بمقاومت به هوازدگی فرآورده چندسازه سرشاخه پسته - پلاستیک تیمار شده با نانو اکسید مس

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس‌ارشد، گروه تکنولوژی و مهندسی چوب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران،

2 دانشیار ، گروه تکنولوژی و مهندسی چوب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران،

3 استادT گروه تکنولوژی و مهندسی چوب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران،

4 دانشجوی دکتری ، گروه تکنولوژی و مهندسی چوب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران

چکیده

مقاومت به هوازدگی فرآورده چندسازه سرشاخه پسته - پلاستیک تیمار شده با نانو اکسید مس
چکیده
سابقه و هدف: امروزه تقاضا برای استفاده از چندسازه‌های چوب-‌پلاستیک در محیط‌های بیرون رو به گسترش است. اما عوامل مخربی همچون هوازدگی که منجر به تغییرات رنگ و همچنین افزایش خاصیت آبدوستی سطح می‌گردد، استفاده از این محصولات را در محیط‌های بیرون محدود می‌کند، بنابراین این محصولات در محیط بیرون نیاز به حفاظت دارند. مواد حفاظتی مختلفی جهت بهبود مقاومت به هوازدگی فرآورده چند سازه چوب-پلاستیک استفاده شده اند. نانو اکسید مس به علت داشتن پایداری حرارتی در دماهای مورد استفاده در ساخت فرآورده های چندسازه چوب-پلاستیک و بهبود مقاومت به هوازدگی چوب˛ پتانسیل حفاظت فرآورده های چندسازه چوب-پلاستیک را در برابر هوازدگی دارد. به همین منظور در این تحقیق اثر تیمار با نانو اکسید مس بر مقاومت به هوازدگی چندسازه آرد سرشاخه پسته- پلی‌پروپیلن بررسی شد.
مواد و روش‌ها: برای این منظور نمونه‌هایی از فرآورده چندسازه آرد سرشاخه پسته-پلی‌پروپیلن تیمار شده با نانواکسید مس در 4 سطح ( 0˛ 1، 2 و 3 درصد) به ابعاد 10 ×50 ×50 میلیمتر تهیه شد. خصوصیات رنگ نمونه‌ها و تغییرات زاویه تماس به ترتیب طبق استاندارد ASTM D2244 و ASTM D5946 قبل و بعد از 180 روز قرار گرفتن در معرض هوازدگی طبیعی در جنگل آموزشی شصت کلاته واقع در شمال ایران اندازه‌گیری شدند. زاویه تماس قطره آب مقطر با سطح نمونه‌های چندسازه چوب-‌پلاستیک، حداکثر تا 10 ثانیه بعد از قرارگیری قطره آب بر روی نمونه های تیمار شده و نشده با استفاده از دستگاه اندازه‌گیری زاویه تماسPG-X اندازه‌گیری شد. اندازه گیری رنگ با استفاده از دستگاه 0/45 Color guide انجام پذیرفت.
یافته‌ها: تجزیه و تحلیل آماری نتایج تغییرات رنگ از 180 روز هوازدگی طبیعی نشان داد که تیمار با نانو اکسید مس سبب بهبود مقاومت به هوازدگی چندسازه آرد سرشاخه پسته-پلی‌پروپیلن شده به‌طوری‌که با افزایش درصد نانو اکسید مس ثبات رنگ نمونه‌ها بهبود یافت. همچنین نتایج مربوط به آزمون زاویه تماس قطره نشان داد که تیمار چندسازه آرد سرشاخه پسته پلی-پروپیلن با نانو اکسید مس سبب کاهش تغییرات زاویه تماس در اثر هوازدگی طبیعی شد.
نتیجه گیری: نتایج این تحقیق نشان داد که تیمار با نانو اکسید مس سبب بهبود عملکرد چندسازه آرد سرشاخه پسته-پلی‌پروپیلن بعد از180 روز هوازدگی طبیعی شد به‌طوری که با افزایش درصد نانو اکسید مس هم ثبات نوری نمونه‌ها و هم آب گریزی بهبود یافت. بهبود مقاومت به هوازدگی فرآورده چندسازه آرد سرشاخه پسته-پلی‌پروپیلن به حفاظت لیگنین و یا دیگر ترکیبات چندسازه سرشاخه پسته-پلاستیک توسط تیمار با نانو اکسید مس نسبت داده شد.
کلمات کلیدی: چندسازه سرشاخه پسته-پلی‌پروپیلن، نانو اکسید مس، هوازدگی طبیعی، تغییرات رنگ، زاویه تماس قطره.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Weathering resistance of pistachio twig-plastic composite treated with nano-copper oxide

نویسندگان [English]

  • Nasime Imani 1
  • Mohammad Reza Mastery Farahani 2
  • Taghi Tabarsa 3
  • Ahmad Rezanejad 4
1
2 Academic staff
3
4
چکیده [English]

Title: Weathering resistance of pistachio twig-plastic composite treated with nano-copper oxide
Abstract
Background and objectives: Nowadays, demand for the use of wood-plastic composites in outdoors is growing. But, wood deterioration agents such as weathering that lead to the color changes and the surface hydrophilicity increase limit the use of these products in outdoors. Therefore, these products need to be protected in outdoors. Different chemicals have been used to impart weathering resistance to wood-plastic composites. Nano-copper oxide has the potential to be used in the protection of wood plastic composites against weathering because of its thermal stability at the temperatures used for manufacturing wood-plastic composites and because of imparting weathering resistance to wood. Hence, in this research the effect of nano-copper oxide treatment on the weathering resistance of polypropylene-pistachio twig flour composite was investigated.
Materials and methods: For this purpose, polypropylene- pistachio twig flour composites treated with nano-copper oxide at four loadings, namely 0, 1, 2 and 3 percent (by weight) were cut to specimens with the dimensions of 50×50×10 mm. The color characteristics and the droplet contact angel of the specimens were measured according to ASTM D 2244 and ASTM D 5446 respectively, before and after exposure to a natural weathering for 180 days in Shast Klateh educational state forest located in the north of Iran: The contact angle up to 10 s after droplet application for the treated and untreated samples was measured using a contact angle analyser PG-X. The color measurements were carried out using color guide 45/0.
Results: The statistical analysis of the color change data showed that nano-copper oxide improved the weathering resistance of polypropylene- pistachio twig flour composite. The color stability of polypropylene- pistachio twig flour composite during weathering was improved with increasing nano-copper oxide loading. The results of the contact angel test also showed that nano-copper oxide treatment resulted in a reduction in the contact angel change due to weathering.
Conclusion: The results of this study showed that treatment with nano-copper oxide resulted in improving the performance of polypropylene-pistachio twig flour composite after exposure to 180 days of natural weathering. With increasing the loading of nano-copper oxide, both the photostability and the hydrophobicity were improved. The improvement in the weathering resistance of polypropylene- pistachio twig flour composites was attributed to the protection of lignin or other compounds of the composite by treatment with nano-copper oxide.
Keyword: polypropylene-pistachio twig flour composite, nano-copper oxide, natural weathering, color change, contact angel droplet.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keyword: polypropylene-pistachio twig flour composite
  • Nano copper oxide
  • weathering
  • color change
  • Contact angel droplet

مراجع

1.Archer, K., and Preston, A. 2006.An overview of copper based wood preservatives. Wood Protection.10: 5. 235-242.
2.Ashori, A., and Nourbakhsh, A. 2009. Effects of nanoclay as a reinforcement filler on the physical and mechanical properties of wood based composite. J. of Composite Materials. 43: 18. 1869-1875.
3.ASTM D 1435. 2004. Standard practice for outdoor weathering of plastics. American society for testing and materials. (Copyright ASTM International).
4.ASTM D 2244. 2007. Standard practice for calculation of color tolerances and color differences from instrumentally measured color coordinates. American society for testing and materials. (Copyright ASTM International).
5.ASTM D 5946. 2007. Standard test method for corona-treated polymer films using water contact angle measurements. (Copyright ASTM International).
6.Butylina, S., Hyvarinen, M., and Karki, T. 2012. Accelerated weathering of wood-polypropylene composites containing minerals. Composites. 43: 2087-2094.
7.Chehreh, F., and Mastari Farahani, M. 2015. Surface droplet contact angle and colour characteristics of Eastern Cottonwood treated with nano-copper oxide and exposed to natural weathering. International Wood Products J. 6: 2. 69-
8.Darabi, P. 2010. The effect of methylation and anti-oxidant on discoloration of weathered wood plastic composites. Iranian J. of Wood and Paper Science. 1: 1. 13-26. (In Persian)
9.Darabi, P., Abdolzadeh, H., Karimi, A.N., Mirshokraie, A., and Doosthoseini, K. 2010. The investigation of acetylation and anti-oxidant effect on weathering of wood plastic composites by means of FTIR and color metry (color measurement). Iranian J. of Wood and Paper Science Research. 25: 1. 70-79. (In Persian)
10.Deka, M., Humar, M., Rep, G., Kricej, B., Sentjurc, M., and Petric, M. 2008. Effects of UV light irradiation on colour stability of thermally modified, copper ethanolamine treated and non-modified wood: EPR and DRIFT spectroscopic studies. J. of Wood Science Technology 42: 5-20.
11.Deka, M., and Wani, A.M. 2009. Effect of simulated sunlight on the photo degradation of untreated and copper (П) ethanolamine treated wood. Taiwan J. for Science. 24: 4. 221-231.
12.Eshraghi, A., Khademieslam, H., Ghasemi, I., and Talaiepoor, M.2013. Effect of weathering on the properties of hybrid composite based on polyethylene, wood flour, and nanoclay. Bioresources. 8: 1. 201-210.
13.Fabiyi, J.S., and McDonald, A.G. 2014. Degradation of polypropylene in naturally and artificially weathered plastic matrix composite. Maderas: Ciencia y tecnología. 16: 3. 275-290.
14.Farahani, M.R.M., and Banikarim, F. 2013. Effect of nano-zinc oxide on decay resistance of wood- plastic composites. BioResources. 8: 4. 5715-5720.
15.Farahani, M.R.M., and Porabdollah, S. 2019. Effect of nano-copper oxide on decay resistance of pistachio twig-plastic composite. International Research Group on Wood Protection. IRG/WP.19-30750.
16.Farahani, M.R.M., and Safarzadeh, M. 2011. Decay resistance of a commercial pistachio twig-plastic composite. International Research Group on Wood Protection. IRG/WP.11-40553.
17.Farivar-Mehrin, H. 2002. The important beetle of the pistachio trees in Iran. Acta Horticulturae. 591: 549-552.
18.Feist, W.C. 1982. Weathering of wood in structural uses. In: Structural use of wood in adverse environments. Eds. Meyer R.W. and Kellogg R.M. Society of wood science and technology. Van Nostrand Reinhold, New York, Pp: 156-178.
19.Huang, X., Kocaefe, D., Kocaefe, Y., Boluk, Y., and Pichette, A. 2012. Changes in wettability of heat-treated wood due to artificial weathering. Wood Science Technology. 46: 6. 1215-1237.
20.Kalnins, M.A., and Feist, W.C. 1993. Increase in wettability of wood with weathering. Forest Products J. 43: 2. 55-57.
21.Khanjanzadeh, H. Tabarsa, T.,and Shakeri, A. 2012. Morphology, dimensional stability and mechanichal properties of polypropylene–wood flour composites with and without nanoclay. J. of Reinforced Plastics and Composites. 31: 5. 341-
22.Klyosov, A.A. 2007. Wood-plastic composites. A John Wiley & Sons. Hoboken New Jersey. 726p.
23.Lopez, J.L., Sain, M., and Cooper, P. 2005. Performance of natural-fiber–plastic composites under stress for outdoor applications: effect of moisture, temperature, and ultraviolet light exposure. J. of Applied Polymer Science. 99: 2570-2577.
24.Matuana, L.M., and Kamdem, D.P. 2002. Accelerated ultra violate weathering of PVC/wood –flour composites. Polymer engineering and Scince. 42: 8. 1657-1666.
25.Mehrnejad, M.R. 2001. The current status of pistachio pests in Iran. Cahires Options Mediterranean. 56: 315-322.
26.Moradpour, N., MasteriFarhani, M.R., and Shakeri, A.R. 2012. Effects of acetylation and antioxidant on field weathering resistance of wood/HDPE composite. Iranian J. of Wood and Paper Science Research. 27: 4. 707-716. (In Persian)
27.Palza, H. 2015. Antimicrobial polymers with metal nanoparticles. International J. Molecular Science. 16: 1. 2099-2116.
28.Rabek, J.F. 1995. Polymer photo degradation-mechanisms and experimental methods (1st ed). Chapman and Hall. Cambridge London. Pp: 67-245.
29.Stark, M.N. 2003. Photo degradation and photo stabilization of weathered flour filled polyethylene composites. PH.D thesis, Michigan Technological Univ. 217p.
30.Stark, N.M., and Matuana, L.M. 2007. Characterization of weathered wood plastic composite surfaces using FTIR spectroscopy, contact angle, and XPS. Polymer degradation and stability.92: 1883-1890.
31.Williams, R.S. 2005.Weathering of wood. P 139-185. In: R.M. Rowell (eds). Handbook of wood chemistry and wood composites. CRC Press. Washington.
32.Zou, P., Xiong, H., and Tang, S. 2008. Natural weathering of rape straw flour (RSF)/HDPE and nano- SiO2/RSF/HDPE composites. Carbohydrate Polymers.73: 3. 378-383.
پژوهش‌های علوم و فناوری چوب و جنگل
دوره 27، شماره 1
خرداد 1399
صفحه 61-72

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار