بررسی مطالعاتی مقاومت به پوسیدگی چند سازه چوب پلاستیک اصلاح شیمیایی شده

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.

چکیدهامروزه 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
TOC h z t “زیر عنوان;2;عنوان فهرست;1” فصل اول: مقدمه و کلیات1-1- مقدمه PAGEREF _Toc334339902 h 21-1-1-اهداف تحقیق PAGEREF _Toc334339903 h 41-1-2-فرضيهها PAGEREF _Toc334339904 h 41-1-3-اهمیت تحقیق PAGEREF _Toc334339905 h 41-2-کلیات PAGEREF _Toc334339906 h 51-2-1- چند سازه چوب پلاستیک PAGEREF _Toc334339907 h 51-2-2-پلاستیکها PAGEREF _Toc334339908 h 81-2-3-پلیاتیلن PAGEREF _Toc334339909 h 91-2-4-پلیاتیلن با دانسیته‏کم PAGEREF _Toc334339910 h 101-2-5-پلیاتیلن با دانسیته متوسط PAGEREF _Toc334339911 h 111-2-6-پلیاتیلن با دانسیته بالا PAGEREF _Toc334339912 h 111-2-7-پلیپروپیلن PAGEREF _Toc334339913 h 121-2-8-تقویتکنندهها و سازگارکنندهها PAGEREF _Toc334339914 h 131-2-9-روشهای فراورش پلاستیکها PAGEREF _Toc334339915 h 151-2-10-روش پرس PAGEREF _Toc334339916 h 171-2-11-اهمیت وکاربرد‏‏های چندسازه چوب پلاستیک PAGEREF _Toc334339917 h 181-2-12-اهداف تهیه چندسازههای چوبپلاستیک PAGEREF _Toc334339918 h 201-2-13-انواع اصلاح چوب PAGEREF _Toc334339919 h 201-2-14-اصلاح شیمیایی PAGEREF _Toc334339920 h 211-2-15-حالتهای قرار‏‏‏گرفتن مونومر در سلول PAGEREF _Toc334339921 h 221-2-16-تاریخچه فرآیند استیلاسیون PAGEREF _Toc334339922 h 271-2-17-استیلاسیون PAGEREF _Toc334339923 h 271-2-18-دیگر مواد استیله کننده PAGEREF _Toc334339924 h 281-2-19-خواص چندسازه اصلاح شده PAGEREF _Toc334339925 h 351-2-21-پوسیدگی قهوهای PAGEREF _Toc334339926 h 371-2-22-پوسیدگی رشتهای یا سفید PAGEREF _Toc334339929 h 391-2-23-پوسیدگی نرم PAGEREF _Toc334339930 h 411-2-24-عوامل و عناصر مورد نیاز قارچ‏‏‏ها PAGEREF _Toc334339931 h 411-2-25-اثرات پوسیدگی و روشهای بررسی آن PAGEREF _Toc334339932 h 421-2-26-دوام طبیعی چندسازه ها PAGEREF _Toc334339933 h 43فصل دوم : مرور منابع2-1- مرور منابع PAGEREF _Toc334339936 h 48فصل سوم : بحث و نتیجهگیری3-1- بحث PAGEREF _Toc334339939 h 54نتیجهگیریکلی PAGEREF _Toc334339940 h 56پیشنهادات PAGEREF _Toc334339941 h 57فصل چهارم: منابعمنابع PAGEREF _Toc334339944 h 60
TOC h z t “شکلها” c شکل1- چوب پلیمر PAGEREF _Toc335519024 h 6شکل 2- چوب پلاستیک کامپوزیت PAGEREF _Toc335519025 h 6شکل 3- پلیاتیلن PAGEREF _Toc335519026 h 10شکل 4- پلی پروپیلن PAGEREF _Toc335519027 h 13شکل 5- دستگاه اکسترودر PAGEREF _Toc335519028 h 16شکل 6- دستکاه قالبگیری تزریقی PAGEREF _Toc335519029 h 17شکل 7- حالتهای تثبیت ماده اصلاح¬کننده در چوب PAGEREF _Toc335519031 h 23شکل 8 – حالتهای ASE PAGEREF _Toc335519058 h 26شکل 9- واکنش بین انیدرید و چوب PAGEREF _Toc335519060 h 28شکل 10- کاتالیست اسید در واکنش چوب با اسید کربوکسیلیک PAGEREF _Toc335519062 h 29شکل 11- واکنش چوب با کلرید اسید PAGEREF _Toc335519064 h 29شکل 12- a) استیلاسیون چوب با گاز کتن b) استیلاسیون چوب با دی‌کتن PAGEREF _Toc335519066 h 30شکل 13- واکنش چوب با مالئیک‏‏‏انیدرید PAGEREF _Toc335519068 h 30شکل 14- مکانیسم جفت‏کنندگی مالئیک انیدرید PAGEREF _Toc335519070 h 31شکل 15 – واکنش چوب با ساکسنیک انیدرید PAGEREF _Toc335519072 h 32شکل 16- واکنش چوب با ایزوسیانات PAGEREF _Toc335519075 h 32شکل 17- واکنش چوب با اپوکسید PAGEREF _Toc335519077 h 33شکل 18- واکنش چوب با فرم آلدئید PAGEREF _Toc335519079 h 33شکل 19- واکنش چوب با اکریلو نیتریل PAGEREF _Toc335519081 h 34شکل 20- واکنش β-پرپیولاکتون با چوب PAGEREF _Toc335519083 h 34شکل 21- قارچ مولد پوسیدگی قهوهای PAGEREF _Toc335519084 h 39شکل22- قارچ مولد پوسیدگی سفید PAGEREF _Toc335519085 h 40شکل 23- رابطه بین WPG و کاهش وزن ناشی از پوسیدگی PAGEREF _Toc335519087 h 46
فصل اولمقدمه و کلیات1-1- مقدمهاز 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 WPC 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(PP)، پلیاتیلن(PE)، پلیونیل کلراید(PVC) و… همراه با پرکنندههای سلولزی نظیر آرد و الیاف چوب، کتان، کنف، بامبو، کاه و کلش مورد استفاده قرار میگیرد (کوزیژسکی، 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 (کارنانیوهمکاران، 1997 و زوو 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 باروتمن ،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 (لوملی 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 تحقیقبررسی 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 تحقیقبا 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 کوپر، 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 پلاستیکبه 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.

شکل SEQ تصویر * ARABIC 1- چوب پلیمردر 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).
-7493063500
شکل SEQ تصویر * ARABIC 2- چوب پلاستیک کامپوزیتکامپوزیتهایی که در آنها فاز زمینه با ماتریس توسط الیاف گوناگون تقویت شده باشند، مهمترین دسته از این محصولات را تشکیل میدهند. و به کامپوزیتهای لیفی معروفند. چنانچه بجای الیاف از پودر (معمولا معدنی) استفاده شود، این مواد را کامپوزیتهای ذرهای یا پودری مینامند.
گاهی ماتریس الیاف را فاز پیوسته و فاز تقویتکننده را فاز ناپیوسته 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

Author:

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *