بررسی تاثیر نوع ماده اولیه بر ویژگی های چندسازه لیگنوسلولزی عایقی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی گروه تکنولوژی و مهندسی چوب، دانشکده مهندسی چوب و کاغذ،

2 دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

3 دانشجوی دکتری گروه تکنولوژی و مهندسی چوب، دانشکده مهندسی چوب و کاغذ،

چکیده

سابقه و هدف: هدف از انجام این تحقیق ساخت پانل عایقی ضخیم با استفاده از ضایعات لیگنوسلولزی و ماده اتصال‌دهنده زیست-تخریب‌پذیر و ارزیابی خواص فیزیکی و مکانیکی آن بود. مطالعات نشان می‌دهد که استفاده از مواد لیگنوسلولزی در ساختمان سابقه‌ای طولانی در نقاط مختلف جهان دارد. تحقیقات متعددی استفاده از مواد لیگنوسلولزی مانند باگاس، کاه گندم و برنج و ساقه آفتابگردان در ترکیب پانل‌های فشرده چوبی را برای بهبود خواص فیزیکی مفید ارزیابی کرده‌اند.
مواد و روش‌ها: پانل‌های مذکور با دانسیته‌های 150، 175 و 200 کیلوگرم بر مترمکعب و با استفاده از سه نوع ماده اولیه شامل کاه گندم، برنج و کلزا با ضخامت 30 میلیمتر ساخته شدند. ماده اتصال‌دهنده هوموپلیمر وینیل‌استات و فرآیند ساخت متشکل از پرس سرد و خشک‌کن با سیستم بسته و دمای 55 درجه سانتیگراد بود. مقاومت فشاری عمود بر سطح نمونه‌ها به همراه مدول الاستیسیته به عنوان ویژگی‌های مکانیکی و آزمون جذب صوت و نرخ تبادل دما و پیرو آن آزمون تعیین ضریب هدایت حرارتی جهت ارزیابی عملکرد فیزیکی پانل‌ها انجام شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که نوع ماده اولیه تاثیر قابل توجهی بر عملکرد فیزیکی و مکانیکی پانل‌های ساخته شده دارد. پانل‌های تولید شده از کاه کلزا مقاومت (64 کیلو پاسکال) و مدول فشاری (940 کیلو پاسکال) بالاتری نسبت به دو ماده دیگر نشان دادند درصورتی-که عملکرد فیزیکی آنها نسبت به پانل‌های ساخته شده از کاه گندم و کاه برنج ضعیف‌تر بود. بطور کلی پانل‌های ساخته شده از مواد طبیعی شاخص افت تراگسیل بالاتری را نسبت به پلی‌استایرن نشان دادند. شاخص افت تراگسیل صوت در پانل‌های گندم با حداکثر دانسیته، حدود 17 دسی‌بل محاسبه گردید. نتایج آزمون هدایت حرارتی نشان داد که ضریب هدایت حرارتی پانل‌های ساخته شده از کاه گندم و برنج در دامنه ضریب هدایت حرارتی مواد عایق حرارت قرار دارد. افزایش دانسیته پانل موجب بهبود در همه ویژگی‌ها بویژه در پانل‌های ساخته شده با کاه گندم گردید.
نتیجه‌گیری: مواد لیگنوسلولزی حاصل از برداشت محصولات کشاورزی مانند گندم، برنج و کلزا می‌توانند بعنوان ماده اولیه مناسب جهت تولید پانل‌های عایقی سبز مورد استفاده قرار گیرند. در این میان کاه گندم و برنج به لحاظ دسترسی به قابلیت بهتر در جذب صوت و عایق حرارت نسبت به کلزا ارجحیت دارند. با ساخت این فرآورده‌ها می‌توان مصرف مشتقات نفتی در صنایع ساختمان را کاهش داد و بخشی از اثرات منفی این صنعت بر محیط زیست را تعدیل نمود. استفاده از انرژی کمتر هنگام ساخت و نیز تولید مقادیر بسیار ناچیز گازهای‌ گلخانه‌ای در مقایسه با مواد سنتزی، دو امتیاز ویژه چندسازه‌های زیست‌تخریب‌پذیر بوده که موجب تولید و کاربرد گسترده آنها بخصوص در جوامع پیشرفته شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation on influence of raw material type on properties of of lingo-cellulosic insulation composite

نویسندگان [English]

  • Hamidreza Edalat 1
  • Ali Najafi Amiri 2
  • Taghi Tabarsa 3
  • Mehrab Madhoushi 2
1 Assistant Professor,Department of Wood Engineering and Technology, University of Agricultural Sciences and Natural Resources,Gorgan, IRAN,
2 PhD student of wood based composite, Wood Technology and Engineering Department, Faculty of Wood and Paper Engineering, University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan. Iran
3 Professor , Wood Technology and Engineering Department, Faculty of Wood and Paper Engineering, University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan. Iran
چکیده [English]

Background and objectives: The goal of this study was the production of thick insulation panel with lingo-cellulosic residuals and biodegradable binder and evaluation of their physical and mechanical properties. Previous studies showed that the application of lingo-cellulosic residuals in the building has a long history in different places of the world. Many research found that useful to use lingo-cellulosic materials such as bagasse, wheat, and rice straw and sunflower stem in the composition of wood-based panels to improve physical performance.
Materials and methods: The panels were made with 150, 175 and 200 kg.m-3 density and 30 mm thickness with using three types of raw materials include; wheat, rice, and rapeseed straws. The bonding agent was Vinyl-Acetate homopolymer and the production process consisted of cold press and 55 ° C close system dryer. The compression strength perpendicular to surface and modulus of elasticity were evaluated as mechanical characteristics and sound transmitted class, the rate of temperature exchange and heat conductivity tests were done to probe the physical performances.
Results: The results showed that the material type has a significant effect on the physical properties and mechanical performances of produced panels. The panels made with rapeseed straws represented the higher amount of compression strength (64 kPa) and modulus (930 kPa) compare to two other raw materials while the physical performance of it was lower than that of wheat and rice straws. Overall, the insulation panels made with natural raw materials represented higher STC than Polystyrene panels. The STC of insulation panels made from wheat straw with highest density was measured as 17 dB. The results of the heat conductivity test showed that the heat conductivity coefficient of panels made with wheat and rice straws meet the coefficient of heat insulation materials. An increase in panel density caused an enhancement in all properties especially in wheat straw panels.
Conclusion: The lingo-cellulosic materials result from agricultural crops like wheat, rice, and rapeseed could be used as suitable raw materials to produce green insulating panels. Among them, the wheat and rice straw due to better performance in sound absorption and heat insulation, are preferred rather than rapeseed. With this kind of panels, it is possible to reduce petroleum derivatives usage in construction and compensate a part of the minus effects of this industry on the environment. Using lower energy during the production and a small amount of greenhouse gas outcome compare to synthetic materials are two specific features of biodegradable composites which caused production and wide application of them especially in industrialized nations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Green insulation panel
  • Sound transmitted class
  • Vinyl-acetate homo-polymer
  • Thermal conductivity coefficient
  • Biodegradable

مراجع

1.AL-Oqla, F.M., and Omari, M.A. 2017. Sustainable biocomposites: challenges, potential, and barriers for development.
P 13-29. In: M. Jawaid, S. Sapuan, and O. Alothman (eds). Green biocomposites. Green energy and technology. Springer Press, Cham, Switzerland.
2.Asdrubali, F., Alessandro, F., and Schiavoni, S. 2015. A review of unconventional sustainable building insulation materials. J. of Sustainable Materials and Technology. 4: 1-17.
3.Asdrubali, F., Schiavoni, S., and Horoshenkov, K.V. 2012. A review of sustainable materials for acoustic applications. J. of Building acoustics.19: 4. 283-311.
4.ASTM C165-07, Standard test method for measuring compressive properties of thermal insulations, ASTM International, West Conshohocken, PA. 2017.
5.ASTM E413-15, Classification for rating sound insulation, ASTM International, West Conshohocken, PA. 2015.
6.Balador, Z., Gjerde, M., Isaacs N., and Imani, M. 2018. Thermal and acoustic building insulations from agricultural wastes. P 324-344. In: L. Martínez, O. Kharissova, and B. Kharisov (eds). Handbook of eco-materials. Springer, Cham. Switzerland.
7.Beck, A., Heinemann, U., Reidinger, M., and Fricke, J. 2004. Thermal transport in straw insulation. J. of thermal envelope and building science. 27: 3. 227-234.
8.Berardi, U., and Iannace, G. 2015. Acoustic characterization of natural fibers for sound absorption applications. Building and Environment. 94: 2. 840-852.
9.Bribián, I.Z., Capilla, A.V., and Usón, A.A. 2011. Life cycle assessment of building materials: comparative analysis of energy and environmental impacts
and evaluation of the eco-efficiency improvement potential. Building and Environment. 46: 5. 1133-1140.
10.Doosthoseini, K., Taghiyari, H., and Elyasi, A. 2014. Correlation between sound absorption coefficients with physical and mechanical properties of insulation boards made from sugar cane bagasse. Composite Part B. 58: 10-15.
11.Doosthoseini, K., and Elyasi, A. 2012. Study on the possibility of using bagasse in manufacture of sound-proof particleboard. Iranian J. of Wood and Paper Industries. 3: 1. 43-52. (In Persian)
12.Fowler, P.A., Hughes, J.M., and Elias, R.M. 2006. Bio composites: technology, environmental credentials and market forces. J. of the science of food and agriculture. 86: 12. 1781-1789.
13.INSO 14827. Thermal insulations- Determination of steady-state transmission properties-calibrated and guarded hot box. Iran national standard organization press. 2013. (In Persian)
14.ISIRI 8621. 2006. Construction materials - Thermal performance of building material and products with high and medium thermal resistance - Determination of thermal resistance- Guarded hot plate and heat flow meter. Test method. Iran national standard organization press. (In Persian)
15.Liu, D., and Xia, K.F. 2012. Manufacturing of a bio composite with both thermal and acoustic properties. J. of Composite Materials. 46: 9. 1011-1020.
16.Manfred, A., and Oliver, M.E. 2011. Biodegradability of poly vinyl acetate and related polymers. J. of Advanced Polymer Science. 245: 137-172.
17.Mati-Baouche, N., Baynast, H.D., Michaud, P., Dupont, T., and Leclaire, P. 2016. Sound absorption properties of a sunflower composite made from crushed stem particles and from chitosan bio-binder. J. of Applied Acoustic.
111: 179-187.
18.Nandanwar, A., Kiran, M., and Varadarajulu, K. 2017. Influence of density on sound absorption coefficient of fiber board. J. of Acoustics. 7: 1. 1-9.
19.National building regulation of Iran. 2009. 18th Chapter; Sound insulation and adjustment. National regulations of building office. 37p. (In Persian)
20.Paiva, A., Pereira, S., Sá, A., Cruz, D., Varum, H., and Pinto, J. 2012. A contribution to the thermal insulation performance characterization of corn cob particleboards. Energy and Buildings.45: 274-279.
21.Pinto, J., Paiva, A., Varum, H., and Cruz, D. 2011. Corn’s cob as a potential ecological thermal insulation material. Energy and Buildings. 43: 8. 1985-1990.
22.Rassam, G.H., Rangavar, H., Taghiary, H.R., and Taheri, A. 2012. Study on the possibility of using sunflower stalk in particleboard production. Iranian J. of Wood and Paper Industries. 2: 2. 83-97. (In Persian)
23.Ryan, C. 2011. Traditional construction for a sustainable future. Taylor & Francis. London. 373p.
24.Saadatnia, M., Ebrahimi, Gh., and Tajvidi, M. 2008. Comparing sound absorption characteristic of acoustic boards made of aspen particles and different percentages of wheat and barley straws. In|: 17th world conference on nondestructive testing, 25-28 Oct 2008, Shanghai, China.
25.Thompson, R., and Thompson, M.2013. Sustainable materials, processes, and production. Thames and Hudson, London. 224p.
پژوهش‌های علوم و فناوری چوب و جنگل
دوره 27، شماره 3
آذر 1399
صفحه 73-91

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار