دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
دانشکده جنگلداری و مهندسی چوب
تحقیق نظری جهت دریافت درجه کارشناسی ارشد (M.Sc.) در رشته تکنولوژی و مهندسی چوب
گرایش حفاظت و اصلاح چوب
بررسی مطالعاتی مقاومت به پوسیدگی چند سازه چوب پلاستیک اصلاح شیمیایی شده
پژوهش و نگارش :
سید ابراهیم موسوی
استاد راهنما :
دکتر محمد رضا ماستری فراهانی
تابستان 1391
سپاسگزاری
سپاس تو را که نمی توانیم این کار بی تو بسر بریم،نه زهره آن داریم که از تو بسر بریم.هرگه که پنداریم که رسیدیم،ازحیرت شما روا سربریم.کجا باز یابیم آن روز،که تو ما را ماوا بودی و ما نبودیم ،تا باز به آن روز رسیم میان آتش و دودیم،اگر به دو گیتی،آن روز یابیم برسودیم،و ربود خود را دریابیم،به نبود خود خوشنودیم.
‌ اکنون که با اتمام این تحقیق به پایان چنین مسیر پر فراز و نشیبی رسیده ام ،بر خود لازم می دانم از تمامی کسانی که مرا در این راه یاری رساندند،کمال تشکر و قدردانی را داشته باشم.
با درود فراوان تقدیم با بوسه بر دستان پدرم، به او که نمی دانم از بزرگی اش بگویم یا مردانگی، سخاوت ومهربانی اش وسپاس بیکران بر همدلی و همراهی و همگامی مادر دلسوز و مهربان که نثارایثارش گل محبت را در وجودم پروراند ودامان گهربارش لحظه های مهربانی را به من آموخت.
و با تقدیر و تشکر شایسته از استاد فرهیخته و فرزانه جناب آقای دکترمحمدرضا ماستری فراهانی استاد راهنمای عزیزم که با نکته های دلاویز و گفته های بلند ، صحیفه های سخن را علم پرور نمود.

چکیده
امروزه استفاده از چندسازه چوب پلاستیک در مصارف ساختمانی بسیار رواج یافته است. یکی از دلایل مهم این افزایش تقاضا، ارزانی مواداولیه این چندسازه ارزشمند میباشد. چراکه در ابتدا هدف از تولید این سازه کاهش هزینههای ناشی از تولید چندسازه پلیمر- شیشه بودهاست. مهمترین پارامتر محدودکننده اینسازه ارزشمند خاصیت جذبآب است. در ابتدا گمان بر این بود که این سازه عاریاز هرگونه جذبآب است. اما ازآنجائیکه شواهدی مبنیبر حضوررطوبت ودر پیآن تخریب بیولوژیکی وجود دارد، محققین درپی روشهایی برای کاهش جذبرطوبت این سازه هستند. تاکنون روشهای نسبتا زیادی برای کاهش جذبآب اینسازه بیانشده است کهاز مهمترین اینها روشهایاصلاح چوب هستند. اصلاح حرارتی، استیلاسیون و فورفولاسیون از مهمترین روشهای اصلاح چوب بشمار میروند. وجه مشترک اینروشها کاهش درمعرض قرارگیری با رطوبت بخش سلولزی و در نتیجهآن افزایش ثبات ابعادی مقاومت به پوسیدگی سازه است. ازآنجائیکه رطوبت نقش کلیدی را درپوسیدگیقارچی بازی میکند، اصلاح شیمیایی دیواره سلول چوبی میتواند در پیشگیری و کندکردن تخریب بیولوژیکی موثر باشد. دراین تحقیق به بررسی اثر اصلاح شیمیایی چوب بمنظور افزایش مقاومت بهپوسیدگی چندسازه چوبپلاستیک پرداخته شده است. همچنین اثر پیشتیمارهایی نظیر درمعرضگذاری با UV و چرخههای جوشاندن برای افزایش احتمال پوسیدهشدن بررسی شده است. نتایج حاصل حاکی از آن است که روشهای اصلاحچوب منجر به افزایش مقاومت به جذبآب چندسازه چوب پلاستیک شده و باعث افزایش ثباتابعادی و مقاومت به پوسیدگی آن میشود. همچنین نتایج بیان میکندکه پیشتیمارهای انجام شده باعث افزایش احتمال پوسیده شدن این سازه میشود.
کلمات کلیدی: چندسازهچوبپلاستیک- مقاومت به پوسیدگی- جذبآب- اصلاحچوب-
ثباتابعادی
فصل اول: مقدمه و کلیات
1-1- مقدمه2
1-1-1-اهداف تحقیق4
1-1-2-فرضيهها4
1-1-3-اهمیت تحقیق4
1-2-کلیات5
1-2-1- چند سازه چوب پلاستیک5
1-2-2-پلاستیکها8
1-2-3-پلیاتیلن9
1-2-4-پلیاتیلن با دانسیته‏کم10
1-2-5-پلیاتیلن با دانسیته متوسط11
1-2-6-پلیاتیلن با دانسیته بالا11
1-2-7-پلیپروپیلن12
1-2-8-تقویتکنندهها و سازگارکنندهها13
1-2-9-روشهای فراورش پلاستیکها15
1-2-10-روش پرس17
1-2-11-اهمیت وکاربرد‏‏های چندسازه چوب پلاستیک18
1-2-12-اهداف تهیه چندسازههای چوبپلاستیک20
1-2-13-انواع اصلاح چوب20
1-2-14-اصلاح شیمیایی21
1-2-15-حالتهای قرار‏‏‏گرفتن مونومر در سلول22
1-2-16-تاریخچه فرآیند استیلاسیون27
1-2-17-استیلاسیون27
1-2-18-دیگر مواد استیله کننده28
1-2-19-خواص چندسازه اصلاح شده35
1-2-21-پوسیدگی قهوهای37
1-2-22-پوسیدگی رشتهای یا سفید39
1-2-23-پوسیدگی نرم41
1-2-24-عوامل و عناصر مورد نیاز قارچ‏‏‏ها41
1-2-25-اثرات پوسیدگی و روشهای بررسی آن42
1-2-26-دوام طبیعی چندسازه ها43
فصل دوم : مرور منابع
2-1- مرور منابع48
فصل سوم : بحث و نتیجهگیری
3-1- بحث54
نتیجهگیریکلی56
پیشنهادات57
فصل چهارم: منابع
منابع60
شکل1- چوب پلیمر6
شکل 2- چوب پلاستیک کامپوزیت6
شکل 3- پلیاتیلن10
شکل 4- پلی پروپیلن13
شکل 5- دستگاه اکسترودر16
شکل 6- دستکاه قالبگیری تزریقی17
شکل 7- حالتهای تثبیت ماده اصلاح¬کننده در چوب23
شکل 8 – حالتهای ASE26
شکل 9- واکنش بین انیدرید و چوب28
شکل 10- کاتالیست اسید در واکنش چوب با اسید کربوکسیلیک29
شکل 11- واکنش چوب با کلرید اسید29
شکل 12- a) استیلاسیون چوب با گاز کتن b) استیلاسیون چوب با دی‌کتن30
شکل 13- واکنش چوب با مالئیک‏‏‏انیدرید30
شکل 14- مکانیسم جفت‏کنندگی مالئیک انیدرید31
شکل 15 – واکنش چوب با ساکسنیک انیدرید32
شکل 16- واکنش چوب با ایزوسیانات32
شکل 17- واکنش چوب با اپوکسید33
شکل 18- واکنش چوب با فرم آلدئید33
شکل 19- واکنش چوب با اکریلو نیتریل34
شکل 20- واکنش β-پرپیولاکتون با چوب34
شکل 21- قارچ مولد پوسیدگی قهوهای39
شکل22- قارچ مولد پوسیدگی سفید40
شکل 23- رابطه بین WPG و کاهش وزن ناشی از پوسیدگی46
فصل اول
مقدمه و کلیات
1-1- مقدمه
از دیر باز انسان مواد مختلف را جهت دستیابی به فرآوردههای جدید با خواص بهتر با هم ترکیب نموده است. یکی از این فرآوردهها چندسازه چوب پلاستیک است که به اختصار 1WPC نامیده میشود. این فرآورده که در سالهای اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است، مخلوطی از ذر‬ات چوب یا مواد لیگنوسلولزی دیگر و مواد پلیمری است که ظاهری شبیه به چوب داشته ولی به وسیله فرآیندهای تولید مواد پلاستیک شکل میگیرد(جزایری، 1385). سالانه تحقیقات فراوانی برروی نحوه فرآوری و ساخت این فرآورده و اصلاح و بهبود خواص آن صورت میگیرد. در ساخت این مواد محدوده وسیعی از پلیمرها مانند پلیپروپیلن(PP2)، پلیاتیلن(3PE)، پلیونیل کلراید(PVC4) و… همراه با پرکنندههای سلولزی نظیر آرد و الیاف چوب، کتان، کنف، بامبو، کاه و کلش مورد استفاده قرار میگیرد (کوزیژسکی5، 2010). طبق آمار منتشر شده بیشترین پلیمرهای مصرفی از نوع پلیاتیلن و پلیپروپیلن بوده، به طوریکه در سال 2010 در مجموع 95% از پلیمرهای مصرفی را شامل شدهاند (کارنانی6وهمکاران، 1997 و زوو7 و همکاران، 2010). به طورکلی این محصولات شامل دو فاز میباشند: فاز زمینه و فاز تقویت کننده (امیرخیزی، 1373).
با اینحال تنها هنگامیکه فاز های تشکیلدهنده خواص فیزیکی کاملاً متفاوتی داشته باشند، ماده حاصل مرکب نامیده میشود (آگاروال و باروتمن8 ،1980).
وظیفه فاز تقویت کننده تحمل تنشهای مکانیکی وارده است و فاز زمینه تنشهای وارده را از یک جزء تقویت کننده به جزءدیگر منتقل کرده و بدین ترتیب در تمام حجم در تمام حجم چندسازه توزیع مینماید (درودیانی،1373).
کامپوزیتهای چوب پلاستیک به دلیل طیف متنوع آن و همچنین مقرون به صرفه بودن آن، دارای نرخ بالایی از رشد جهانی هستند. به طور معمول، کامپوزیتها از 40 تا 60 درصدچوب به شکل تراشه، الیاف و یا ذرات ریزتر که با گرمانرمهایی مانند پلیپروپیلن، پلیاتیلن و پلیونیل کلراید ترکیب میشوند، ساخته میشود (حمزه و همکاران، 2011).
پلاستیکها به طور کلی مقاوم به حمله قارچی هستند با این حال یک نگرانی عمده برای این مواد هست که چوب موجود در کامپوزیتها مستعد به تخریب بیولوژیکی است. جزء چوب در این مواد سطوح رطوبت مناسبی را برای حمله قارچی فراهم میکند. بسیاری از تولیدکنندگان از این خطر به وسیله تولید این محصولات برای مصارف داخلی که حضور آب کم است یا وجود ندارد، جلوگیری میکنند در نتیجه خطرحمله قارچی به حداقل میرسد (لوملی9 و همکاران، 2011).
افزایش کاربردهای چوب پلاستیکها در محیطهای بیرونی، نیازمند اطلاع از دوام این محصولات است، زیرا با وجود پیشرفتهایی که در روش ساخت این محصولات صورت گرفته است، شواهد نشان میدهند که این محصولات کاملاً در برابر پوسیدگی مصون نمیباشند. به خصوص اگر این چندسازهها در جاهایی که به طور دورهای یا مداوم در معرض رطوبت نسبی بالا و رشد قارچی میباشند، بیشتر مستعد به رشد قارچ و تخریب بیولوژیکی خواهند بود (شریفی، 1388).
با توجه به آنچه بیان شد پیدا کردن یک روش دوستدار محیط زیست برای کاهش جذب رطوبت و پوسیدگی قارچی دارای اهمیت بسیاری است. باتوجه به مطالعات انجام شده اصلاح شیمیایی اجزای چوبی یکی از روشهایی است که بدین منظور بیشترین مطالعات روی آن انجام شده است.
1-1-1-اهداف تحقیق
بررسی مروری اثر اصلاح شیمیایی چوب بر روی مقاومت به پوسیدگی چندسازههای چوب پلاستیک
تعیین سطح مورد نیاز اصلاح شیمیایی چندسازه چوب پلاستیک جهت بهبود مقاومت به پوسیدگی این محصولات
بررسی مروری اثر پیشتیمارهایی نظیر در معرض قرار گیری با UV و… بر روی مقاومت به پوسیدگی چوب پلاستیک اصلاح شیمیایی شده
1-1-2-فرضيهها
احتمالا بعضی از روشهای اصلاح در مقابل پوسیدگی مقاومت چند سازه را بهبود می دهند.
روشهای اصلاح شیمیایی در یک سطح خاص مقاومت پوسیدگی را بطور کامل بهبود می بخشند.
فرض بر این است مقاومت به پوسیدگی فرآورده چندسازه اصلاح شده، حتی بعد از در معرض قرارگیری با پیشتیمارهایی نظیر در معرض قرارگیری با UV و … بدون تغییر می ماند.
1-1-3-اهمیت تحقیق
با توجه به کاربردهای 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 (موریس 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 (کاظمی و جلیلوند، 1385).
1-2-کلیات
1-2-1- چند سازه چوب پلاستیک
به طورکلی اصطلاح WPC به دو گروه متفاوت از چندسازهها اطلاق میشود. در گروه اول مونومر در داخل چوب با روشهای متداول اشباع چوب تزریق شده و پلیمریزاسیون مونومر با استفاده از روشهای مختلف به انجام میرسد. ماده حاصل دارای ظاهری مثل چوب، دانسیته و ثبات ابعادی بیشتر بوده و خواص مکانیکی آن از چوب بهتر است.
شکل1- چوب پلیمر
در گروه دوم اختلاط مذاب پلیمرهای گرمانرم و الیاف طبیعی ار جمله چوب در یک سیستم اختلاط انجام میشود. مادهی حاصل بیشتر شبیه پلاستیک بوده ودرگروه پلاستیکهای تقویتشده قرارمیگیرد (تجویدی،1384).
شکل 2- چوب پلاستیک کامپوزیت
کامپوزیتهایی که در آنها فاز زمینه با ماتریس توسط الیاف گوناگون تقویت شده باشند، مهمترین دسته از این محصولات را تشکیل میدهند. و به کامپوزیتهای لیفی11 معروفند. چنانچه بجای الیاف از پودر (معمولا معدنی) استفاده شود، این مواد را کامپوزیتهای ذرهای یا پودری12 مینامند.
گاهی ماتریس الیاف را فاز پیوسته13 و فاز تقویتکننده را فاز ناپیوسته14 گویند. ممکن است هر دو فاز الیاف و پودر با هم در ماتریس وجود داشته باشند. بهبود خواص ماتریس در کامپوزیتهای لیفی معمولاً خیلی بیشتر از کامپوزیتهای ذرهای صورت میگیرد (طبری، 1382).
درهنگام تولید چندسازه چوب پلاستیک مشکلاتی نظیر عدم سازگاری بین پرکننده آبدوست و ماده زمینه(پلاستیک) آبگریز و دشواری توزیع یکنواخت این پرکنندهها در پلاستیک به وجود میآید، که جهت برطرف کردن این مشکلات از سازگارکنندههای مختلفی استفاده میشود. در حال حاضر در بیشتر تحقیقات از مالئیک انیدرید پیوند شده با پلیپروپیلن و پلیاتیلن (MAPP و MAPE) به عنوان ماده سازگارکننده در ساخت WPC استفاده میگردد. این سازگارکنندهها نیز دارای درجه بندیهای مختلفی هستند که ویژگیهای متفاوتی دارند و میتوانند ویژگیهای نهایی چوب پلاستیک تولید شده را تحت تأثیر قرار دهند (پورحمزه، 1385).
در حال حاضر در ساخت WPC عمدتاً از آرد چوب و دیگر مواد لیگنوسلولزی به عنوان پرکننده استفاده میشود. گونههای چوبی مورد استفاده بسته به فراوانی و قابلیت دسترسی به آنها متفاوت میباشد. علاوه بر گونههای جنگلی مورد استفاده، ضایعات مواد لیگنوسلولزی از جمله ضایعات گیاهان نیز مورد استفاده قرار میگیرند (صفارزاده، 1389).
با توجه به کاربردهای 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 (موریس 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 (کاظمی و جلیلوند، 1385).
1-2-2-پلاستیکها
پلاستیک یک بسپار آلی با وزن مولکولی بالا بوده و در حالت نهایی جامد است و در برخی نقاط توسط جریان میتوان آنرا به شکل معینی درآورد (فیروزمنش و همکاران، 1387).
پلاستیک مستعد تغییر شکل دادن در اثر اعمال نیرو و حفظ شکل جدید پس از قطع نیروی بکار رفته است، یعنی مادهای است که تحت تاثیر تنش، در آن تغییر شکل برگشت پذیر ایجاد میشود. یکیاز معیارهای عمده مواد پلاستیک این است که میتوان شکلهای پیچیدهای به آنها داد. پلاستیکها به دو گروه پلاستیکهای گرما سخت و گرمانرم تقسیم میشوند. مواد گرما سخت، بسته به ساختارشان هنگامیکه بالاتر از دمای بحرانی گرم شوند، بسیار سخت شده و با سردکردن مجدد نرم خواهند شد. زیرا معمولاً در این حالت تشکیل پیوندهای بین زنجیری میدهند. ازطرف دیگر چنانچه یک بسپار گرمانرم تا بالاتر از دمای بحرانی گرم شود، نرم شده و پس از شکلگرفتن و خنک شدن سخت میشود. اگر چنین بسپاری مجداداً گرم شود، دومرتبه نرم میشود و چنانچه لازم باشد میتوان باز هم شکل آنرا تغییر داد، و با خنک کردن شکل جدید کاملاً پایدار میماند. یعنی تغییر شکل در اثر اعمال گرما بارها قابل تکرار است (صفارزاده، 1389)
1-2-3-پلیاتیلن
پلیاتیلن بیشترین حجم پلاستیک تولید شده درجهان را داراست و دمای ذوب نسبتا پایینی دارد (عموما بین 106 تا 130 درجه سلسیوس میباشد، بستگی به دانسیته و شاخه های پلیاتیلن دارد). همچنین در یک دامنه وسیع ویسکوزیته و دمای ذوب تولید میشود. این ماده در حالت مذاب خوب با پرکنندهها مخلوط می شود. و دمای ذوب پایین آن امکان استفاده از الیاف لیگنوسلولزی را به عنوان پرکننده، بدون نگرانی از تخریب حرارتی را میدهد. پلیاتیلن یک پلیمر نیمه متبلور است. این بدین معنی است که این پلیمر در دمای اتاق دارای یک قسمت پلیمری ویک قسمت آمورف است. قسمت آمورف که در دمای اتاق یک لاستیک است و در دمای مشخصی شیشه میشود که به آن نقطه شیشهای شدن میگویند. که این نقطه از (130-) تا(20-) متغیر است. بنابراین پلاستیک در دمای مشخصی شکلپذیر است. پلیاتیلن نسبتاً نرم است. که این باعث افزایش قابلیت میخ و پیچخوری و همچنین راحتی در برش کاری فرآورده حاصل از این پلیمر میشود. جذبآب پلیاتیلن نزدیک صفر است (عموما زیر 02/0 بعد از 24 ساعت غوطه وری در آب). این پلیمر نسبت به مواد شیمیایی از جمله اسیدهای قوی مثل سولفوریک اسید، هیدروکلریک اسید و نتیریک اسید بسیار مقاوم است. تنها اسید نیتریک دود کننده میتواند مقداری لکه روی پلیاتیلن ایجاد کند. همچنین مقاومت نسبتاً بالایی به اکسیداسیون نسبت به دیگر پلی اولفینها (پلیپروپیلن) نشان میدهد. از اینرو بهمقدار کمتری آنتیاکسیدان در فرآیند تولید و کاربرد در خارج ساختمان نیاز دارد. پلیاتیلن بسیار انعطاف پذیر است، و خیلی محکم نیست. این انعطاف پذیری زیاد اجازه استفاده از پلیاتیلن را به عنوان نردههای ساختمان بدون استفاده از پر کننده را نمیدهد. در مقایسه با چوب، پلیاتیلن ضریب انقباض و انبساط حرارتی بیشتری را نشان میدهد. پلیاتیلن به فرمهای مختلفی ساخته میشود. انواع اصلی آن عبارتند از :
پلیاتیلن با دانسیته بالا16
پلیاتیلن با وزن مولکولی بالا17
پلیاتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا18
پلیاتیلن با دانسیته کم19
پلی‏اتیلن با دانسیته کم خطی20
پلی‏اتیلن با دانسیته خیلی کم21
پلی‏اتیلن که در چوب پلاستیک به کار می‏رود عموماً متعلق به پلیاتیلن سنگین است. و تنها در یک مورد استفاده از پلی‏اتیلن سبک گزارش شده است. پلی‏اتیلن سنگین در مقایسه با پلی‏اتیلن سبک سفتتر است. پرکردن پلیاتیلن با ذرات چوب باعث افزایش مقاومت خمشی آن می‏شود. و با استفاده از عوامل جفت کننده پیوند عرضی بیشتر میشود (عشقیستوده، 1389).
شکل 3- پلیاتیلن
1-2-4-پلیاتیلن با دانسیته‏کم
با افزایش زنجیرههای پلیاتیلن، وهمچنین با افزایش قسمت‏های اشباع نشده در پلیاتیلن دانسیته کاهش می‏یابد. حساسیت پلیاتیلن به اکسیداسیون با کاهش دانسیته افزایش مییابد. پلیاتیلن سبک در مقایسه با پلیاتیلن سنگین حساستر به اکسیداسیون است، و بصورت نسبتاً یکنواختی اکسید میشود. پلیاتیلن سبک آمورفتر است و همکشیدگی کمتری نسبت به پلیاتیلن سنگین نشان میدهد. ‏مناطق آمورف نسبت به مناطق کریستالیته سریعتر تخریب میشوند. پلیاتیلن سبک بوسیله ناخن بهراحتی خراشیده میشود. در حالیکه پلی‏اتیلن سنگین به سختی خراشیده میشود. و خراشیده شدن پلی‏پروپیلن نیز سخت است.
1-2-5-پلیاتیلن با دانسیته متوسط
این پلی‏اتیلن مخلوطی از پلی‏اتیلن سبک و سنگین می‏باشد و هیچ گزارشی مبتنی براستفاده از این نوع پلی‏اتیلن در چوب پلاستیک ارائه نشده است.

1-2-6-پلیاتیلن با دانسیته بالا
این ماده کریستالیتهتر و سنگین وسفت‏تر از پلیاتیلن سبک میباشد. .اما تمایل به پیچخوردگی دارد و انقباض بیشتری را نشان میدهد. مقاومت کششی آن 2 یا 3 برابر پلیاتیلن سبک است. و مقاومت فشاری خوبی نیز دارد. ،در حالیکه پلیاتیلن سبک در فشار نمی‏شکند. هردو آنها مقاومت به ضربه خوبی نیز دارد.
پلیاتیلن سنگین کریستالیتهتر از پلیاتیلن سبک میباشد. و مقاومت، دانسیته، انقباض، مقاومت خزش، مقاومت‏سایش و سختی آن بیشتر از پلی اتیلن سبک است. درجه کریستالیته و خصوصیات منطقه کریستالیته بستگی به سرعت خیس شدن محصول دارد. همچنین به تنش حاصل از حساسیت محصول به اکسید شدن و انبساط و انباض حرارتی بستگی دارد. نفوذ گاز در پلیاتیلن سنگین بطور معنی داری کمتر از پلی‏اتیلن سبک است. پلی‏اتیلن کریستالیته نسبت به آمورف نسبت به اکسید‏شدن حساستر است. و در هنگام ذوب کریستالیته شدن آندو یکسان است. بطورکلی با افزایش پلیاتیلن مقاومت به سایش و مقاومت شیمیایی و سختی و استحکام افزایش یافته و کاهش نفوذ آب و گاز و انبساط حرارتی و مقاومت به ضربه کاهش یافته است. مهمترین پارامتر‏ها برای تخته‏ها ضریب اصطحکاک در سطح است. که ضریب اصطحکاک برای پلیاتیلن بسیار متغیر است.
1-2-7-پلیپروپیلن
سهم کمی از بازار چوب پلاستیک مربوط به تولیدات ساخته شده از پلی‏پروپیلن است. پلی‏پروپیلن نسبت به پلیاتیلن روشنتر، محکمتر و سفتتر است. پلیپروپیلن باعث بهبود مقاومت خمشی، کاهش ساییدگی و کاهش لغزندگی آنها میشود. اگرچه شکنندهتر از پلیاتیلن بویژه در دماهای پایینتر است، ولی خیلی سفت است و کار با میخ و پیچ با آن مشکل است. و همچنین برشکاری و کار با اره آن از از پلیاتیلن سخت‏تر است. برخلاف پلیاتیلن که یکنواخت است، پلیپروپیلن دارای ساختمانی شاخه‏داراست. این‏نوع ساختمان خصوصیات پلیپروپیلن از جمله سریعتر اکسیده شدن آن را در مقایسه با پلیاتیلن تعیین می‏کند.
پلیپروپیلن به دو گروه هموپلیمر وکوپلیمر تقسیم میشود. هموپلیمر متبلور است ودمای ذوب آن حدود 161-165 درجه سلسیوس میباشد. نرمشدگی آن هم حدود 155 درجه سلسیوس می‏باشد، و توزیع وزن ملوکولی آن کم است. کوپلی‏مر هم شامل مقداری همتکپار اتیلن است و به کوپلیمر تصادفی و بلوکی تقسیم می‏شود. نقطه ذوب آن حدود 140 – 150 درجه سلسیوس است.
پلیپروپیلن به انواع اتکتیک، ایزوتکتیک و سیندوتکتیک تقسیم میشود. گروههای متیل ممکن است در یک طرف به فرم تناوب یا بصورت تصادفی باشند. این فرمها به ترتیب ایزوتکتیک، سیندوتکتیک و اتکتیک نامیده میشوند. که این فرمها مربوط به هموپلیمر میباشند. پلیپروپیلنی که عموماً برای کاربرد در چوب پلاستیک استفاده می‏شود، عموما اتکتیک است.
شکل 4- پلی پروپیلن
1-2-8-تقویتکنندهها و سازگارکنندهها
خواص چندسازه تحت تاثیر اجزاء، توزیع آنها و اثر متقابل بین آنهاست. ممکن است بعضی از خواص این فرآورده جمعی از خواص اجزا باشد. اما گاهی بعضی خواص حالت همبیشی22 داشته و نمیتوان آنها را با جمع ساده خواص اجزا محاسبه نمود.
میزان ماده تقویتکننده عموماً به صورت نسبت حجمی یا وزنی اجزا تعریف میشود. نقش یک جزء در بهبود خواص کلی چندسازه با این پارامتر تعیین میشود. غالبا میزان با نسبت الیاف مهمترین عامل تعیینکننده این محصولات میباشد. ضمناً این پارامتر در حین فرآیند تولید به آسانی قابل کنترل میباشد (تجویدی، 1382).
بطور‏کلی پلاستیکها از لحاظ خواص فیزیکی و مکانیکی ضعیف میباشند و تقویت این مواد بوسیله تقویتکنندهها امری ضروری بهنظر میرسد. تقویتکنندهها را میتوان به دو دسته تقویت کنندههای لیفی و غیر لیفی تقسیمبندی نمود (محرابزاده و اکبریان،1367)
تقویت کنندههای لیفی شامل ذراتی هستند که دارای نسبت طول به قطر بالایی هستند. و این امر باعث میشود که قسمت اعظم تنشهای وارده به فاز پلیمری به الیاف منتقل شده و در نتیجه مقاومت چندسازه افزایش یابد (ساتایانارایانا23،1981).
الیاف تقویتکننده به دوگروه الیاف طبیعی والیاف مصنوعی تقسیمبندی میشود (سندی و جاکوبسون24، 1997).
طی دهه اخیر امکان استفاده از مواد لیگنوسلولزی مانند الیاف چوب، کنف، باگاس و نارگیل و سایر مواد با منشا طبیعی به عنوان تقویتکننده پلاستیکها مورد توجه بسیاری از محققین قرارگرفته است. ازجمله فوائد این مواد می‏‏توان به قیمت ارزان، آسانی فرآورش، اثر سایشیکم بر روی تجهیزات فراورش در مقایسه با الیاف مصنوعی، سهولت اصلاح سطوح الیاف با مواد جفت کننده، مقدار زیاد نسبت مقاومت به وزن ،تجدیدی شوندگی و در دسترس بودن منابع آنها اشاره کرد (امیدوار، 1379).
اما مهمترین معایب الیاف طبیعی در چندسازه‏‏ها عبارتند از : دمای پایین‏‏تر برای فراورش، وجود مشکلاتی در پخش و پراکنش مناسب الیاف چوب درماتریس پلیمر و دمای بالای مورد نیاز برای ذوب کردن پلیمر که منجر به تجزیه الیاف چوبی میگردد. ناسازگاری الیاف طبیعی آبدوست با الیاف طبیعی آبگریز و احتمال جذب رطوبت توسط الیاف به منظور سازگاری چنین محصولاتی معمولاً با یک سازگارکننده به مخلوط اضافه میشود که سطح مشترک دوفاز تلفیق‏‏شده را افزایش داده و باعث بهبود خواص این‏‏محصول میگردد (تجویدی، 1382). بدیهی است هرچه اتصال بین مواد تقویتکننده و فاز زمینه قویتر باشد، چندسازه ساخته شده از مقاومت بالاتری برخوردار خواهد بود. از طرفی حالت قطبی الیاف لیگنوسلولزی و حالت غیرقطبی اکثر پلیمرها مانع از انتقال تنش از فاز زمینه به فاز تقویت‏‏کننده میشود. بنابراین در ساخت مواد چندسازه استفاده از مواد افزودنی به عنوان سازگارکننده که موجب بهبود اتصال بین دو فاز پلیمری و تقویتکننده میگردد، ضروری به نظر میرسد.
یک مولکول عامل سازگارکننده حاوی یک گروه عاملی معدنی و یک گروه عاملی آلی است که گروه عاملی معدنی به سطح پرکننده و گروه عاملی آلی به زنجیره پلیمری اتصال دارد (شاکری و امیدوار، 1381).
از انواع مواد سازگارکننده میتوان سازگارکنندههای سیلانی، تیتنات‏‏ها، متاکریلاتها و انیدریدها را نام برد (شاکری و هاشمی، 1382).
1-2-9-روشهای فراورش پلاستیکها
روشهای فراورش متفاوتی در مورد پلاستیک ها کاربرد دارند. اکستروژن25 و قالبگیریتزریقی26 از همه رایجترند. در اکستروژن، رزین در دستگاه اکسترودر ذوب شده و به درون یک قالب فرستاده می شود. این قالب ماده مذاب را به شکل محصول نهایی درمیآورد. آنگاه ماده مذاب به سرعت سرد شده و شکل بدست آمده حفظ می‏‏گردد. پلاستیک جامد وارد بخش کشنده دستگاه که شکلی مشابه قطعه ساخته شده دارد می شود. این بخش ماده مذاب را از داخل قالب بیرون کشیده و در سیستم خنککننده حرکت میدهد. آنگاه محصول به قطعات کوچکتر بریده‏‏شده و یا به دور یک قرقره پیچیده میشود. اکستروژن فرآیندی پیوسته است و محصول با سطح مقطع ثابت و طول بی‏‏نهایت تولید میکند. فیلمها، پوشش‏‏ها، لولهها و پروفیلها عموماً به این روش تولید میشوند. دراین فرآیند به گرمانرمی با شاخص جریانمذاب (MFI)27 پایین نیاز است. زیرا استحکام مذاب اهمیت دارد. دستگاههای اکسترودر عمدتاً به دوشکل وجود دارند. یک‏‏پیچه (یک ماردونه)و دو‏‏پیچه (دوماردونه)28. دستگاههای دوپیچه عموماً برای مخلوطکردن پلاستیک و مواد افزودنی مانند پرکننده مورد استفاده قرار میگیرند. درحالیکه از نوع یک‏‏پیچه معمولاً برای ساخت قطعات پلاستیک استفاده میشود.
شکل 5- دستگاه اکسترودر
قالبگیری تزریقی فرآیندی است که یک ماده گرمانرم مذاب تحت فشار بالا به داخل یک قالب فولادی تزریق میگردد. پس از سخت شدن پلاستیک قالب بازشده و محصولی به شکل حفره قالب بدست می آید. یک دستگاه قالبگیری تزریقی از دو بخش تزریق و گیره تشکیل میشود. بخش تزریق پلاستیک را ذوب کرده و به قالب تزریق می‏‏کند. بخشگیره قالب را باز و بسته کرده و درهنگام تزریق محکم نگه میدارد. در این فرآیند به ماده گرمانرمی با شاخص جریان مذاب بالا نیاز است. زیرا ماده مذاب باید توانایی جریان و پرکردن کامل قالب را داشته باشد (ایناس وهمکاران، 2001). نهایتاً لازم به ذکر است که شرایط فرآورش برخواص چندسازه‏‏های الیاف طبیعی-‏‏پلاستیک بهشدت موثراست (استرانگ29، 2000).
شکل 6- دستکاه قالبگیری تزریقی
1-2-10-روش پرس
همانطورکه میدانیم چوب پلاستیکها بطور سنتی با استفاده از پرس ساخته میشوند. مخلوط مواد بصورت پودر در یک قالب تحت حرارت و فشار قرار میگیرد. همانطورکه بیان شده رایجترین روش برای تولید اینفرآورده روش تزریقی و اکستروژن است. ذرات لیگنوسلولزی به‏‏روش تزریقی بهتر توسط مواد ترموپلاستیک کپسوله می‏‏شوند. و سطح فرآوردهها غنی از پلیمر است. و الیاف جهتگیری خاصی دارند. درحالیکه در تختههای تولید شده به روش اکستروژن پارامترهایی مانند جهتگیری و مرزلایهها کمتر قابل تشخیص است و در سطح نمونهها بروش اکستروژن فیبرها آشکار هستند (میگنولت و همکاران، 2009). ولی مهمترین روش تهیه محصولات چند سازه پلی‏‏پروپیلن – ذرات چوب روش اکسترودر است. که با استفاده از این روش محصولات مورد نظر به صورت ورق و پروفیل به منظور استفاده در زمینههای مختلف تهیه می‏‏گردند. فرآیندی مانند قالبگیری تزریقی زمانی مورد استفاده قرار میگیرند که محصولات مورد نظر دارای شکل پیچیدهای باشند، و یا نیازی به فرآیند پیوسته نباشد.(دادخواه تهرانی، 1387). همچنین روش پرس برای تخته‏‏هایی با ابعاد بزرگ، دانسیته متفاوت و یا حجم زیاد استفاده میشود. ضمن اینکه در این روش میتوان از حجم بالای الیاف (بیش از 80% وزنی) استفاده کرد.(چهار محالی و همکاران، 1385)
1-2-11-اهمیت وکاربرد‏‏های چندسازه چوبپلاستیک
باتوجه به دلایل زیر تولید و استفاده نیاز مواد چندسازه از جمله چندسازههای لیگنوسلولزی در کشورهای در حال توسعه، همانند کشور ما از اهمیت ویژهای برخوردار است.
انتخاب مواد اولیه و روش تولید مناسب صرفهجویی قابل توجهی را در انرژی مصرفی سبب میشود.
بطورکلی تولید چندسازه‏‏ها به خصوص از الیاف طبیعی از امکانات زیربنایی، تکنولوژی، دانش فنی پیشرفته و سرمایه گذاری بالا ندارد.
روشهای مورد استفاده در ساخت کامپوزیتها بسیار متنوع است و این نوع تنوع باعث میشود که بتوان تکنولوژی مربوط را با شرایط و موقعیت حاکم بر هرکشوری انطباق داده و از امکانات موجود حداکثر استفاده را نمود.
وجود سابقه تاریخی مصرف چندسازه‏‏ها مانندچوب، کاهگل، ساختمانهای بامبویی، بتون مسلح وقطعات سیمانی تقویت شده با آزبست در کشور‏‏های در حال رشد از دیگر دلایل توجیه چندسازهها میباشد.
در بسیاری موارد تولید کامپوزیت‏‏ها با وسایل ساده و در محل مصرف امکانپذیر است و در نتیجه مساله حمل کامپوزیت ساختهشده از کارخانه به محل مصرف و هزینه مربوط حذف می شود (گرجانی، 1383).
ازطرفی با توجه به ویژگی‏‏های چند سازه چوبپلاستیک این موارد کاربرد‏‏های مختلفی پیدا کرده اند. و استفاده از آنها به سرعت رو به افزایش است.
تجارب محصولات چوب پلاستیک از سال 1998 رشد 25 درصدی داشته است. تقاضا برای تولید این فرآوردهها در آمریکای شمالی و اروپا از 50000 تن در سال 1995 به 70000 تن در سال 2002 رسیده است. بیشترین تجارت این فرآوردهها در بخشهای مختلف صنعت پلاستیک صورت گرفته بطوریکه هیچ یک از محصولات ساختمانی چنینی تقاضایی را نداشته است (ایباخ و کلمنس30، 2006).
این مواد میتوانند در محوطههای داخلی و بیرونی مورد استفاده قرارگیرند. بطوریکه بازارهای اصلی این مواد شامل خودروسازی، مبلمان‏‏شهری و ساختمان‏‏سازی می‏‏باشد (پورحمزه، 1385).
کاربرد عمده این محصولات عبارتنداز :
صنایع حمل و نقل:
بدنه واگنهای قطار، قسمت‏‏های مختلف بدنه خودرو سبک و سنگین، قطعات موتور، محور انتقال نیرو، قایق‏‏های تفریحی و ورزشی و…
صنایع الکتریکی و الکترونیکی:
وسایل الکتریکی،ورق مدارها،کلیدها و کنتورها
صنایع شیمیایی:
لوله‏‏های انتقال مواد شیمیایی و بخار، مخازن تحت فشار، تانکهای ذخیره مواد شیمیایی و ستون های تقطیر
وسائل ورزشی و خانگی :
راکت، تخته اسکیت، روکش صندلی، کابینتهای آشپزخانه، قفسه بندی، مبلمان اداری و خانگی
صنایع ساختمان سازی:
مخازن آب، روکشها، لوله، درب، پنجره، نماهای خارجی و ورق های سقفی، نرده و کف پوش، الوار و تخته وسقف های پیش ساخته(حمیدی نیا، 1383).
1-2-12-اهداف تهیه چندسازههای چوبپلاستیک
1- کاهش قیمت محصول از طریق مخلوط کردن یک ماده با قیمت کم(چوب) و یک ماده پلیمری نسبتاً گرانتر.
2- تولید یک چندسازه با خواص جدیدی مانند سبک بودن، برتری خواص سایشی، مقاوم در برابر عوامل محیطی و در نهایت تولید سازه ای با شرایط و خواص بهتر از هریک از مواد تشکیل دهنده.
3- استفاده از محصولات بدست آمده از بازیافت و پسماند دیگر مواد.
1-2-13-انواع اصلاح چوب
چوب مادهای طبیعی است به همین خاطر بیشترین گوناگونی را در خواص خود دارد. این گوناگونی بین نمونه‏‏‏ها، بین درختها و در خود درختها نیز وجود دارد. از اینرو بسیاری از خواص چوب بوسیله اجزای تشکیل دهنده شیمیایی آن تشکیل شده که اصلاح چوب اغلب در پی تغییردادن این سطح میباشد. قابل ذکر است که نوعی اصلاح چوب بطوریکه ترکیبات شیمیایی مواد را تغییر ندهد نیز وجود دارد.
بطور کلی اصلاح چوب عبارتست از بکارگیری یک عامل شیمیایی، فیزیکی یا بیولوژیکی جهت بهبود مطلوب خواص چوب بهگونهای که چوب اصلاح شده ماهیت سمی نداشته باشد و در هنگام دفع، مواد سمی از آن آزاد نشود. اگر هدف از اصلاحچوب، بهبود مقاومت چوب در برابر عوامل بیولوژیک باشد، باید با یک مکانیسم غیر سمی مقاومت چوب را در برابر عوامل بیولوژیک بهبود ببخشد. (هیل31،2006)
روشهای اصلاح چوب:
اصلاح شیمیایی
اصلاح به روش اشباع
اصلاح حرارتی
اصلاح سطحی
1-2-14-اصلاح شیمیایی
اصلاح شیمیایی چوب را میتوان اینگونه تعریف کرد: واکنش شیمیایی بین بخشهای واکنشپذیر چوب و معرفهای شیمیایی فازتکی برای تشکیل پیوندهای کوالانسی بین دو گروه و یا اتصالات‏‏‏عرضی بین دو یا چند گروه فعال در حضور یا عدم حضور کاتالیزور (هیل، 2006). درنتیجه طبیعت شیمیایی دیواره سلولی پلیمر تغییر میکند، که میتواند منجر به ایجاد خواص جدید شود. فیبرهای طبیعی بدلیل وجود گروههای هیدروکسیل میتواند انرژی سطح و قطبیت الیاف طبیعی را تغییر دهد (قاسمی و همکاران، 2010). چوب و دیگر مواد سلولزی عمدتاً دارای خاصیت هیگروسکوپیک میباشند. و رطوبت کلیه ویژگیهای این مواد را تحت تاثیر قرار میدهد. لذا کنترل رطوبت یکی از اساسی ترین مباحث فناوری چوب و مهمترین اهداف در سازهها و محصولات مرکب چوبی جهت جلوگیری از تغییرات فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی میباشد. لذا در سالهای اخیر سعی شده است که با استفاده از روشهای متعدد اصلاحی از جمله روش اصلاح شیمیایی ویژگیهای این مواد را اصلاح نموده و آنها را برای کاربرد‏‏‏های با قابلیت‏‏‏های فراتراز آنچه تا کنون بکار میرود، مورد استفاده قرار داد. اصلاح شیمیایی چوب واکنش شیمیایی بین برخی از اجزای فعال تشکیل دهنده چوب (سلولز، همی‏‏‏سلولز و لیگنین) با یک ماده شیمیایی است که در نهایت منجر به ایجاد پیوند بین چوب و ماده شیمیایی میگردد. اصلاح شیمیایی میتواند شامل اصلاحهای فعال باشد که سبب تغییرات طبیعی و شیمی‏‏‏مواد میشود. و یا اصلاحهای غیر فعال بطوریکه تغییر در خواص ایجاد شود، اما بصورتی که تغییر در شیمی مواد ایجاد نشود. گروههای هیدروکسیلی(OH) بسپار‏‏‏های تشکیل دهنده چوب (سلولز، همی سلولز و لیگنین) فعالترین محل انجام واکنشهای شیمیایی میباشند. این‏‏‏گروهها بدلیل ایجاد پیوندهایی هیدروژنی با آب در ناپایداری ابعاد چوب و همچنین در انتشار آنزیم های عامل مخرب بیولوژیک چوب مانند قارچ‏‏‏ها و ایجاد شرایط مساعد زیستی میکروارگانیسمها نقش دارند. مواد شیمیایی جهت اصلاح شیمیایی شامل انیدریدها (همچون استیک، بوتریک،فنالیک، ساکسنیک و مالئیک)، اسید کلرید، اسیدکربوکسیلیک، کتان، ایزوسیانات فرمالدئید، استالدئید، سولفات دیمتیل ،آلکیلکلراید و پروپیولاکتون است (حاجی حسنی، 1386). مکانیسم، عملکرد و روش تیمارکردن با هریک از مواد بالا متفاوت و وابسته به ساختار شیمیایی معرف ها میباشد(قاسمی و همکاران، 2010).
هدف از اصلاح برای ایجاد بهبود در مقاومت به پوسیدگی یا ثبات ابعادی ،کاهش جذب رطوبت و بهبود عملکرد آن در برابر پوسیدگی و غیره میباشد.(هیل ،2006)
1-2-15-حالتهای قرار‏‏‏گرفتن مونومر در سلول
در داخل دیواره سلولی منافذ بسیار ریزی وجود دارد. اگر مونومر در داخل دیواره نفوذ کند و سپس پلیمر شود باعث متورم شدن (واکشیده شدن) دیواره سلول شده و از همکشیدگی و واکشیدگی چوب اصلاح شده در اثر تماس با رطوبت جلوگیری می‌کند.
اگر منومر در داخل حفره سلول پلیمر شود، از آنجا که آب بسیار ریز (4 آنگسترم(Å4)) است، از کوچکترین منافذ خود را به دیواره سلول می‌رساند و نهایتاً باعث تغییر ابعاد چوب می شود (هیل ، 2006).
اگر ماده شیمیایی وارد دیواره سلول شود عملکرد بهتری در برابر پوسیدگی خواهد داشت، ولی اگر ماده حفاظتی فقط وارد سلول شود کارآیی خوبی نخواهد داشت. بهبود ثبات ابعادی چوب وقتی که ماده اصلاح کننده در درون حفره لومن قرار دارد یک بهبود دائمی نمیباشد، و در اثر مرور زمان این بهبود ثبات از بین می‏‏‏رود، ولی اگر بهبود در اثر وارد شدن ماده اصلاح کننده در درون دیواره سلولی باشد ثبات دائمی به دست خواهد آمد (هیل ، 2006).
شکل 7- حالتهای تثبیت ماده اصلاح¬کننده در چوب
a ماده اصلاح کننده در داخل دیواره سلول قرار گرفته و باعث متورم شدن دیواره سلول شده
b ماده اصلاح کننده در داخل حفره لومن قرار گرفته و تغییری را در حجم دیواره سلول ایجاد نکرده
c واکنشی بین چوب و ماده شیمیایی رخ نداده است.
d واکنش بین یک گروه هیدروکسیل چوب و ماده شیمیایی رخ داده است.
e تشکیل پیوند عرضی بین دو گروه هیدروکسسیل در اثر ماده شیمیایی رخ داده است.
برای نشان دادن مقدار افزایش وزن در اثر وارد شدن ماده اصلاح کننده که جهت اصلاح چوب بکار رفته است ازپارامتر WPG استفاده می‌کنیم.
WPG=( w_2-w_1)/w_1 ×100معادله 1- درصد افزایش وزن (WPG)WPG: مقدار افزایش وزن چوب در اثر تثبیت ماده اصلاح کننده در داخل چوب
W_1: وزن نمونه‏‏‏های اصلاح شده قبل از اصلاح
W_2: وزن نمونه‏‏‏های اصلاح نشده
برای نشان دادن مقدار افزایش حجم در اثر وارد شدن ماده اصلاح کننده که جهت اصلاح چوب بکار رفته است از پارامتر Vc استفاده می‌کنیم.
Vc = ((Vmod – Vun)⁄Vun)×100معادله 2- درصد افزایش حجم در اثر اصلاح با ماده اصلاح کنندهV_c: درصد افزایش حجم
v_mod: حجم چوب اصلاح شده
v_un: حجم چوب اصلاح نشده
برای اندازگیری میزان ثبات ابعادی چوی اصلاح شده از فرمول زیر استفاده می‏‏‏شود.
S% = [((V_ws-V_od ))⁄V_od ]×100
معادله 3- سنجش ثبات ابعادی
S%: درصد واکشیدگی
v_ws:حجم اشباع از آب
v_od:حجم نمونه های خشک شده در آون
برای اندازه‏‏‏گیری درصد بهبود ثبات ابعادی از فرمول ASE (Anti Shrinkage Efficiency) استفاده میشود. همچنین اگر در مخرج کسر بالا حجم خشک پس از اصلاح قرار داده شود به فرمول آن ASE´ گفته میشود.

ASE = [((S_U-S_M))⁄S_U ]×100
ASE´ = [((S_U- Ś_M))⁄S_U ]×100معادله 4- درصد بهبود ثبات ابعاد( کارایی ضد‏‏‏همکشید‌گی)ASE: درصد بهبود ثبات ابعاد( کارایی ضد‏‏‏همکشید‌گی)
s_u: درصد واکشیدگی چوب اصلاح نشده
s_m: درصد واکشیدگی چوب اصلاح شده
Ś_m: درصد واکشیدگی چوب در اثر اصلاح
شکل 8 – حالتهای ASE
اگر بهبود ثبات ابعاد در اثر افزایش حجم باشد مقدار ASE´ صفر می‌شود یعنی ماده اصلاحکننده از طریق نفوذ در دیواره سلول فقط باعث حجیم شدن دیواره سلولی شده است.
اگر بهبود ثبات‏‏‏ابعادی با مکانیسمی غیر از حجیمکردن دیواره سلول، یعنی تشکیل پیوند عرضی حاصل شود مقدار ASE´ مثبت میشود، چون حجم چوب اصلاح شده کمتر از حجم چوب اصلاح نشده است.
اگر دیواره سلولی توسط ماده حفاظتی تخریب شود، مقدار ASE´ منفی می‌شود.
اگر ماده‏‏‏ای را وارد دیواره سلولی بکنیم تا باعث بهبود ثبات ابعادی شود ولی باعث تخریب دیواره سلولی شود مقدار بهبود ثبات ابعادی منفی می شود.
هنگامی‏‏‏که بین گروه‏‏‏های هیدروکسل در اثر ماده اصلاح کننده پیوند عرضی رخ می‏‏‏دهد، مقدار بهبود ثبات ابعادی مثبت می شود (هیل، 2006)
1-2-16-تاریخچه فرآیند استیلاسیون
استیلاسیون چوب اولین بار در آلمان توسط فوچس32 (1928) با استفاده از انیدرید استیک و سولفوریک اسید به عنوان کاتالیزور انجام شد. این پژوهشگر در مطالعات خود درصد افزایش وزن بیش از 40 درصد بدست آورد، این بدین معنی است که او ساختمان بلوری شکل سلولز را در فرآیند از بین برد.
سی داوتیسچ33 (1928) پودر راش و کاج را با استفاده از پیریدین یا دی متیل لاتیدین به عنوان کاتالیزور استیله کرد. درصد افزایش وزن بدست آمده 30 تا 35 درصد بعد از 15 تا 35 روز در 100 درجه سلسیوس بود. تارکو34 (1945) اولین بار کاربرد چوب استیله شده در آب را برای تثبیت چوب و عدم بالک شدگی شرح داد(راول35، 2006).
1-2-17-استیلاسیون
استیله‏‏‏کردن یکی از روشهای پرکاربرد در زمینه اصلاح شیمیایی چوب میباشد. این فناوری نسبتاً نوین در اصلاح چوب و فرآوردههای چوبی مانند تخته خرده چوب و چوبپلاستیک مورد توجه قرارگرفته و پژوهشگران متعددی را به خود جلب کرده است. استیلهکردن از جمله واکنش های استری می‏‏‏باشد. و مبنای آن جایگزینی گروه‏‏‏های استیل با گروه‏‏‏های هیدروکسیلی بسپارهای سازنده دیواره سلولی میباشد (حاجحسنی و همکاران، 1386). سریعترین واکنش در برابر گروههای استیل را لیگنین میدهد. به طوریکه تقریباً تمامی هیدروکسیل توسط گروههای استیل جایگزین میشود. همچنین 25 % گروههای هیدروکسیل همیسلولز نیز جایگزین میشود. و عدم جایگزینی هیدروکسیل سلولز نیز دیده شده است (جایگزینی مقدارهیدروکسیل دردسترس درسطح منطقه آمورف) (راول، 2006). برای استیلهکردن از اسیدهای انیدرید و کربوکسیلیک استفاده میکنند. درجریان استیلهکردن ساختار شیمیایی الیاف تغییر مینماید. و با توجه به شدت فرآیند استیلاسیون میزان جذب رطوبت به شدت کاهش می یابد. واکنش انیدرید استیک با چوب سبب استری شدن گروه های هیدروکسیل در دسترس دیواره سلولی می‏‏‏شود. دراین واکنش یک محصول فرعی نیز تشکیل می‏‏‏شود که اسید استیک است و بایستی حذف شود. درحالیکه ذرات چوب و فیبرها به آسانی استیله می‏‏‏شوند اما استیلاسیون چوب ماسیو بسیار مشکل است. استیلاسیون واکنش افزایش تکی است به این مفهوم که یک گروه استیل بر روی یک گروه هیدروکسیل بدون هیچ پلیمریزاسیونی قرار می‏‏‏گیرد (مرادپورو ماستری، 1390).
شکل 9- واکنش بین انیدرید و چوب
بنابراین همه افزایش وزن در استیل می‏‏‏تواند به طور مستقیم به واحد های بلوک شدهی گروه‏‏‏های هیدروکسیل تبدیل شود. این مساله برای واکنش‏‏‏هایی که زنجیره پلیمر تشکیل شده صدق نمی_کند (برای مثال اپوکسید‏‏‏ها و ایزوسیانات که در این حالت افزایش وزن نمی‏‏‏تواند به واحدهای بلوک شده گروههای هیدروکسیل تبدیل شود).
1-2-18-دیگر مواد استیله کننده
اسید کربوکسیلیک- اسید کلریدریک – گاز کتن
واکنش اسیدهاي کربوکسیلیک با چوب مانند واکنش انیدرید معمولی می باشد، ولی به علت بار الکتریکی مثبت کم کربن اسیل در اسید کربوکسیلیک در مقایسه با انیدرید‏‏‏ها واکنش به مقدار زیاد کاهش پیدا می‏‏‏کند. براي این منظور از یک کاتالیست اسید اغلب براي ارتقاء واکنش استفاده می‏‏‏شود. بنابراین درمطالعه واکنش اسید کربوکسیلیک با چوب، تریفلورور استیک اسید(TFA) به عنوان کاتالیست استفاده می شود (هیل ، 2006).
شکل 10- کاتالیست اسید در واکنش چوب با اسید کربوکسیلیک
چوب می تواند با اسید کلرید استري شود و کلرید هیدروژن نیز آزاد می کند.
شکل 11- واکنش چوب با کلرید اسید
از اسید استیک هم برای استیله کردن می‏‏‏توان استفاده نمود، اما سرعت واکنش کم است و نیاز به کاتالیزور دارد. اسیدکلریدریک هم دارای محصول جانبی است و باعث تخریب دیواره سلولی می‏‏‏شود. اما واکنش چوب با اسید کربوکسیلیک هیچ محصول جانبی ندارد (هیل ، 2006)
در واکنش چوب با انیدریداستیک در مرحله واکنش، اسیداستیک به عنوان محصول جانبی تولید می‏‏‏شود. که باید از چوب خارج شود، براي این منظور گاز کتن براي استیلاسیون مورد مطالعه قرار گرفت. کتن براي واکنش با چوب توسط پیرولیز دیکتن تولید می‌شود. در‏‏‏صورتی که چوب مرطوب نباشد اسید استیک تولید نمی‏‏‏شود. کتن مشکلاتی از قبیل سمی بودن شدید و قابلیت اشتعال را دارد و تجاری نیست (هیل ، 2006).
شکل 12- a) استیلاسیون چوب با گاز کتن b) استیلاسیون چوب با دی‌کتن
از انیدریدهای حلقوی نیز برای اصلاح چوب استفاده میکنند و در اثر واکنش این انیدریدها با چوب(اتصال کوالانسی) محصول جانبی ایجاد نمی‏‏‏شود. مالئیک‏‏‏انیدرید یک انیدرید حلقوی است که دارای پیوند دوگانه می‏‏‏باشد و در اثر اتصال با چوب پیوند کوالانسی از نوع استری ایجاد می‏‏‏کند.
شکل 13- واکنش چوب با مالئیک‏‏‏انیدرید
پیوند استر با آب میشکند و دچار آبشویی میشود. پس اگر برای اصلاح چوب از مالئیک انیدرید استفاده شود ثبات ابعادی چوب بهبود نمی‏‏‏یابد، چون اتصال گروه کربوکسیل با پیونداستری به چوب احتمال هیدرولیز را توسط آب افزایش می‏‏‏دهد وپیوند می‏‏‏شکند. مالئیک‌انیدرید به عنوان جفت کننده در ایجاد اتصال بین مواد غیر قطبی با چوب کاربرد دارد.
هر جفت کننده دو عامل دارد:
الف) پیوند دوگانه که می‏‏‏تواند یک پیوند تشکیل دهد.
ب) گروه انیدریدی که می‏‏‏تواند با چوب واکنش دهد.
انیدریدهای حلقوی دارای پیوند دوگانه و گروه های انیدریدی می‏‏‏باشند و به عنوان جفت‏‏‏کننده می‏‏‏توانند عمل کنند. انیدرید مالئیک یک انیدرید حلقوی دارای پیوند دوگانه است و می‏‏‏تواند بین یک ماده ترموپلاست و چوب پیوند ایجاد نماید. در ساخت چند سازه‏‏‏های چوب پلاستیک، انیدرید مالئیک می‏‏‏تواند به عنوان یک جفت کننده عمل نماید.
دراثر اضافه شدن انیدرید حلقوی به چوب گروه کربوکسیل ایجاد می‏‏‏شود که باعث اکسایش چوب می‏‏‏شود و احتمال شکستن پلیمرهای چوب از این محل بیشتر است. در حرارتهای بالا و در حضور اکسیژن نیز گروه کربوکسیل در چوب ایجاد می‏‏‏شود و خود چوب نیز در اثر اکسیداسیون گروه کربوکسیل ایجاد می کند.
پلی اولفینها مواد غیرقطبی هستند و از آنجا که چوب یک ماده قطبی است با هم سازگاری ندارند و از جفت کننده (مالئیک انیدرید) برای حل این مشکل استفاده می‏‏‏کنند.
مالئیک انیدرید از طریق پیوند دوگانه با پلی اولفین و از طریق انیدرید با چوب اتصال برقرار می‏‏‏کند.
شکل 14- مکانیسم جفت‏کنندگی مالئیک انیدرید
چوب وقتی‏‏‏که استیله می‏‏‏شود از درجه قطبیت آن کاسته می‏‏‏شود و سازگاری آن با اولفین‏‏‏ها بهتر می‏‏‏شود و این افزایش سازگاری با افزایش خواص مکانیکی همراه است (هیل، 2006).
ساکسنیک انیدرید مانند مالئیک است اما دارای پیوند دوگانه نیست و نمی‏‏‏تواند یک جفت کننده باشد.
شکل 15 – واکنش چوب با ساکسنیک انیدرید
گروه کربوکسیلی که در نتیجه واکنش به چوب اضافه می‏‏‏شود(a) دردمای بالای 100 درجه سانتیگراد با یک گروه هیدروکسیل دیگر واکنش داده و یک پیوند استری ایجاد می‏‏‏کند و در نتیجه پیوند عرضی بین دو گروه هیدروکسیل چوب به وسیله انیدرید حاصل می‌شود (b) احتمال هیدرولیز چوب در آب کاهش می‏‏‏یابد.
پس هیدرولیز شدن بستگی به آزاد بودن گروه کربوکسیل دارد و با برقراری پیوند عرضی احتمال هیدرولیز کاهش می‏‏‏یابد.
از مواد دیگری که برای اصلاح چوب بکار گرفته شده‏‏‏اند ایزو سیانات می‏‏‏باشد. دراثر واکنش این ماده با چوب محصول فرعی ایجاد نمی‏‏‏شود و پیوند از نوع استرکربامات تشکیل می‏‏‏شود.
شکل 16- واکنش چوب با ایزوسیانات
در اثر واکنش بین ایزوسیانات و چوب مقاومت به پوسیدگی خوبی به دست می‏‏‏آید. ماده ایزوسیانات قابل انفجار است و مشکل حمل و نقل دارد.
واکنش اپوکسید (اپوکسید یک اتر حلقوی است و در واکنش با چوب پیوند اتری تشکیل می‏‏‏شود) با چوب منجر به شکل گیري یک اتصال دیگر با پلیمر دیواره سلولی به علت واکنش گروههاي هیدروکسیل دیواره سلولی با حلقه سه عضوي گروه اپوکسید می‏‏‏شود. همچنین در هنگام شکل گیری واکنش یک گروه هیدروکسیل دیگر شکل می‏‏‏گیرد که ممکن است با دیگر اپوکسید ها واکنش دهد.
شکل 17- واکنش چوب با اپوکسید
در واکنش بین چوب و آلدهیدها پیوند عرضی به وجود می‏‏‏آید.
مانند واکنش چوب با اسیدهاي کربوکسلیک واکنش چوب با آلدهید نیاز به استفاه از کاتالیزور اسید دارد بیشتر مطالعات واکنش در این بخش مربوط به واکنش چوب با فرم‏‏‏آلدهید می‏‏‏باشد. همان طوري که در شکل زیر می بینید فرمآلدهید می‏‏‏تواند با 2 گروه هیدروکیسل چوب در بین دیواره سلولی واکنش دهد که نتیجه آن اتصال عرضی می‏‏‏باشد. اولین قسمت واکنش شکل گیري همی استال و بعد از آن استال است.
شکل 18- واکنش چوب با فرم آلدئید
کاتالیزور اسیدی باعث تخریب چوب می‏‏‏شود و خواص مکانیکی چوب را کاهش می‏‏‏دهد.
به دلیل ایجاد پیوند عرضی ثبات ابعادی قابل ملاحظه‏‏‏ای در چوب ایجاد می‏‏‏کند و در برابر قارچ مولد پوسیدگی سفید مقاومت چوب را بالا می‏‏‏برد اما در برابر قارچ مولد پوسیدگی قهوه ای زیاد مقاوم نیست.
در سیانواستیلاسیون(اصلاح الکلی) نیاز به کاتالیزور قلیایی برای واکنش بین چوب و اکریلونایتریل می‏‏‏باشد.
شکل 19- واکنش چوب با اکریلو نیتریل
یک گروه هیدروکسیل آبگیری می‌شود و چوب سیانواستیله می‏‏‏شود.
β-پروپیولاکتون با چوب توسط کاتالیست اسید و قلیا دو پیوند متفاوت را تولید می‏‏‏کند.
شکل 20- واکنش β-پرپیولاکتون با چوب
واکنش β-پرپیولاکتون با چوب در هنگام استفاده از کاتالیزور اسیدی، پیوند اتری و در هنگام استفاده از کاتالیزور قلیایی پیوند استری را نتیجه می‏‏‏دهد.
بهبود مقاومت پوسیدگی و ثبات ابعادی به وسیله اصلاح با این ماده مشاهده شده است. به علت خواص سرطان زاي این ترکیب تحقیقات در این مورد گسترده نشده است .
1-2-19-خواص چندسازه اصلاح شده
همانطورکه پیش‏‏‏تر بیان شد، اصلاح شیمیایی چوب واکنش شیمیایی بین برخی از بخشهاي فعال اجزاي تشکیل دهنده چوب ( گروه‏‏‏های هیدروکسیل سلولز، همی سلولز و لیگنین) با یک ماده شیمیایی است که در نهایت منجر به ایجاد پیوند بین چوب و ماده شیمیایی می‌گردد (جیهانت36 و همکاران، 2007). گروه‏‏‏هاي هیدروکسیلی فعال ترین محل انجام واکنش‏‏‏ها می‏‏‏باشند و به دلیل ایجاد پیوندهاي هیدروژنی با آب در ناپایداري ابعادي چوب و همچنین در انتشار آنزیم هاي عوامل مخرب بیولوژیک به چوب، مانند قارچ ها و ایجاد شرایط مساعد زیستی برای میکروارگانیسم‏‏‏ها نقش دارند که با استیله‏‏‏کردن این گروه‏‏‏های هیدروکسیل واکنش داده و از میزان جذب آب کاسته می‏‏‏شود.
استیله کردن می‏‏‏تواند گزینه مناسبی براي اصلاح ویژگی هاي تخته فیبر با دانسیته متوسط باشد در جریان فرایند استیله کردن ساختار شیمیایی الیاف تغییر می‏‏‏نماید و با توجه به شدت تیمار استیلاسیون میزان جذب رطوبت کاهش می‏‏‏یابد در نتیجه کاهش و یا حتی توقف جذب رطوبت، سبب ثبات ابعاد تخته مورد نظر در هنگام قرارگرفتن در محیط مرطوب می‏‏‏شود.
در استفاده از بعضی از چسبها مثل فنل‏‏‏فرمآلدهید که استحکام آن به شکل پیوند هیدروژنی با گروه‏‏‏های هیدروکسیل مواد سلولزی دارد و چون استیله کردن باعث کاهش این گروه‏‏‏های هیدروکسیل می‏‏‏شود، بنابراین اتصال بین چسب و مواد لیگنوسلولزی به صورت مناسب ایجاد نشده و مقاومت های مکانیکی پایین‌تری به دست می‏‏‏آید.
مقدار خیس شدن سطح با زاویه تماس قطره اندازه‏‏‏گیری می‏‏‏شود و هرچه زاویه تماس قطره که بین سطح تماس و قطره ایجاد می‌شود بیشتر باشد میزان خاصیت خیس کنندگی کمتر است. استیله کردن باعث افزایش زاویه تماس قطره با سطح ماده استیله شده می‏‏‏شود.
انیدرید‏‏‏پروپیونیک در مقایسه با انیدرید‏‏‏استیک در یک WPG برابر زاویه تماس قطره را بیشتر افزایش می‌دهد و از خیس شدن چوب با چسب می‏‏‏کاهد و این باعث می‏‏‏شود که از مطلوبیت چسبندگی ایجاد شده کاسته شود.
در صنعت چوب پلاستیک از پلی‌مر‏‏‏های متفاوتی استفاده می‌شود که این پلی‏‏‏مرها غیرقطبی هستند(چوب یک ماده قطبی است و قطبیت آن به دلیل وجود گروه‏‏‏های هیدروکسیل است). و درساخت چند سازه‏‏‏های چوب پلاستیک باید به شکلی این دو را که غیر همجنس هستند در کنار همدیگر جفت کنیم. استیله کردن با کاهش تعداد گروه‏‏‏های هیدروکسیل در اثر واکنش با آنها از قطبیت چوب می‏‏‏کاهد و باعث افزایش سازگاری بین چوب و پلیمر‏‏‏های غیرقطبی می‏‏‏شود.
استیله کردن صرفاً به معنای استفاده از یک ماده استیل‏‏‏دار برای ورود به چوب نیست و ممکن است که ماده فاقد استیل باشد. مانند کتن (این ماده سمی است و در صنعت استفاده نمی شود و همچنین قابلیت انفجار دارد).
1-2-20-انواع پوسیدگی
در طبیعت تعداد بیشماری از قارچها وجود دارند که اکثر مواد آلی را مورد حمله قرار میدهند. چوب و مواد لیگنوسلولزی از آن جمله موادی هستند که بوسیله گروهی از قارچ‏‏‏های مولد پوسیدگی تخریب می‏‏‏گردند. قارچها از نظر تغذیه جز موجودات جذب کننده محسوب می‏‏‏شوند. به علت عدم توانایی قارچها در فتوسنتز واینکه این دسته از موجودات نیازمند کربن می‏‏‏باشند، نیاز خود به کربن را از طریق متابولیسم دیگر موجودات برطرف می‏‏‏کنند. به همین جهت قارچها از موادغذایی موجود در چوب و مواد لیگنوسلولزی همچون پلی‏‏‏ساکارید‏‏‏ها، سلولز، همی‏‏‏سلولز و لیگنین که بخش عمده ساختمان چوب و مواد لیگنوسلولزی را تشکیل می‏‏‏دهند، استفاده می‏‏‏نمایند. البته قارچها مواد نشاسته‏‏‏ای موجود در پارانشیمهای چوبی که جز غذایی یک گیاه محسوب می‏‏‏شوند را نیز مورد حمله قرار می‏‏‏دهند. ضمناً نیتروژن که به مقدار کم در چوب وجود دارد(1/0 تا 3/0 درصد) نیاز قارچ برای پوسیدگی را فراهم می‏‏‏سازد(مهرآوران، 1372).
بطورکلی قارچهایی که در چوب زندگی می‏‏‏کنند و از مواد موجود در آن تغذیه می‏‏‏کنند را قارچ‏‏‏های چوب‏‏‏زی37 گویند. این قارچها از نظر روش تغذیه به دو گروه کاملاً متفاوت تقسیم می شوند:
1- قارچهایی که دربافت چوب زندگی میکنند، خواه بصورت پارازیت خواه بصورت ساپروفیت از مواد ذخیره داخل سلولها و یا از بقایای پروتوپلاسم آنها تغذیه می نمایند. اما این گروه از قارچها هرگز قادر به تغذیه از مواد تشکیلدهنده غشای سلولهای چوبی (لیگنین و سلولز) نیستند. اغلب قارچهای رنگ کننده چوب38 جز این گروه هستند.
2- قارچهایی که چوبخوارند. این قارچها خواه پارازیت باشند خواه ساپروفیت ، بوسیله آنزیمهای مخصوصی (هیدرولانزوها و فنلوا‏‏‏اکسیداز‏‏‏ها)غشای سلولهای چوبی را تجزیه کرده و لااقل یکی از ماده اصلی آن را مورد تجزیه قرار می دهند (پارساپژوه، 1382). این گروه از قارچها را می توان به 3 دسته تقسیم کرد.
1-پوسیدگی قهوهای39 2- پوسیدگی سفید40 یا رشته‏‏‏ای 3- پوسیدگی نرم41
1-2-21-پوسیدگی قهوهای
قارچهای مولد پوسیدگی قهوهای شامل بخشی از مهمترین نابود‏‏‏کنندههای چوبآلات نهایی می باشند. تمام حمله‏‏‏های قارچی با جوانه زدن یک اسپور و یا بوسیله سرایت میسیلینیوم‏‏‏های یک تکه‏‏‏چوب آلوده آغاز می‏‏‏شود. همچنانکه ریسه قارچ راه خود را بدرون سلولهای چوبی باز می کند، بوسیله آنزیمهای مترشحه باعث حل‏‏‏شدن بخشی یا تمامی مواد ساختاری چوب شده و آنها را به عنوان غذا جذب میکند. پوسیدگی قهوهای در وهله اول به سلولز حمله می‏‏‏کند.و همچنانکه پیشروی میکندرنگ چوب بدلیل باقی ماندن نسبت بیشتری مواد رنگین بیشتری از جمله تانن‏‏‏هاو دیگر مواداستخراجی تیرهتر می‏‏‏شود.و هیچ‏‏‏گونه اثری بر روی لیگنین چوب ندارد. همچنانکه مقدار بیشتری از اسکلت انعطاف‏‏‏پذیر سلولز نابود می‏‏‏شود،چوب ابتدا همکشیده، سپس ترک خورده و دست آخر فرومیپاشد. چوب دراین



قیمت: تومان

دسته بندی : مقاله و پایان نامه

دیدگاهتان را بنویسید