اثر اصلاح ترکیبی نانو نقره-گرمآبی بر زمان پرس و خواص کاربردی تخته خرده چوب

در این تحقیق اثر اصلاح ترکیبی نانونقره کلوئیدی-گرمآبی بر انتقال حرارت از صفحات پرس گرم به مغز کیک خرده­چوب گونه­ی راش (Fagus orientalis)، خواص فیزیکی و مکانیکی تخته ­خرده ­چوب و تغییرات شیمیایی خرده­چوب­های تیمار شده از طریق طیف­سنجی FTIR بررسی شد. تیمار در 4 گروه شاهد، گرمآبی، نانو و نانو-گرمآبی انجام گردید. البته تیمار­ گرمآبی و نانو-گرمآبی در دو سطح حرارت 150 و 170 درجه سانتی­گراد و دو سطح زمان 30 و 45 دقیقه انجام شد. در مجموع 10 سطح تیمار به­دست­آمد. نانونقره کلوئیدی با غلظت ppm100 تهیه­شد. مقاومت­های مکانیکی تخته­ها شامل مدول­گسیختگی، مدول­الاستیسیته و چسبندگی داخلی طبق استاندارد DIN-68763 و خواص فیزیکی تخته­ها شامل جذب آب و واکشیدگی ضخامت پس از 2 و 24 ساعت غوطه­وری در آب طبق استاندارد EN-317 اندازه­گیری شدند. به­منظور بررسی اثر نانوذرات نقره بر انتقال حرارت تخته­هایی با زمان پرس 5 دقیقه ساخته­شد و دما در لایه میانی کیک خرده­چوب در هر 30 ثانیه توسط ترموکوپل ثبت گردید. تصاویر میكروسكوپ الكترونی (SEM) حضور، سایز و پراكنش مناسب نانو ذرات کلوئیدی نقره در خرده­چوب را به وضوح ثابت کرده­است. نتایج طیف سنجی FTIR شکست گروه­های استیل همی­سلولز­ها و کاهش مناطق آبدوست خرده­چوب­ها اصلاح شده به روش گرمآبی و نانو-گرمآبی رانشان می­دهد. اصلاح ترکیبی نانو-گرمآبی سرعت انتقال حرارت به لایه­های میانی کیک را تسریع کرد. تیمار نانو-گرمآبی در دمای بالای (170 درجه­سانتی­گراد) و نیز در دقایق انتهایی پرس نسبت به نمونه­های شاهد و گرمآبی بهبود انتقال حرارت معنی­داری نشان­داد. هم­چنین تخته­های حاوی نانونقره نسبت به تمام سطوح تیمار در زمان کمتری (92 ثانیه) به دمای 100 درجه­سانتی­گراد رسید. نتایج نشان­دادند تیمار نانو-گرمآبی منجر به کاهش مدول­گسیختگی و چسبندگی داخلی، افزایش مدول­الاستیسیته، کاهش جذب آب و بهبود واکشیدگی ضخامت تخته­ها گردید. بیشترین بهبود در خواص فیزیكی در تخته­های ساخته­شده با خرده­های چوب تیمار شده به روش نانو-گرمآبی در دمای 170 درجه سانتی­گراد و به­مدت 45 دقیقه مشاهده­شد. با افزایش دما و زمان تیمار، کاهش MOR و بهبود MOE محسوس­تر ­شد، اما با افزایش زمان تیمار در یک سطح دمایی IB کاهش بیشتری نشان­داد. هم­چنین کلیه خواص فیزیکی و مکانیکی تخته­های ساخته­شده با خرده­چوب­های اشباع­شده با نانو نسبت به شاهد بیشتر بود.

کلمات کلیدی: نانونقره کلوئیدی-گرمآبی، تخته­خرده­چوب، انتقال حرارت، خواص فیزیکی و مکانیکی 

 فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه و کلیات

1-1- مقدمه.....................................................................................11

1-2- فرضیات پژوهش.....................................13

1-3- اهداف پژوهش......................14

1-4- کلیات.......................................................14

1-4-1- راش..............................................14

1-4-2- تخته­خرده­چوب......................................................15

1-4-3- اصلاح چوب..............................................16

1-4-3-1- اصلاح حرارتی........................................16

1-4-3-2- تیمار گرمآبی.................................17

1-5- فناوری نانو.............................18

1-5-1- نانو ذرات............................18

1-5-1-1- فرآیند­های تولید نانو ذرات......................................................19

1-5-1-2- نانو نقره.................................20

1-5-2- انتقال حرارت نانو ذرات فلزی.......................................................20

1-6- کلوئید­ها..................................................................................21

1-7- میکروسکوپ الکترونی (SEM)................................................................................22

فصل دوم: پیشینه تحقیق

3-1- اثر تیمار گرمایی بر خواص کاربردی چوب و فرآورده­های آن....................................24

3-1-1- خواص فیزیکی..........................................................24

3-1-2- خواص مکانیکی...................................................26

3-2- اثر نانوذرات فلزی بر خواص کاربردی چوب و فرآورده­های آن.........................................30

3-2-1- اثر نانوذرات فلزی بر هدایت حرارتی.........................................................30

3-2-2- خواص فیزیکی...........................................................................................32

3-2-3- خواص مکانیکی..........................................................................................

فصل سوم: مواد و روش­ها

3-1- عوامل متغیر..............................................................................................40

3-2- عوامل ثابت.......................................................................40

3-3- تهیه مواد اولیه...................................................................41

3-3-1- تهیه خرده­چوب......................................................................41

3-3-2- تهیه مواد شیمیایی.......................................................................41

3-3-3- تهیه چسب مصرفی....................................................................................................42

3-4-1- نانو نقره کلوئیدی......................................................42

3-5- فرآیند اصلاح...................................................................42

3-5-1 تیمار نانو­نقره...............................................43

3-5-2- تیمار گرمآبی و نانو­-گرمآبی.................................................43

3-6- طیف سنجی مادون قرمز (FT-IR).......................................44

3-7- میكروسكوپ الكترونی (SEM)................................44

3-8- ساخت تخته و ثبت دما در ضخامت کیک ...........................................45

3-9- تهیه نمونه­های آزمونی...........................................45

3-10- اندازه­گیری خواص فیزیکی تخته­ها................................46

3-10-1- محاسبه تغییرات وزن و میزان ماندگاری نانو روی خرده­چوب راش........46

3-10-2- محاسبه واکشیدگی ضخامت و جذب آب.................................................................................................................................47

3-11- اندازه­گیری خواص مکانیکی...................................................................................47

3-11-1- خواص­ خمشی.........................47

3-11-1-1- مدول­گسیختگی  (MOR).................................47

3-11-1-2- مدول­الاستیسیته (MOE)................................................48

3-11-2- چسبندگی­داخلی (IB)......................48

3-12- تحلیل آماری......................48

فصل چهارم: نتایج

4-1- شناسایی و بررسی ساختاری خرده­چوب (SEM و EDS)........................................................................................................50

4-2- طیف سنجی مادون قرمز (FTIR).................................53

4-3- اثر اصلاح ترکیبی نانو-گرمآبی بر روند انتقال حرارت...................55

4-4- خواص فیزیکی..............................57

4-4-1- تغییرات وزن خرده­چوب راش............................................58

4-4-2- جذب آب.......................................58

4-4-3- واكشیدگی ضخامت................................................60

4-5- خواص مکانیکی...............................61

4-5- 1- خواص خمشی.............................................61

4-5-1-1- مدول گسیختگی.................................61

4-5-1-2- مدول­الاستیسیته..................................62

4-5-2- مقاومت چسبندگی داخلی.................................................63

فصل پنجم: بحث و نتیجه­گیری

5-1- نوآوری روش..............................................................................66

5-1- تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM و EDS)......................................67

5-2- طیف­سنجی FTIR....................................67

5-3- انتقال حرارت..............68

5-4- خواص فیزیكی...........................70

5-5- خواص مكانیكی...........72

5-5-1- خواص­خمشی.........................72

5-5-1-1- مدول گسیختگی............72

5-5-1-2- مدول­الاستیسیته..................73

5-5-2- چسبندگی داخلی.................................74

نتیجه­گیری.....................................75

پیشنهادات.................................................76

منابع..............................................78

چکیده انگلیسی............................86

فهرست شکل­ها

شکل 3-1- نانو نقره تولید شده...................44

شکل 3-2- دستگاه اشباع مجهز به المنت حرارتی........................45

شکل 3-3- نمایی از دستگاه میکروسکوپ الکترونی (SEM) واقع در آزمایشگاه رضایی.......................46

شكل 4-1- تصویر SEM محلول کلوئیدی نانونقره تولید شده...................................52

شكل 4-2- تصویر SEM خرده­چوب­ اشباع شده با نانو ذرات نقره.................................53

شكل 4-3- تصویر SEM خرده­چوب­ شاهد................................53

شکل 4-4- طیف EDS خرده­چوب اشباع­شده با نانو...................54

شکل 4-5- طیف­های FTIR نمونه­های تیمار شده و شاهد...............56

شکل 4-6- طیف­های FTIR نمونه­های تیمار شده و شاهد...........................56

شکل 4-7- زمان رسیدن دما به 100 درجه سانتی­گراد در تیمارهای مختلف.......58

شکل4-8- حداکثر دمای ثبت شده­ی مغز کیک در سطوح مختلف تیمار......................59

شکل 4-9- میانگین جذب آب پس از 2 ساعت غوطه­وری................................61

شکل 4-10- میانگین جذب آب پس از 24 ساعت غوطه­وری..................................61

شکل 4-11- میانگین واکشیدگی ضخامت پس از 2 ساعت غوطه­وری...........................62

شکل 4-12- میانگین واکشیدگی ضخامت پس از 24 ساعت غوطه­وری..........................63

شکل4-13- اثر سطوح مختلف تیمار بر مدول گسیختگی...............................54

شکل 4-14- اثر سطوح مختلف تیمار بر مدول الاستیسیته..............................65

شکل 4-15- اثر سطوح مختلف تیمار بر مقاومت چسبندگی داخلی.....................................66

فهرست جدول­ها

جدول 3-1- مشخصات فنی چسب مورد استفاده..........33

جدول3-2- ابعاد و تعداد نمونه­های آزمونی در هر تکرار و تیمار...................................37

جدول4-1- نتایج کمی طیف EDS...............................54

جدول 4-2- اثر تیمار­های مختلف بر انتقال حرارت طی فرآیند پرس گرم....................57

جدول 4-3- اثر تیمار نانو، گرمآبی و نانو-گرمآبی بر تغییرات وزن.....................60