تاثیر استفاده از کیتوزان بر ثبات ابعادی تخته‌خرده‌چوب

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی‌ارشد فراورده‌های چندسازه، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران،

2 استاد ، گروه فراورده‌های چندسازه، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران،

3 دانشیار، گروه صنایع خمیر و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران،

4 دانشیار گروه پلیمر، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

چکیده:
سابقه و هدف: ثبات ابعادی پانل‌های چوبی از مهم‌ترین دغدغه‌های صنایع وابسته است. جذب رطوبت علاوه بر این که نمای ظاهری و فیزیکی تخته‌ها را تغییر می‌دهد، ساختار مکانیکی آنها را نیز تحت تاثیر قرار داده و مقاومت ها را کاهش می‌دهد. راه کارهای متفاوتی برای تثبیت ابعادی چوب به کار گرفته شده‌است که روش های اصلاح شیمیایی، اشباع با مونومر و اصلاح حرارتی از آن جمله هستند. هر کدام از این روش ها با معایبی مثل کاهش مقاومت‌های مکانیکی و یا مسائل زیست محیطی همراه می‌باشند. در این تحقیق از کیتوزان که بعد از سلولز به‌عنوان فراوان‌ترین پلی‌مر زیستی در طبیعت شناخته شده و زیست‌تخریب پذیر است و استفاده از آن کاهش مقاومت‌های مکانیکی کمتری را همراه دارد، استفاده شد. کیتوزان از کیتین به‌دست می‌آید. کیتین یک آمینو پلی ساکارید تشکیل شده از واحدهای ان-استیل-دی-گلوکز آمین متصل شده با پیوندهای (1-4) β می‌باشد. کیتوزان بر روی ذرات خرده چوب پوشش ایجاد می‌کند و مانع رسیدن رطوبت به آن‌ها می‌شود. از طرف دیگر گروه‌های استامید موجود در کیتوزان جایگزین گروه‌های هیدروکسیل موجود در چوب می‌شود. این امر سبب کاهش جذب آب و واکشیدگی ضخامت تخته‌ها می‌گردد.
مواد و روش ها: برای انجام این تحقیق از مخلوط ذرات خرده چوب گونه‌های جنگلی و با عوامل متغیر(میزان کیتوزان مصرفی در دو سطح 2٪ و 4٪، تیمار حرارتی 120، 140 و 160 درجه سانتی‌گراد و همچنین دو نوع چسب اوره فرمالدهید و اوره ـ ملامین فرمالدهید، به نسبت 50:50)و عوامل ثابت (فشار، دما و زمان پرس به ترتیب با 25 بار، 165 درجه سانتی‌گراد و 6 دقیقه)، تخته‌خرده‌چوب یک لایه با ضخامت 10 میلی متر و ابعاد 20×30 سانتی‌متر به تعداد 42 تخته ساخته شد. نمونه‌های آزمونی بر طبق استاندارد EN-317 با ابعاد 50×50 میلی‌متر تهیه شد و آزمایش‌های فیزیکی جذب آب 2 و 24 ساعت و واکشیدگی 2 و 24 ساعت بر روی آن‌ها انجام گردید.
یافته ها: تخته‌های ساخته شده با چسب اوره – ملامین فرمادهید نسبت به چسب اوره فرمالدهید، جذب آب و واکشیدگی ضخامت کمتری دارند. استفاده از کیتوزان جذب آب و واکشیدگی ضخامت تخته‌ها را کاهش می‌دهد و با افزایش مقدار کیتوزان جذب آب و واکشیدگی ضخامت آن‌ها کمتر می‌شود. با افزایش دمای تیمار حرارتی جذب آب و واکشیدگی ضخامت کمتر می‌شود.
نتیجه گیری: نتایج به‌دست آمده در این تحقیق حاکی از آن است که در بین شرایط استفاده شده در این تحقیق، استفاده از چسب اوره – ملامین فرمالدهید، کیتوزان 4٪ و دمای تیمار حرارتی 160 درجه سانتی‌گراد بهترین شرایط برای کاهش جذب آب و واکشیدگی ضخامت تخته‌های آزمونی می‌باشد.
واژگان کلیدی: تخته‌خرده‌چوب، کیتوزان، ثبات ابعادی، جذب آب، واکشیدگی ضخامتی
یافته ها: تخته‌های ساخته شده با چسب اوره – ملامین فرمادهید نسبت به چسب اوره فرمالدهید، جذب آب و واکشیدگی ضخامت کمتری دارند. استفاده از کیتوزان جذب آب و واکشیدگی ضخامت تخته‌ها را کاهش می‌دهد و با افزایش مقدار کیتوزان جذب آب و واکشیدگی ضخامت آن‌ها کمتر می‌شود. با افزایش دمای تیمار حرارتی جذب آب و واکشیدگی ضخامت کمتر می‌شود.
نتیجه گیری: نتایج به‌دست آمده در این تحقیق حاکی از آن است که در بین شرایط استفاده شده در این تحقیق، استفاده از چسب اوره – ملامین فرمالدهید، کیتوزان 4٪ و دمای تیمار حرارتی 160 درجه سانتی‌گراد بهترین شرایط برای کاهش جذب آب و واکشیدگی ضخامت تخته‌های آزمونی می‌باشد.
واژگان کلیدی: تخته‌خرده‌چوب، کیتوزان، ثبات ابعادی، جذب آب، واکشیدگی ضخامتی

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The effect of chitosan utilization on dimension stability of particleboard

نویسندگان [English]

  • Ahmadreza Rezaee nejad 1
  • Taghi Tabarsa 2
  • Mohammadreza Dehghani Firouaabadi 3
  • Alireza Shakeri 4
چکیده [English]

Abstract:
Background: the dimension stability of wood panels is one of the most challenges in these related industries. The humidity absorption not only changes the appearance and physical properties, but also it affects the mechanical structure and reduces the strengths. There are different methods for solving this problem such as chemical modification, monomer saturation, and thermal treatment. The disadvantages of each method are mechanical properties reduction and environmental problems. Chitosan is used in this study which it is the most abundant biopolymer after cellulose as a biodegradable and less reduction in mechanical strength. Chitosan is derived by chitin. Chitin is an amino-polysaccharide which it is polymerized by N-acetyl-D-glucosamine associated with B(1-4) linkages. Chitosan coated the particles and preserved them to humidity absorption. On the other hand, the thickness swelling and water absorption are decreased because the hydroxyl groups of wood are replaced by the acetamide groups of chitosan.
Methodology: in this study, the wood mixture of forest species with variable factors (the amount of chitosan 2%, 4% ; thermal treatment temperature 120oc, 140oc, 160oc; and two types of adhesives urea formaldehyde and urea-melamine formaldehyde in ratio of 50/:50) is used which followed by the fixed factors (pressure, temperature and press time , 25 bar, 165oc, and 6 min, respectively). The amount of 42 particleboard samples with 10 mm thickness and 20*30 cm3 has been made. According to EN-317 standards, the samples with 10*50*50 mm3 dimensions are examined by 2 and 24 hours for water absorption and thickness swelling tests.
Results: the particleboards are made by urea-melamine formaldehyde indicated less water absorption and thickness swelling rather than urea-formaldehyde. The water absorption and thickness swelling are decreased by using chitosan. By increasing the amount of chitosan utilization, the water absorption and thickness swelling are decreased. Increasing of thermal treatment temperature reduces the water absorption and thickness swelling.
Conclusion: With regards to different treatments in this study, the results showed that the optimal treatment conditions for decreasing of water absorption and thickness swelling are urea melamine formaldehyde, chitosan 4%, and thermal temperature 160oc.
Keywords: particleboard, chitosan, dimension stability, Water absorption, Thickness swelling
Results: the particleboards are made by urea-melamine formaldehyde indicated less water absorption and thickness swelling rather than urea-formaldehyde. The water absorption and thickness swelling are decreased by using chitosan. By increasing the amount of chitosan utilization, the water absorption and thickness swelling are decreased. Increasing of thermal treatment temperature reduces the water absorption and thickness swelling.
Conclusion: With regards to different treatments in this study, the results showed that the optimal treatment conditions for decreasing of water absorption and thickness swelling are urea melamine formaldehyde, chitosan 4%, and thermal temperature 160oc.
Keywords: particleboard, chitosan, dimension stability, Water absorption, Thickness swelling

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: particleboard
  • chitosan
  • dimension stability
  • Water absorption
  • Thickness swelling
1.Alen, R., Kotilainen, R., and Zaman, A. 2002. Thermochemical behavior of Norway spruce (Picea abies) at 180-225 ˚C. Wood Science and Technology.36: 163-171.
2.Ayadi, N., Lejeune, F., Charrier, F., Charrier, B., and Merlin, A. 2003. Color stability of heat treated wood during artificial weathering. Holz Roh Werkst. 61: 221-6.
3.Basturk, M.A. 2012. Heat applied chitosan treatment on hardwood chips to improve physical and mechanical properties of particleboard. BioResources. 7: 4. 4858-4866.
4.Burmester, A. 1973. Effects of heat pressure treatments of seml-dry wood on its dimensional stability. holz als roh-und werkst off. 31: 6. 237-243.
5.Chowdhury, J.A., and Wolcott, M.P. 2007. Compatibilizer selection to improve mechanical and moisture properties of extruded wood-HDPE composites. Forest Products J. 57: 9. 46-53.
6.Doost Hosyni, K. 2001. Technology of production and application of pressed wood plates. TehranUniv. publications.
7.Dwianto, W., Tanaka, F., Inoue, M., and Nomimoto, M. 1996. Crystallity changes of wood by heat or steam treatment. Wood Research. 83: 47-49.
8.Esteves, B., Velez Marques, A., Domingos, I., and Pereira, H. 2007. Influence of steam heating on the properties of pine (Pinus pinaster)  and eucalypt (Eucalyptus globulus) wood. Wood and Science Technology. 41: 193-207.
9.Gunduz, G., Aydemir, D., and Karakas, G. 2009. The effects of thermal treatment on the mechanical properties of wild Pear (Pyrus elaeagnifolia Pall.) wood and changes in physical properties. Materials and Design. 30: 4391-4395.
10.Hill, A.S.C. 2006. Wood modification chemical, thermal and other processes. John Wiley and Sons Press England.
Pp: 99-127.
11.Imamura, Y., Subiyanto, B., Rowell, R.M., and Nilsson, T. 1989. Dimensional stability and biological resistance of particleboard from acetylated albizzia wood particles. Wood Research. 76: 49-58.
12.Kurita, K. 2006. Chitin and chitosan: functional biopolymers from marine crustacean. Marine Biotechnology.
8: 203-226.
13.Mangolizade, N., Jafarzade haghighifard, N., Takdastan, A., and Hormozinejad, M. 2014. Physicochemical properties of chitosan biopolymer derived from shrimp shell. J. of Polymer Sciences and Technology. 27: 6. 371-380.
14.Mati-Baouche, N., Henri Elchinger, P., De Baynast, H., Pierre, G., Delattre, C., and Michaud, P. 2014. Chitosan as an adhesive (Review article). European Polymer J. 60: 1. 98-212.
15.Nourbakhsh, A., kargarfard, A., and Golbabaei, F. 2013. Investigation of physical and mechanical properties of particleboard made of paulownia. Iranian J. of Wood and Paper Sciences Research. 24: 10. 22-34.
16.Ohmori, H., Sakuno, T., Furukawa, I., and Kishimoto, J. 1998. Improvements of wood by chitin from crustacean. I. Change in colar and glue ability of Chitosan-treated wood surface. Resv. Bull. Tottori. Univ. For. 17: 193-204.
17.Repellin, V., and Guyonnet, R. 2005. Evaluation of heat-treated wood swelling by differential scanning calorimetry in relation to chemical composition. Holzforschung. 59: 1. 28-34.
18.Sander, C., Beckers, E.P.J., Militz, H., and Vanveenendaal, W. 2003. Analysis of acetylated wood by electron microscopy: Wood Science and Technology. 37: 39-46.
19.Sandford, P.A. 1988. Chitosan: Commercial uses and potential applications, In: Proceedings from the 4th International Conference on Chitin and Chitosan. G. Skjakbreak.
20.Shi, J.L., Kocaefe, D., Amburgey, T., and Zhang, J. 2007. A comparative study on brown rot fungus decay and subterranean termite resistance of thermallymodified and ACQ-C-treated wood. Holz Roh Werkst. 65: 353-358.
21.Sivonen, H., Maunu, S.L., Sundholm, F., Jamsa, S., and Viitaniemi, P. 2002. Magnetic resonance studies of thermally modified wood. Holzforschung. 56: 648-54.
22.Stamm, A.J., and Tarkow, H. 1947. Dimensional stabilization of wood. J. of Physical chemistry. 51: 2. 493-505.
23.Toffey, A., Samaranayake, G., Frazier, C.E., and Glasser, W.G. 1996. Chitin derivatives. I Kinetics of the heat-induced conversion of chitosan to chitin. J. of Applied Polymer Science. 60: 75-85.
24.Umemura, K., Lijima, Y., and Kawai, S. 2005. Development of new natural polymerbased wood adhesives. Effects of molecular weight and spread rate of bonding properties of chitosan. J. Adhesive Society Japan. 41: 6. 216-222.