بررسی اثر ترکیبی تیمار نانونقره و تیمارحرارتی بخار گرمایی بر خواص چوب
خلاصه پژوهش اعضا هیئت علمی دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی دانشگاه تربیت دبیر
کامیاران
چکیده
در این تحقیق اثر ترکیبی اشباع چوب با محلول نانونقره و تیمار حرارتی بابخارآب )بخار گرمایی( بر برخی خواص فیزیکی و مکانیکی چوب ها مورد ارزیابی قرارگرفته
نمونه ها چوب ابتدا به مدت 02 دقیقه درفشار 02/2مگاپاسکال در سایلندراشباع، توسط محلول نانو نقره اشباع شده و متعاقباً تیمار بخار گرمایی دماهای 102 ،122 و 182 درجه و زمان 1 ،3 و 2 ساعت
قرارگرفتند نمونه ها شاهد، بدون مرحله اشباع، فقط تحت تیمار بخار آب قرارگرفتند و مقاومت خمشی، ضربه و مقاومت فشاری مورد تحلیل آمار قرارگرفت
نتایج به دست آمده حاکی از کاهش واکشیدگی در نتیجه افزایش دما و زمان بخاردهی بود همچنین، در نمونه ها اشباع شده با محلول نانونقره و تیمارشده با افزایش زمان و دما ، واکشیدگی کاهش و مقاومت های مکانیکی را ایجاد میکند .
1. به طور کلی نتایج نشان داد که اشباع چوب توسط نانو نقره کلوییدی ،ضمن رسیدن به ثبات ابعاد بهتر ، مقاوم ها ی مکانیکی چوبِ تیمار و اشباع شده کمتر کاهش یابد .
در بررسی اثر دما در تیمار بخار اعلام نمودند که در اصلاح چوب به روش بخار گرمایی شکل گیری اسید استیک در اثر ایکافت همی سلولزها باعث افزایش اسیدیته با کاهش pH) چوب می گردد.
حضور آب در این تجزیه برای شکستن گروههای استیل به اسید استیک که بعداً نقش کاتالیزور را در وابسپارش پلیمرهای کربوهیدرانی ایفا می کند ضروری است در درجه حرارت ۱۸۰ و بالاتر، تمامی گروههای استیل در دسترس تجزیه میشوند اما تا دمای 165 فقط بخشی از آنها تحت تأثیر قرار می گیرند.
2. تعداد گروههای هیدروکسیل پس از تیمار در دمای بالا، کاهش می یابد که سبب کاهش نم پذیری
ثبات ابعاد و دوام طبیعی آن را افزایش میدهد Stamm )۱۹۵۶) در مقایسه اثر تیمار حرارتی خشک و تیمار بخارگرمایی اعلام نمود که تخریب حرارتی و کاهش جرم در حضور بخار آب در مقایسه با شرایط خشک شدیدتر است و نهایتاً منجر به افزایش ثبات ابعاد و کاهش مقاومتهای مکانیکی در چوب میشود
محققین به بررسی اثر تیمار آب گرمایی بر خواص فیزیکی و مکانیکی چوب توت پرداختند.
نتایج نشان داد که در اثر این تیمار ثبات ابعاد چوب افزایش یافته و مقاومتهای مکانیکی آن کاهش می یابد
3. به طور کلی تیمار حرارتی منجر به افزایش مقاومت چوب در برابر تغییر ابعاد در شرایط متفاوت رطوبتی خاصیت عایق حرارتی مقاومت در برابر پوسیدگی و هوازدگی و همچنین کاهش تغییر شکلهای ناشی از رطوبت و ایجاد رنگهای جدید و شبیه به چوبهای مناطق گرمسیری استوایی می شود
از آنجا که تیمار حرارتی منجر به کاهش مقاومتهای مکانیکی چوب میگردد لذا تحقیقات دیگری نیز توسط دیگر محققین جهت بهبود مقاومتهای مکانیکی این چوبها صورت گرفته است که از جمله میتوان به تیمار ترکیبی گرمایی مکانیکی فشرده کردن چوب قبل و یا بعد از تیمارهای حرارتی اشاره نمود اما جهت کاهش بازگشت ضخامت چوبهای فشرده شده که منجر به عدم ثبات ابعاد این چوبها میشود نیز بررسیهای مختلفی صورت گرفته است.
در این بررسی ها با تغییر متغیرهای مربوط به تیمار حرارتی شامل دما و زمان تیمار به کاهشبازگشت ضخامت و نهایتاً ثبات ابعاد و بهبود ویژگی های مکانیکی چوب پرداخته شده است اخیراً استفاده از نانوسیالات که در حقیقت سوسپانسیون پایداری از تاتوفیبرها و نانوذرات جامد هستند به عنوان روشی جدید در عملیات انتقال حرارت نیز مطرح شده است.
تحقیقات اخیر روی نانوسیالات افزایش قابل توجهی را در هدایت حرارتی آنها نسبت به سیالات بدون نانوذرات و یا همراه با ذرات بزرگتر ماکرو ذرات نشان می دهد در زمینه اثرات استفاده از نانو ذرات فلزی خصوصا نقره روی خواص چوب نیز اخیرا تحقیقاتی صورت گرفته و در تحقیقی به این نتیجه رسید که با استفاده از نانو ذرات نقره انتقال حرارت به قسمتهای عمیق تر (مغز) چوب تسهیل میشود اما در اثر آن امکان تخریب ساختار چوب و پیرولیز آن افزایش میباید نتایج همچنین نشان دادند که نمونه های اشباع شده ای که تحت تیمار حرارتی قرار گرفتند، نسبت به نمونه های اشباع نشده دارای ضریب کشسانی و گسیختگی و مقاومت فشار موازی الیاف کمتری بوده اند همچنین در بررسیهای مربوط به اثر اشباع با محلول نانو نقره بر ثبات ابعاد و خواص مکانیکی چوب های فشرده سپیدار و نوئل مشخص گردید که به دلیل هدایت حرارتی بالای ذرات نقره و تخریب بیشتر همی سلولزها در پرس گرم و همچنین امکان ایجاد اتصال بین یونهای نقره و سایتهای هیدروکسیل آزاد در چوب میزان سایتهای هیدروکسیل آزاد و در نتیجه میزان واکشیدگی حجمی نمونه ها کاهش یافت. همچنین اگر چه مقاومتهای مکانیکی چوب های اشباع شده با نانو نقره در دمای ۱۵۰ و مدت زمان اساعت، کمتر از نمونه های اشباع نشده بوده اما در دمای بالای ۱۷۵ و زمان ۲ ساعت تفاوت معنی داری بین مقاومت نمونه های اشباع شده و اشباع نشده دیده نشد هدف از این تحقیق اعمال تیمار ترکیبی اشباع با محلول نانو نقره و تیمار حرارتی با بخاراب برگونه های چوبی راش ونوشل بوده است تا تأثیر این تیمار بر برخی خواص فیزیکی و مکانیکی چوبها مشخص شود
مواد و روشهای آماده سازی نمونه ها برای انجام این تحقیق از الوارهای راش مناطق جنگلی شمال کشور و الوارهای نوئل وارداتی کشور روسیه و محلول نانونقره (ppm400( AgNO ۴۰۰ استفاده شد.
یون های نقره به صورت کلوییدی در محلولی که به حالت سوسپانسیون است قرار دارند که خاصیت مقاوم بودن در برابر نور، آنتی باکتریال (ضد باکتری انتی فونگانس (ضدقارچ) و انتی ویروس دارند.
الوارها به مدت ۲ ماه در دمای ۲۰ درجه سلسیوس و رطوبت نسبی ۶۵ قرار گرفتند تا به درصد رطوبت ۷۰۶ عملیات اشباع نمونه ها در سیلندر مخصوص با روش سلول خالی (روپینگ در فشار Har ۲۵ معادل MP4 ۰/۲۵) و مدت زمان ۲۰ دقیقه صورت گرفت در این تحقیق میزان جذب محلول نانو نقره اندازه گیری شد که برای گونه راشgom ۳۸ و برای گونه نوئل gem ۰/۲۳ بود برای انجام تیمار بخار آب نمونه ها به دانشگاه تهران انتقال داده شدند و در دماهای ۱۲۰، ۱۵۰ و ۱۸۰ و سه بازه زمانی ۳۱ و ۵ ساعت تحت تیمار بخار گرمایی (شرایط تولید بخار به این صورت بود که بعد از اینکه بخار موردنیاز در مخزن دیگری به نام بخارساز آماده شد.
به طور تدریجی و مستمر به داخل مخزن بخارزن تزریق گردید قرار گرفتند. بعد از انجام تیمار نمونه ها به اتاق کلیما دمای ۳۰ و رطوبت نسبی ۲۵۵۰ ) منتقل شدند تا به رطوبت تعادل با محیط برسند عوامل متغیر این بررسی شامل نوع گونه در دو سطح راش) و نوئل دمای بخار در سه سطح (۱۲۰ و ۱۵۰ و ۱۸۰ زمان بخاردهی در سه سطح (۳۰۱ و ۵ ساعت و تیمار اشباع در دو سطح (اشباع شده و فاقد اشباع بوده است .
نمونه های شاهد در این پژوهش نمونه هایی بودند که نه تحت تیمار بخار گرمایی و نه نیمار نانو نقره قرار گرفتند. حجمی بعد از ۳ و ۲۴ ساعت غوطه وری در اب طبق استاندارد 14394 ASTM D (۲۰۰۷) با کولیس با دقت ۰/۰۱ مورد اندازه گیری قرار گرفت ویژگیهای مکانیکی ابعاد نمونه ها برای اندازه گیری مقاومت خمشی ۲۵۰۲۵۰۴۱۰ میلی متر آزمایش فشار موازی با الیاف ۲۵۰۱۰۰×۲۵ میلی متر و مقاومت به ضربه ۲۰۰۲۰۰۲۵۰ میلی متر طبق استاندارد (۲۰۰۷ASTM D14394) تعیین گردید
برای هر گونه ۵۲ عدد نمونه مورد بررسی قرار گرفت پس به این معنی که برای هر عوامل ثابت شامل فشار مخزن اشباع (۰/۲۵ مگاپاسکال) و مدت اشباع (۲۰ دقیقه) بوده است. اندازه گیری خواص ویژگی های فیزیکی ابعاد نمونه های چوبی جهت اندازه گیری واکشیدگی و همچنین اثر مستقل دمای نیمار بخاراب بر مقاومت خمشی در سطح اعتماد ۹۵ معنی دار بوده است و بالاترین مقاومت خمشی مربوط به نمونه شاهد (MPA) ۸۲/۷۳) است.
اثر مستقل اشباع با محلول نانو نقره بر میانگین مقاومت خمشی نمونه ها معنی دار بوده است و بالاترین مقاومت خمشی مربوط به نمونه شاهد MB ۸۴/۷۳) میباشد اثر متقابل گونه چوبی و دمای تیمار بر مقاومت خمشی نمونه ها در سطح اعتماد ۹۵ معنی دار میباشد. بالاترین مقاومت خمشی مربوط به گونه راش است که در دمای ۱۲۰ تیمار شده است. اثر متقابل گونه چوبی دمای تیمار و اشباع بر مقاومت خمشی نمونه ها در سطح اعتماد ۹۵ معنی دار بوده است بیشترین مقاومت خمشی مربوط میشود به نمونه اشباع نشده راش که در دمای ۱۲۰ تحت تیمار بخار گرمایی قرار گرفته است و کمترین مقدار آن آزمایش ۱۰۸ نمونه وجود داشته است و تحت آزمایش نتایج قرار گرفته است. واکشیدگی حجمی بعد از ۲ ساعت غوطه وری در آب مطابق با تحلیل های آماری انجام شده مشخص گردید که اثر مستقل زمان و تیمار حرارتی بر درصد واکشیدگی حجمی بعد از ۲ ساعت غوطه وری در آب در سطح اعتماد ۹۵ ، معنی دار بوده است. برای تجزیه و تحلیل داده ها از آزمون فاکتوریل در قالب طرح کامل تصادفی استفاده گردید و در صورت معنی دار بودن اختلاف میانگین ها آزمون چند دامنه ای دانکن برای تفکیک میانگین ها مورد استفاده قرار گرفت نرم افزارهای آماری مورد استفاده در این بررسی نیز نرم افزار Excel و نرم افزار آماری SPSS بوده است.
کمترین مقدار واکشیدگی حجمی در زمان ۵ ساعت بخار دهی اتفاق می افتد که در گروه ۸ دانکن قرار می گیرد. همچنین اثر دمای تیمار بخار آب بر مقادیر واکشیدگی حجمی بعد از ۲ ساعت غوطه وری در آب در سطح اعتماد ٪۹۵ معنی دار بوده است و دمای ۱۸۰ در گروه ۸ جدول دانکن قرار می گیرد که کمترین مقدار واکشیدگی را به خود اختصاص داده است که اثر مستقل زمان تیمار حرارتی بر درصد واکشیدگی حجمی بعد از ۲ ساعت غوطه وری در آب در سطح اعتماد ۹۵ معنی دار بوده است. کمترین مقدار واکشیدگی در زمان ۵ ساعت اتفاق افتاده است که در گروه ۸ جدول دانکن قرار میگیرد همچنین اثر مستقل دمای تیمار حرارتی بر مقادیر واکشیدگی حجمی بعداز ۲۴ ساعت غوطه وری در آب در سطح اعتماد ۹۵ معنی دار بوده است و کمترین مقدار واکشیدگی مربوط به دمای ۱۸۰ میباشد که طبق گروه بندی دانکن در گروه ۸ قرار میگیرد واکشیدگی حجمی بعد از ۲۴ ساعت غوطه وری در آب مطابق با تحلیلهای آماری انجام شده مشخص گردید
بحث و نتیجه گیری
بررسی اثر ترکیبی اشباع با نانو نقره و تیمار بخار اب بر ویژگیهای فیزیکی و مکانیکی چوب راش و نوتل نشان داد که تیمار اشباع با محلول نانو نقره منجر به افزایش ثبات ابعاد هر چه بیشتر چوبهای تیمار شده با بخار شده است که این امر می تواند به دلیل ایجاد اتصال بین یونهای نقره با با مکانهای جذب آب سایتهای هیدروکسیل باشد که از تعداد سایتهای هیدروکسیل آزاد چوب کم شده لذا جذب آب و در نتیجه واکشیدگی چوب کاهش یافته است همچنین این ویژگی در دمای بالاتر و زمان بیشتر تیمار بخار گرمایی بهبود بیشتری یافته است. این امر به دلیل قابلیت هدایت حرارتی بالای نانو نقره و انتقال بهتر حرارت توسط ذرات نانو نقره به بخش های درونی چوب و تخریب و افت بیشتر همی سلولزها به خصوص در دماهای بالا و مدت زمان بیشتر تیمار بخار می باشد که منجر به کاهش جذب آب و افزایش ثبات ابعاد در چوب میشود البته در دمای پایین تر (۱۲۰ درجه سلسیوس) نیز مقادیر واکشیدگی نمونه های اشباع شده با نانو نقره نیز کمتر از نمونه های اشباع نشده بوده است به طور کلی نتایج به دست آمده از تحقیقات سایر محققین نیز نشان میدهد که تیمار حرارتی منجر به افزایش مقاومت چوب در برابر تغییر ابعاد در شرایط متفاوت رطوبتی می گردد همچنین تیمار اشباع با نانو نقره منجر به کاهش مقاومت فشاری موازی الیاف در مقایسه با نمونه های اشباع نشده گردیده است که این نتیجه با نتیجه تحقیق سایر محققین همخوانی دارد همچنین با افزایش دما و زمان تیمار بخار خواص مقاومتی چوب کاهش یافته است که این امر به دلیل کاهش جرم ناشی از تخریب ترکیبات شیمیایی چوب در دماهای بالا ۱۸۰ درجه سلسیوس) می باشد. این نتیجه با نتایج دیگر محققین نیز مطابقت دارد.
از سوی دیگر گونه نوئل به دلیل داشتن دانسیته کمتر نسبت به راش و ماده چوبی کمتر واکشیدگی حجمی و مقاومتهای مکانیکی کمتری نسبت به گونه راش داشته است
جهت دریافت مشاوره رایگان محصولات و اخذ اطلاعات تخصصی با شماره های زیر تماس بگیرید :
09127606716
09305501606
09303613350
دبکوپاک همیشه پاک