تأثیر تیمار شیمیایی ماده چوبی بر جذب آب و قابلیت ترشوندگی چندسازه آرد چوب- پلی پروپیلن

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه سلولزی و بسته بندی، پژوهشکده شیمی و پتروشیمی، پژوهشگاه استاندارد

2 گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشگاه آزاد اسلامی واحد چالوس

چکیده

سابقه و هدف: در سال های اخیر، الیاف طبیعی سهم قابل توجهی از صنعت پلاستیک را به خود اختصاص داده است، که منجر به ظهور چندسازه های چوب پلاستیک در صنعت ساختمان شده است. محصولاتی نظیر کف پوش، حصار، چارچوب پنجره و کاشی های سقف در حال معرفی به بازار هستند. علیرغم کاربرد وسیع، الیاف طبیعی دارای معایبی بوده که از جمله آن می توان به دمای مجاز پایین تر برای فرآورش و ناسازگاری بین الیاف طبیعی آب دوست و پلیمرهای آب گریز اشاره کرد. این مشکل را می توان با افزودن ماده سازگارکننده به ترکیب و اصلاح شیمیایی الیاف کاهش داد. از آنجایی که بیشتر کاربردهای چندسازه های چوب پلاستیک در مصارف خارج از ساختمان و در تماس با شرایط جوی و محیط های آبی است، از این رو توجه به ویژگی های جذب آب این مواد ضروری می باشد. این تحقیق با هدف بررسی تأثیر تیمار شیمیایی ماده چوبی بر جذب آب و قابلیت ترشوندگی چندسازه حاصل از آرد چوب- پلی پروپیلن انجام شد.

مواد و روش‌ها: ابتدا تیمارهای شیمیایی مختلف شامل مرسریزاسیون، استیلاسیون و بنزیلاسیون بر روی آرد چوب انجام شد. سپس آرد چوب تیمار شده به همراه پلی پروپیلن و ماده سازگارکننده در دستگاه مخلوط کن داخلی ترکیب شده و نمونه های آزمونی با استفاده از روش قالب گیری تزریقی ساخته شد. درصد وزنی آرد چوب 60 درصد وزن کل چندسازه انتخاب شد. مقدار مالئیک انیدرید پیوند شده با پلی پروپیلن در تمام تیمارها phc 2 ثابت در نظر گرفته شد. نمونه ها به مدت 1000 ساعت در آب غوطه ور شدند تا میزان جذب آب و واکشیدگی ضخامت آن ها اندازه گیری شود. همچنین زاویه ترشوندگی نمونه های تیمار شده با استفاده از روش قطره چسبنده به منظور تعیین میزان آب گریزی آن ها اندازه گیری و با نمونه های بدون تیمار مقایسه شد. کارآمدی اصلاح شیمیایی با استفاده از طیف سنجی مادون قرمز (FTIR) تأیید شد.

یافته‌ها: نتایج نشان داد میزان جذب آب و واکشیدگی ضخامت در نمونه های تیمارشده کمتر از نمونه های تیمار نشده می باشد. دلیل این مسئله آن است که انجام تیمار شیمیایی موجب چسبندگی بهتر در سطح اتصال آرد چوب و ماده زمینه پلیمری می شود، که در نتیجه آن فرایند انتشار رطوبت به داخل چندسازه به دلیل کاهش حفرات در ناحیه سطح مشترک آهسته تر می شود. همچنین با انجام تیمار شیمیایی، زاویه تماس قطره آب بر روی سطح نمونه ها افزایش می یابد. طیف FTIR نمونه های تیمارشده نشان داد که تغییر شدت پیک ها در باندهای جذبی cm-13400 و cm-1 1740 به دلیل واکنش گروه های هیدروکسیل و تشکیل گروه های استری است.

نتیجه گیری: براساس یافته های این تحقیق می توان نتیجه گیری کرد که انجام تیمار شیمیایی آرد چوب موجب ثبات ابعاد و افزایش ویژگی آب گریزی در چندسازه حاصل از پلی پروپیلن می شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of chemical modification of wood material on water uptake and wettability of wood flour-polypropylene composites

نویسنده [English]

  • Behzad Kord 1
چکیده [English]

Background and objectives: In recent years, natural fibers have made significant contributions to the plastic industry, which has led to the emergence of wood plastic composites (WPC) in the construction industry. Products such as decking, fencing, siding, window framing, and roof tiles are being introduced into the market. The uses of wood plastic composites are also increasing in automative, transportation, military, and etc. Despite the widespread application, the natural fibers have some disadvantages, such as lower processing temperature, and incompatibility between the hydrophilic fibers and hydrophobic polymers. This problem can be alleviated by incorporation of coupling agent into the compound and modification of the fibers. Since, the most applications of WPCs exposure to atmosphere or contact with aqueous media has made it necessary to evaluate the water uptake characteristics of these materials. This research was carried out to investigate on the effect of chemical modification of wood material on water uptake and wettability of wood flour - polypropylene composites.

Materials and methods: Firstly, the different chemical treatments on wood flour, namely mercerization, acetylation and benzoylation were done. Then, the chemically treated fibers with polypropylene and coupling agent were compounded by an internal mixer, and samples were fabricated by injection molding. The weight ratio of wood flour was 60% based on the total weight of composites. The amount of PP-g-MA as was fixed at 2 phc for all formulations. The samples were soaked in water for 1000 hours to determine their water absorption and thickness swelling. The wettability of chemically treated samples were also measured by sessile drop method to determine the water repellency, and compared with those of untreated samples.

Results: Results indicated that treated samples had lower water absorption and thickness lower than untreated ones. It is well known that that the chemical modification promoted good wettability and better wood flour and polymer matrix interface adhesion, which consequently results in the moisture diffusion processes, could be much slower because there are fewer gaps in the interfacial region. Furthermore, the distributions speed of the water droplet on the samples decreased by applying chemical treatments due to the increasing of contact angle evolution time of the water droplet on the sample surface. FTIR spectra of treated fibers showed that the intensity of the bonds at 3400 and 1740 cm-1 change due to reaction of O-H groups and formation of ester groups in samples.

Conclusion: Based on the findings, it can be concluded that the chemical treatments have improved the dimensional stability and hydrophobicity of composites.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Composite
  • Chemical modification
  • Water absorption
  • Thickness swelling
  • Contact angle