پودر راش و کاج را با استفاده از پيريدين يا دي متيل لاتيدين به عنوان کاتاليزور استيله کرد. درصد افزايش وزن بدست آمده 30 تا 35 درصد بعد از 15 تا 35 روز در 100 درجه سلسيوس بود. تارکو34 (1945) اولين بار کاربرد چوب استيله شده در آب را براي تثبيت چوب و عدم بالک شدگي شرح داد(راول35، 2006).
1-2-17-استيلاسيون
استيله‏‏‏کردن يکي از روشهاي پرکاربرد در زمينه اصلاح شيميايي چوب ميباشد. اين فناوري نسبتاً نوين در اصلاح چوب و فرآوردههاي چوبي مانند تخته خرده چوب و چوبپلاستيک مورد توجه قرارگرفته و پژوهشگران متعددي را به خود جلب کرده است. استيلهکردن از جمله واکنش هاي استري مي‏‏‏باشد. و مبناي آن جايگزيني گروه‏‏‏هاي استيل با گروه‏‏‏هاي هيدروکسيلي بسپارهاي سازنده ديواره سلولي ميباشد (حاجحسني و همکاران، 1386). سريعترين واکنش در برابر گروههاي استيل را ليگنين ميدهد. به طوريکه تقريباً تمامي هيدروکسيل توسط گروههاي استيل جايگزين ميشود. همچنين 25 % گروههاي هيدروکسيل هميسلولز نيز جايگزين ميشود. و عدم جايگزيني هيدروکسيل سلولز نيز ديده شده است (جايگزيني مقدارهيدروکسيل دردسترس درسطح منطقه آمورف) (راول، 2006). براي استيلهکردن از اسيدهاي انيدريد و کربوکسيليک استفاده ميکنند. درجريان استيلهکردن ساختار شيميايي الياف تغيير مينمايد. و با توجه به شدت فرآيند استيلاسيون ميزان جذب رطوبت به شدت کاهش مي يابد. واکنش انيدريد استيک با چوب سبب استري شدن گروه هاي هيدروکسيل در دسترس ديواره سلولي مي‏‏‏شود. دراين واکنش يک محصول فرعي نيز تشکيل مي‏‏‏شود که اسيد استيک است و بايستي حذف شود. درحاليکه ذرات چوب و فيبرها به آساني استيله مي‏‏‏شوند اما استيلاسيون چوب ماسيو بسيار مشکل است. استيلاسيون واکنش افزايش تکي است به اين مفهوم که يک گروه استيل بر روي يک گروه هيدروکسيل بدون هيچ پليمريزاسيوني قرار مي‏‏‏گيرد (مرادپورو ماستري، 1390).
شکل 9- واکنش بين انيدريد و چوب
بنابراين همه افزايش وزن در استيل مي‏‏‏تواند به طور مستقيم به واحد هاي بلوک شدهي گروه‏‏‏هاي هيدروکسيل تبديل شود. اين مساله براي واکنش‏‏‏هايي که زنجيره پليمر تشکيل شده صدق نمي_کند (براي مثال اپوکسيد‏‏‏ها و ايزوسيانات که در اين حالت افزايش وزن نمي‏‏‏تواند به واحدهاي بلوک شده گروههاي هيدروکسيل تبديل شود).
1-2-18-ديگر مواد استيله کننده
اسيد کربوکسيليک- اسيد کلريدريک – گاز کتن
واکنش اسيدهاي کربوکسيليک با چوب مانند واکنش انيدريد معمولي مي باشد، ولي به علت بار الکتريکي مثبت کم کربن اسيل در اسيد کربوکسيليک در مقايسه با انيدريد‏‏‏ها واکنش به مقدار زياد کاهش پيدا مي‏‏‏کند. براي اين منظور از يک کاتاليست اسيد اغلب براي ارتقاء واکنش استفاده مي‏‏‏شود. بنابراين درمطالعه واکنش اسيد کربوکسيليک با چوب، تريفلورور استيک اسيد(TFA) به عنوان کاتاليست استفاده مي شود (هيل ، 2006).
شکل 10- کاتاليست اسيد در واکنش چوب با اسيد کربوکسيليک
چوب مي تواند با اسيد کلريد استري شود و کلريد هيدروژن نيز آزاد مي کند.
شکل 11- واکنش چوب با کلريد اسيد
از اسيد استيک هم براي استيله کردن مي‏‏‏توان استفاده نمود، اما سرعت واکنش کم است و نياز به کاتاليزور دارد. اسيدکلريدريک هم داراي محصول جانبي است و باعث تخريب ديواره سلولي



قیمت: تومان


پاسخ دهید