دنیای MDF در زیر میکروسکوپ

تولید تخته فیبر با دانسیته متوسط (MDF)، طی دهه های متمادی به صورتی کاملا تکامل یافته، توسعه یافته است، اما هنوز اطلاعات بنیادی در خصوص طراحی و کنترل فرآیند، به ویژه آماده سازی خرده چوب ها و فرآیند استعمال رزین، طراحی و کارایی چسب، همچنین شرایط پس از تولید، انتشار مواد سمی از پانل ها و … وجود دارد که در حال اکتشاف است. با توجه به این امر، طی ۲۰ سال گذشته دست اندر کاران تولید MDF در نیوزیلند تلاش های عمده ای برای درک چگونگی تأثیر فرآیند MDF بر خواص پانل انجام داده اند که شامل بررسی تأثیر شرایط پالایشگرها و انواع روش های آماده سازی بر ویژگی های MDF، با استفاده از تولید فرآورده های نوین مانند پانل های رنگی بوده است.
شرکت های تولید کننده رزین در نیوزیلند، در کمک به توسعه این محصولات، فناوری رزین اوره فرمالدئید را برای تولید پانل هایی با میزان کم انتشار ترکیبات آلی فرار توسعه داده و باعث بهبود رزین و افزایش کارایی فرآیند تولید آن شده اند. صنعت MDF نیوزیلند توسط گروهی به نام CPRG، تحقیقی مقدماتی در حمایت از این تلاش ها ترتیب داده اند. این گروه جمعی از تولید کنندگان MDF و شرکت های تولید کننده چسب بودند که به همراه شاخه توسعه تحقیق مفاهیم بنیادی فرآوری و تولید محصولات MDF را ارزیابی کردند. هدف از این تحقیق، درک دینامیک فرآوری MDF و کارایی رزین در تولید تخته فیبر بود. نتایج تحقیقات شامل تصاویر و آنالیزهای میکروسکوپی بود که بعضی از تصورات صنایع در این خصوص را مورد تأیید قرار داد و بعضی دیگر را تأیید نکرد. در ادامه به ارایه بخشی از نتایج این تحقیق می پردازیم.
علامت گذاری شیمیایی
تکنیک اتصال شیمیایی رنگدانه های مولکولی فلورسنت یا علامت گذاری ها روی رزین اوره فرمالدئید به منظور اطمینان از جدا نشدن علامت و رزین در طی فرآوری MDF انجام شد. علامت گذاری شیمیایی رزین ها می تواند در طی سنتز رزین انجام شود. این تکنیک برای انواع دیگر رزین و همچنین موم پارافین که به صورت متداول در MDF استفاده می شود نیز انجام می گیرد. توزیع رزین یا موم با استفاده از میکروسکوپ هم کانون و معیارهای آنالیز عکس در کل فرآیند تولید MDF و در جهت کمک به پیشرفت و توسعه آزمایش رزین مورد بررسی قرار گرفتند. توزیع رزین به صورت پراکنش بر سطح الیاف و نفوذ در دیواره الیاف قابل بررسی است. همچنین این تکنیک بررسی واکنش های بین الیاف و رزین را نیز نشان می دهد. درک بیشتر تأثیر واکنش بین الیاف و چسب در MDF در نهایت کارایی فرآوری را بهبود بخشیده و هزینه های تولید MDF را کاهش می دهد. ممکن است رابطه بین توزیع رزین و عملکرد پانل چندان زیاد نباشد، اما این رابطه در حالت مخلوط سازی خشک، که اندازه و توزیع قطرات مهم است، نسبتا بیشتر می باشد. این روابط در بخش فرمینگ و در لوله دمش۲، در کنار سایر پارامترهای مؤثر در فرآوری و تولید، پیچیده تر نیز می شود. کنترل جریان گردابی لوله دمش کلید دستیابی به نرخ توزیع بالا و خوب رزین است که به یک تولید کننده اجازه می دهد تا مقدار جریان رزین را بدون لطمه به عملکرد پانل کاهش دهد.
افزودن رزین در مقابل مخلوط سازی خشک
توزیع رزین اوره فرمالدئید بر الیاف MDF در دو حالت افزایش میزان رزین در لوله دمش در بخش فرمینگ و مخلوط کردن مکانیکی رزین و الیاف MDF بسیار متفاوت بود. مطالعات در مقیاس آزمایشی و صنعتی نشان می دهد که مخلوط کردن خوب منجر به پوشش تقریبا کامل الیاف با رزین و نفوذ کافی رزین به دیواره الیاف می شود. این قضیه با دینامیک و شرایط لوله دمش، که موجب تماس الیاف و آغشتگی رزین می شود، سازگار است. از طرف دیگر، مخلوط سازی بدون دمیدن درست منجر به عدم اتصال قطرات رزین بر الیاف شده و تنها نفوذ جزئی بر دیواره الیاف را به همراه دارد. این نوع توزیع رزین مشابه توزیع رزین در تولید تخته خرده چوب یا OSB است که نشان دهنده نیاز به ذره ای بودن قطره رزین برای دستیابی به پوشش کافی بر الیاف است. در بعضی موارد، تفاوت در توزیع رزین منجر به استفاده بیشتر صنعت از رزین در تولید MDF مخلوط شده در بخش مخلوط سازی می شود.
تأثیر دینامیک لوله دمش
از آنالیز توزیع رزین به منظور مطالعه اصول بنیادی دینامیک لوله دمش استفاده شده است. بدون تعجب رزین به کار گرفته در ابتدای لوله دمش در مقایسه با انتهای آن نرخ پوشش نسبتا بالایی بر الیاف دارد. جریان گردابی بیشتر لوله دمش موجب شد تا پوشش رزین به صورت یکپارچه با رزینی که توسط تماس بین الیاف پخش شده افزایش یابد. توزیع رزین از طریق نازل یا لوله باز متفاوت نبود. فرآوری در عدم وجود موم منجر به کاهش پوشش رزین بر الیاف شد. این یافته ها بعضی از فرضیات در مورد اهمیت جریان گردابی و اثر افزودنی ها و کمک آنها به توزیع رزین در فرآوری تولید MDF را به چالش کشانده است.
امولسیون های موم در مقابل موم شل
در مورد مصرف موم در الیاف، توزیع موم و پوشش الیاف در دو حالت استفاده از موم شل مذاب و امولسیون بسیار متفاوت بود. تحقیق در مورد مقایسه این دو نوع موم در هر دو مقیاس آزمایشی و صنعتی نشان داد که موم به کار گرفته به صورت امولسیون به صورت قطرات کوچک در پانل نهایی یافت می شود، در حالی که اشکال خیلی بزرگتر موم در حالت استفاده از موم شل متداول بودند.
تغییرات پوششی
یک آزمایش صنعتی نشان داد که رزین اوره فرمالدئید و همچنین موم، موجب تغییر توزیع خود بین مرحله مخلوط سازی در لوله دمش و محصول پانل MDF نهایی می شوند. معمولا پوشش رزین بر الیاف از پوشش تقریبا کامل در لوله دمش تا یک پوشش کاهش یافته، پس از خشک کنی الیاف، متغیر است. پس از این مرحله مشاهده شد که رزین در طی فرآیند پرس دوباره تا حدی پخش شد.
علاوه بر این، الگوی نفوذ رزین نشان می دهد که رزین بسیار روان است. یعنی قادر به حرکت بین بخش اعظم دیواره سلولی در طی مرحله لوله دمش است. در این حالت رزین با تبخیر آب در طی فرآیند خشک شدن حرکت می کند. این قضیه باعث تجمع رزین در قسمت خارجی الیاف و همچنین قسمت داخلی الیاف (حفره میان سلولی) می شود. این فرآیند در طی شکل گیری پانل در پرس داغ، هر چند به مقدار کم، ادامه می یابد. موم اعمالی به صورت امولسیون، در مقایسه با موم شل که تمایل به دلمه شدن به خصوص در طی مرحله پرس داشت، در کل فرآیند قادر به حفظ پوشش نسبتا بالایی بر الیاف بود.
واکنش های موم و رزین
در مطالعات آزمایشگاهی، واکنش های موم و رزین اوره فرمالدئید با استفاده از علامت گذاری های فلئورسانت دوتایی ارزیابی شده اند. در این مطالعات، موم اعمالی به الیاف MDF، قبل از افزودن رزین، در طی فرآیند پرس تمایل به دلمه شدن داشته و به صورت مجزا از رزین باقی می ماند. در حالی که استفاده از موم همراه با رزین داخل پانل ها موجب حفظ موم در کنار رزین شد. در حالی که این قضیه ممکن است به دلیل خاصیت آب گریزی موم و کشش سطحی نسبی آن باشد. درک این پدیده فرصت هایی را در زمینه کاربرد و توزیع مواد افزودنی پانل به وجود می آورد.
یافته های عمومی
کاربرد تکنیک های پیش بینی عملکرد و توزیع رزین منجر به درک بهتر فرآیند MDF و اثرات متغیرهای فرآیندی شده است. با این وجود برخی از واکنش های غیر معمول بین رزین و الیاف، واکنش هایی که مغایر با انتظارات صنعت هستند، مشاهده شده است. به طور متداول، فقدان نسبی رزین اوره فرمالدئید پل زنی شده با الیاف در پانل های MDF دیده شده است. تنها در موارد کمی پل زنی رزین مشاهده شده که در پانل های تهیه شده در آزمایشگاه محدود شده است. در صورتی که الیاف معمولا بر یکدیگر، جایی که به طور احتمالی رزین در محل تماس بین الیاف قرار می گیرد، فشرده می شوند. علاوه بر این رفتارهای غیر متداول دیگری از رزین نیز مشاهده می شود. این شکل حاصل از مطالعه لوله دمش است که الیاف چوب آغاز نشان دهنده واکنش های نرمال رزین بوده، اما الیاف چوب پایان حاوی رزینی هستند که تقریبا به صورت انحصاری در حفره میان سلولی الیاف وجود دارد و برای اتصال بین الیاف غیر قابل دسترس است. در حالی که این مسأله یک استثنا است اما می تواند از مناسب بودن نوع و انتخاب خرده چوب های مورد مصرف اطمینان ایجاد کند.
رنگ آمیزی الیاف
با وجود اینکه علامت گذاری رزین می تواند رفتار رزین در MDF را دقیقا توصیف کند، این تکنیک برای بیشتر آزمایش های متداول تولید، که توسط تولید کنندگان پانل راه اندازی می شود، به عنوان مثال برای بهینه سازی فرآیند یا ارزیابی تولید به دلیل هزینه و نیاز به تولید یک رزین خاص با یک مارک به ثبت رسیده، مناسب نیست.
یک راه برای حل این مسأله با استفاده از توسعه یک تکنیک بر پایه رنگ آمیزی الیاف یافت شد. این بدان معنی بود که الیاف شل MDF، که بعد از خشک کن نمونه گیری می شوند، می توانند برای بررسی با میکروسکوپ رنگ آمیزی شوند و با استفاده از معیارهای آنالیز تصویر به منظور بررسی نرخ پوشش رزین ارزیابی شوند. این روش در چندین کارخانه در سراسر جهان برای بررسی تغییرات توزیع رزین جهت بهینه سازی پارامترهای لوله دمش یا کاربرد رزین استفاده شده است. با وجود موفقیت این روش در مورد الیاف پرس نشده MDF، تا کنون این تکنیک برای پانل ها متناسب نشده است.
روش بررسی با میکروسکوپ برای چسب های زیستی
یک برنامه برای تحقیق چند ساله برای تولید چسب های زیستی عاری از فرمالدئید آغاز شده است. تکنیک بررسی با میکروسکوپ توضیح داده شده در این مقاله برای شناسایی واکنش های ترکیبات بالقوه مثل نشاسته یا پروتئین با الیاف و در مقایسه با سیستم های سنتزی استفاده شده است. امروزه از سازگاری سیستم های علامت گذاری با اجزای چسب های زیستی برای کمک به بهینه سازی این مواد، با توجه به واکنش های الیاف با چسب، استفاده می شود.

منبع: http://www.woodkala.com/