تاثیرات اسیدیته خرده چوبها و مقدار هاردنر بر خواص کامپوزیت­های تخته­ خرده چوب با رزین اوره فرمالدئید

چکیده
در این مقاله تاثیرات مقدار هاردنر بعضی از خواص فیزیکی و مکانیکی تخته خرده چوب سه لایه بررسی شده است. فاکتور متغییر استفاده از هاردنر ( ۰٫۴% ، ۰٫۶% ، ۰٫۸% ، ۱% و ۱٫۵% برای لایه­های بیرونی و ۱٫۵% ، ۲% ، ۲٫۵% ، ۳% و ۳٫۵% برای لایه­های مغزی برپایه وزن جامد رزین ) بود. پارامترهای رزین بدین صورت هست که نوع رزین( اوره فرمالدئید)، ماده ضد آب(پارافین)، هاردنر(آمونیوم سولفات)، دانسیته نهایی تخته (g/cm3 0.635 )، فشار پرس (Kg/cm225)، حرارت پرس(c· ۲۲۵)، زمان پرس ( S100) بصورت ثابت بودند. پانل­ها برای خواص مکانیکی شامل مدول گسیختگی(MOR)، مدول الاستیسیته(MOE)، چسبندگی داخلی(IB) و خواص فیزیکی، واکشیدگی ضخامت(TS) مطابق با دستورالعمل­های تعریف شده توسط استاندارد اروپایی ( EN) آزمایش شدند. درحالیکه خواص فیزیکی و مکانیکی همچنانکه مقدار هاردنر از ۰٫۴% به ۱% برای لایه­های بیرونی و از ۱٫۵% به ۳% برای لایه­های مغزی افزایش پیدا کرد، اصلاح شده بودند، افزایش مقدار هاردنر از ۱٫۵% برای لایه­های بیرونی و ۳٫۵% برای لایه مغزی نتیجه منفی بر روی این خواص داشت. افزایش مقدار هاردنر از ۰٫۸% تا ۱% برای لایه­های سطحی و ۲٫۵% تا ۳% برای لایه مغز نتیجه غیر معنی­داری در همه خواص پانل­های تخته خرده چوب داشتند.
کلمات کلیدی: تخته خرده چوب، هاردنر، اسیدیته، اوره فرمالدئید، خواص فیزیکی و خواص مکانیکی.
۱٫ مقدمه
تخته­خرده چوب یک فراورده مرکب چوبی مهندسی شده است که از خرده­های چوب از قبیل تراشه­های بریده شده با دستگاه، چیپس، یا حتی خاک اره، و یک رزین مصنوعی یا دیگر اتصال دهنده­های مناسب که پرس شده­اند، ساخته می شود. این محصول دارای کاربردهای فراوانی از قبیل مبلمان، کابینت، طبقه ها، میز، گیشه و صندلی­ها، پارتیشن­های اداری، دیوار و سقف، پلکان­ها، ساخت خانه، چهارچوب درب­ها، اپن­های آشپزخانه، تابلوهای داخلی و اطلاعات و دیگر تولیدات صنعتی می باشد.
مصرف تخته­خرده چوب هر ساله افزایش می یابد. تقاضا برای پانل­های تخته خرده چوب در زمینه خانه­ سازی، طراحی­های داخلی و تولیدات مبلمان در حال افزایش می باشد. نقطه خرید و فروش این محصولات قیمت پایینی است. این محصولات چندین مزیت دیگر دارند؛ اینکه استحکام مناسبی دارند. چوب توپر متمایل به شکاف­خوری و پیچیدگی با تغییرات رطوبت می باشد، در حالیکه تخته­خرده چوب بدین صورت نیست. ساخت تخته­خرده چوب بصورت خواص بوم شناختی صوتی می باشد، بدین صورت که مواد پسماند به محصولات سودمند تبدیل می شوند، در این موضوع با تهیه و نگهداری منابع طبیعی مقدور نمی باشد.
رزین­های اوره فرمالدئید استفاده­های زیادی در ساخت تخته­خرده چوب و دیگر پانل­های صنعتی بر پایه چوب دارند. اوره فرمالدئید به عنوان یک رزین عمده در صنایع فراورده­های چوبی به علت قیمت پایین، پلیمر شدن در حرارت پایین، قابلیت حل در آب، بی رنگ بودن و استفاده تحت یک مرحله کاملا باز در عملیات منعقد شدن( کیورینگ) استفاده می شود. درمقابل این رزین دارای قابلیت تجزیه بالا و پایداری اندکی در برابر آب می باشد.
هدف از این تحقیق بدست آوردن تاثیرات هاردنر بر روی خواص فیزیکی(برگشت ضخامت) و مکانیکی(مدول­الاستیسیته، مدول گسیختگی و چسبندگی داخلی) در پانل­های تخته­خرده چوب است.
۲٫ مواد و روش­ها
در این تحقیق، خرده­چوبهای صنعتی( از مخلوط کاج، راش و صنوبر تهیه شده بودند.) که بعنوان ماده خام برای ساخت تخته­خرده چوب استفاده شدند. چوب هر گونه برای تهیه تخته­خرده چوب با گذراندن از یک خردکن و آسیاب حلقوی تولید شدند. خرده­چوبها تا مقدار رطوبت ۲% خشک شدند. یک ماشین غربال با مش های ۱ و ۰٫۲۵ میلیمتر گشادگی و یک سیستم پنوماتیک برای جداسازی خرده­چوبهایی که کوچکتر از اندازه مورد نظر بودند و برای تفکیک خرده­چوبهای لایه سطح و مغز استفاده شد. نسبت ضخامت سطح به کل ضخامت برای تمام پانل­ها ۰٫۳۵ بود. خرده­چوبها از موادی استفاده می شدند که ضخامت تخته تولید شده ۱۸ میلیمتر شود. مقدار مصرف رزین اوره فرمالدئید در این پانل ها ۹% و ۱۱% با درصد حجمی( حجم جامد) ۶۵% بر پایه وزن خشک خرده­چوب به ترتیب برای لایه مغز و لایه­های سطح بودند. آمونیوم سولفات همراه با رزین به عنوان هاردنر با درصد حجمی ۱۵% و ۲۵% بترتیب برای لایه­های سطحی و لایه مغز اضافه شد. امولسیون پارافین به عنوان یک ماده ضدآب با درصد حجمی ۳۲% همراه با ۵% و ۴%( بر پایه وزن چسب) بترتیب برای لایه­های سطحی و مغز استفاده شد. اوره فرمالدئید، آمونیوم سولفات و پارافین از شرکت فراورده­های جنگلی اختر چوب ترکیه تهیه شده بود. ترکیبات مقدار هاردنر در جدول شماره ۱ نشان داده شده است. برای هر نوع پانل دو تکرار استفاده شده بود.
تخته­ها در دمایc ˙ ۲۲۵ تحت بار Kg/cm2 25 برای مدت زمان ۱۰۰ ثانیه پرس شدند. پانل­ها بعد از آماده­سازی در اتاقی با رطوبت نسبی ۶۵% و ۲۰ درجه سانتیگراد برای آزمایشات مدول گسیختگی، مدول الاستیسیته( EN310 ,1993)، چسبندگی داخلی(EN 319) و برگشت ضخامت بعد از ۲۴ ساعت غوطه­وری(EN317 ,1993) قرار گرفتند. اسیدیته خرده­چوبها در یک محلول عصاره­گیری که با آرد خرده­چوب و آب جوشانده شدند ساخته شده بودند، اندازه گیری شد.

زمان برای هر آزمایش بصورت آماری تحلیل شده بود. اثر مقدار هاردنر استفاده شده بر روی خواص پانل­های تخته­خرده چوب توسط آنالیز واریانس(ANOVA) محاسبه شدند. هنگامیکه ANOVA تفاوت معنی­داری در میان فاکتورها و سطوح نشان داد، یک مقایسه میانگین با آزمون دانکن برای تشخیص هر گروه انجام گرفت که تفاوت معنی­داری از دیگر گروه ها با سطح اطمینان ۹۵% داشتند.

۳٫ نتایج و بحث
مطابق با استاندارد TS EN 312 ، حداقل نیاز مدول گسیختگی پانل­های تخته­خرده چوب برای مصارف عمومی و داخلی ( شامل مبلمان) بترتیب ۱۱٫۵ و N/mm2 13 می باشد. به استثناء پانل نوع ۱ و ۵، همه دیگر پانل­های آزمایشی، مدول گسیختگی بالاتری نسبت به تقاضاهای اهداف عمومی داشتند. تقاضاهای MOR پانل­های نوع ۲ و ۳ برای مصارف داخلی شامل کاربرد تولید مبلمان تجاوز کرده بود.
تقاضای حداقل مدول الاستیسیته برای مصارف داخلیN/mm2 1600 می باشد. طبق نتایج آزمایش، مقدار مدول الاستیسیته پانل نوع ۲ ، ۳ و ۴ بیشتر از مقادیر استاندارد مورد نیاز در استانداردهایی که برای مصارف داخلی نظیر مصارف مبلمان داشتند.
مطابق با استاندارد TS EN 312، مقدار IB پانل های تخته­خرده چوب باید به ترتیب ۰٫۲۴ و N/mm2 0.35 برای مصارف عمومی و ساخت مبلمان باشند. پانل نوع ۲ و ۳ با سطوح مورد نیاز IB برای مصارف عمومی و داخلی مطابقت دارد.
رنج داده­های TS از محدوده ۱۴٫۴۱% تا ۱۹٫۸۶% می باشد. مقدار حداکثر TS ( بعد از ۲۴ ساعت غوطه­وری) پانل­های تخته­خرده چوب برای تخته­هایی که در جهت بار هستند و در شرایط خشک استفاده می­شوند، باید ۱۵% باشد. نتایج نشان می دهد که پانل نوع ۲ و۳ مقدار TS مورد نیازشان طبق استاندارد TS EN 312 رضایت بخش است.
مقادیر میانگین PH در خرده­چوبهای مخلوط و غیر مخلوط و نتایج آنالیز آماری در جدول ۲ نشان داده شده است. طبق نتایج آزمایش، مقدار PH خرده چوبها در محدوده ۳٫۰۵ تا ۵٫۸۶ می باشد. افزایش مقدار هاردنر از ۰٫۴% به ۰٫۸% و از ۱٫۵% به ۲٫۵% بترتیب برای لایه­های سطح و مغز بطور معنی­داری PH خرده­چوبهای را کاهش داده است. اختلاف آماری بین مقدار PH خرده­چوبهای استفاده شده برای ساخت پانل ۲ و ۳ وجود ندارد. اگرچه، افزودن مقدار ۱% و ۳% هاردنر بطور آماری مقادیر PH را کاهش می دهد.
تاثیرات مقدار هاردنر بر روی خواص فیزیکی و مکانیکی پانل­های آزمایش در شکل­های ۱ تا ۴ نشان داده شده است.
افزایش مقدار هاردنر از ۰٫۴% به ۰٫۸% و از ۱٫۵% به ۲٫۵% بطور معنی­داری موجب اصلاح و بهبود مدول گسیختگی، مدول الاستیسیته، چسبندگی داخلی و واکشیدگی ضخامت در پانل­ها می شود.PH خرده­چوبها قبل از مخلوط ۵٫۸۶ بوده است. بعد از عملیات اختلاط، PH خرده­چوبهای استفاده شده برای ساخت پانل نوع ۲ ، ۳ و ۴ از ۴٫۴۲ به ۴٫۹۱ تغییر کرده بود. چسبندگی خوب بین خرده­چوبها و عمل کیورینگ موفق در PH، ۴ تا ۵ صورت می گیرد. کاهش PH خرده­چوبها برای سطوح قابل قبول برای چسبندگی مناسب و عملیات کیورینگ موفق چسب اوره فرمالدئید سبب بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی شده است.
افزایش مقدار هاردنر از ۱% به ۱٫۵% و از ۳% به ۳٫۵% بترتیب برای لایه­های سطح و مغز، تاثیر منفی­ای بر روی خواص تخصصی ( تکنولوژیکی ) پانل­های آزمایشی گذاشته است. که این به سبب کاهش اسیدیته خرده­چوبهای مخلوط شده در PH زیر ۴ تا ۵ می باشد. رزین باید در طول عملیات پرس داغ پلیمر شود. PH پایین خرده­چوبها ( زیر ۴) باعث می شود تا عملیات کورینگ چسب قبل از پروسه پرس داغ تکرار شود. به این سبب، اتصال بین خرده­چوبها ضعیف است. خرده­چوبهای مخلوط شده شکسته هستند. اتصال چسب در طول پرس داغ به علت تکرار مجدد عملیات کیورینگ خرده­چوبها شکسته می شوند. اختلاف آماری بین مقادیر واکشیدگی ضخامت و مقاومت مکانیکی پانل نوع ۲ و ۳ وجود ندارد، زیرا مقاریر PH مشابهی دارند(جدول ۲). نتایج نشان می­دهد که خواص فیزیکی و مکانیکی قابل قبول در پانل نوع ۲ و۳ بدست آمده است. علت این نتیجه مقادیر قابل قبول PH،( ۴٫۴۲ و ۴٫۵۷) در خرده­چوبها بعد از پروسه اختلاط را می توان در جدول شماره ۲ مشاهده کرد.
افزایش مقدار هاردنر از ۰٫۸% به ۱% و از ۲٫۵% به ۳% بترتیب برای لایه­های سطح و مغز ، اثر غیر معنی­داری بر روی خواص فیزیکی و مکانیکی پانل­های تخته­خرده چوب دارد . این ممکن است به علت اختلاف غیر آماری بین اسیدیته خرده­چوبهای استفاده شده برای ساخت پانل نوع ۲ و۳ بعد از پروسه اختلاط باشد(جدول ۲).

۴٫ اختتام
این تحقیق نشان داده است که مقدار هاردنر و اسیدیته خرده­چوبها پارامترهای اصلی تاثیرگذار خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت­های تخته­خرده چوب می باشد. کاهش و افزایش اسیدیته خرده­چوبها کمتر از PH ، ۴ و بیشتر از PH5 ، بترتیب، بطور منفی بر روی کیفیت خواص پانل­های تخته­خرده چوب تاثیر گذاشته است. مطابق با نتایج آزمایش، مشخص شده بود که مقدار هاردنر نباید از نسبت معیینی تجاوز کند و اسیدیته خرده­چوبها باید بعد از پروسه اختلاط توسط نسبت PH برای تولید تخته­خرده چوب با کیفیت مناسب کنترل شود.
حال آنکه پانل­های تخته­خرده چوب باید سطوح مورد نیاز خواص فیزیکی و مکانیکی مطابق استانداردها را دارا باشند، هزینه ساختشان باید پایین تر باشد. در این تحقیق، هاردنر مبنی بر وزن جامد رزین استفاده شد. این مقدار خیلی پایین تر از دیگر مواد خام استفاده شده در ساخت تخته­خرده چوبها می باشد که مقایسه شده است. از آنجاییکه ۹۰% پانل تخته­خرده چوب ، چوب است، دیگر قسمت ها ( ۱۰%) چسب، ماده ضدآب و هاردنر هستند. مقدار هاردنر ( ۳٫۵ تا ۴% از ۱۰%) مقایسه شده با کل هزینه ماده خام استفاده شده در ساخت تخته­خرده چوب غیر معنی­دار است. به این سبب مقدار هاردنر استفاده شده در پانل نوع ۳ برای ساخت پانل­ها استفاده شده است. تحقیقات بیشتری برای تعیین اثرات مقدار هاردنر برروی سطوح زبر و نشر فرمالدئید در پانل­های تخته­خرده چوب نیاز است.

منبع:http://www.woodkala.com/