ارزیابی تخته فیبرهای سبک وزن با استفاده از پلی‌استایرن بازیافتی به عنوان بخشی از چسب

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس

2 دانشیار، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران.

3 استاد، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران.

چکیده

سابقه و هدف: امروزه تولید و کاربرد تخته‌ فیبرهای سبک وزن با دانسیته کمتر از kg/m3 500 برای مصارف غیر سازه‌ای و همچنین به‌عنوان عایق حرارتی در ساختمان موردتوجه است. دوستدار محیط زیست بودن، قیمت پایین‌تر، قابلیت بازیافت، خواص گرمایی عالی، قابلیت جذب بالای صدا و ویژگی‌های مکانیکی مطلوب‌ از جمله مزایای عمده پانل‌های فیبری نسبت به سایر پانل‌های عایق پلیمری (فوم‌های پلی-استایرن و پلی یورتان) و عایق‌های معدنی (پشم شیشه و پشم سنگ) است. امروزه، جایگزینی چسب ایزوسیانات و بهبود انعطاف‌پذیری تخته فیبرهای سبک موردتوجه تولیدکنندگان این پانل‌ها قرار گرفته است. ازاین‌روی، هدف از تحقیق حاضر ارزیابی قابلیت ساخت پانل‌های فیبری سبک از طریق جایگزینی بخشی از چسب ایزوسیانات با چسب گرمانرم حاصل از انحلال فوم‌های پلی‌استایرن در حلال دی کلرومتان می-باشد. برای این منظور، تاثیر درجه حرارت پرس، نسبت وزنی حلال به فوم، درصدهای مختلف جایگزینی ایزوسیانات با چسب پلی‌استایرن و دانسیته تخته بر ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی تخته فیبرهای سبک وزن بررسی شد.

مواد و روش‏ها: تخته فیبر سبک وزن با ضخامت 10 میلی‌متر و دانسیته در محدود 300 – 200 کیلوگرم بر مترمکعب با الیاف چوبی و ترکیب ایزوسیانات و چسب گرمانرم حاصل از انحلال فوم‌های پلی‌استایرن در حلال متیلن کلراید، ساخته شد. در این تحقیق، ویژگی‌های مکانیکی (مقاومت خمشی، مدول الاستیسیته، مقاومت فشاری و مقاومت کششی عمود بر سطح تخته (چسبندگی داخلی)) و فیزیکی (درصد واکشیدگی ضخامت و جذب آب) نمونه‌های آزمونی مورد بررسی قرار گرفت.

یافته‏ها: بهترین مدول الاستیسیته، مقاومت کششی و فشاری در تخته‌های ساخته شده در دمای پرس 160 درجه سانتی‌گراد مشاهده شد. افزایش نسبت وزنی حلال (متیلن کلراید) به فوم پلی‌استایرن تاثیر منفی بر ویژگی‌های ذکر شده داشت. همچنین این تغییر نسبت حلال به فوم تاثیر مشخصی بر ویژگی‌های فیزیکی (واکشیدگی ضخامت و جذب آب) تخته فیبرهای سبک ایجاد نکرد. افزایش درصدهای جایگزینی ایزوسیانات با چسب پلی‌استایرن از 15 تا 45 درصد (بر مبنای میزان ایزوسیانات مصرفی) باعث بهبود ویژگی‌های خمشی و فیزیکی (واکشیدگی ضخامت و جذب آب) و تضعیف مقاومت‌های فشاری و کششی عمود بر سطح نمونه‌ها شد. با افزایش دانسیته تخته‌ها، ویژگی-های مکانیکی (مقاومت خمشی، مدول الاستیسیته، مقاومت فشاری و کششی) و همچنین درصد واکشیدگی ضخامت نمونه‌ها به‌طور معنی‌داری افزایش یافت.

نتیجه‌گیری: در این تحقیق تخته فیبرهای سبک وزن با استفاده از جایگزینی بخشی از ایزوسیانات به‌عنوان چسبی بسیار گران و سمی با چسب حاصل از فوم‌های پلی‌استایرن بازیافتی ساخته شد. نتایج بیانگر عملکرد مناسب تخته‌های ساخته شده با 45 درصد چسب پلی‌استایرن جایگزین شده با ایزوسیانات بود. به‌طور کلی در تحقیق حاضر ضمن ارائه قابلیت جدیدی برای بازیافت فوم‌های پلی استایرن (به‌عنوان چسب در صنایع اوراق فشرده چوبی)، تخته فیبرهای سبک برای کاربردهای غیر سازه‌ای و عایق با میزان مصرف کمتر ایزوسیانات ساخته شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of lightweight fiberboard using recycled polystyrene as a part of binder

نویسندگان [English]

  • Somayeh Jamalpour 1
  • Ali Shalbafan 2
  • Saeed Kazemi Najafi 3
1 Wood and Paper Science and Technology, Faculty of Natural Resources, Tarbiat Modares University
2 Wood and Paper Science and Technology, Faculty of Natural Resources, Tarbiat Modares University
3 Tarbiat Modares University
چکیده [English]

Background and objectives: Nowadays, production of lightweight fiberboard with density lower than 500 kg/m3 gained a lot of interests for both non-structural and insulation applications in buildings. Environmental friendliness, lower price, recyclability, superior thermal and sound insulation, and desirable mechanical properties are some of the advantages of lightweight fiberboard compared to those of polymeric (polystyrene and polyurethane foams) and mineral-based (glass and mineral wool) insulation boards. Replacement of isocyanate and improving the board flexibility are in major focus for such panel’s producers. Hence, the aim of this study was to evaluate the production capability of lightweight fiberboard by replacing the isocyanate with polystyrene resin obtained from foam dissolution in methylene chloride solution. To this end, the effect of press temperature, solvent to foam weight ratio, different percentages of isocyanate replacement with polystyrene adhesive and board density on the physical and mechanical properties of lightweight fiberboard were investigated.

Materials and methods: Lightweight fiberboard (10 mm thick) with density from 200 – 300 kg/m3 were produced using wood fiber with combination of isocyanate and polystyrene as adhesive. In this study, mechanical (bending strength, modulus of elasticity, compression strength and tensile strength perpendicular to panel surface (internal bond)) and physical properties (thickness swelling and water absorption) of the panels were evaluated.

Results: The best modulus of elasticity, tensile and compressive strength was observed in boards made at 160°C. Increasing the weight ratio of solvent (methylene chloride) to polystyrene foam had a negative effect on these properties. Also, changing the solvent to foam ratio did not have a significant effect on the physical properties (thickness swelling and water absorption) of lightweight fiberboard. Increasing the percentages of isocyanate replaced with polystyrene adhesive (from 15 to 45% (based on the amount of isocyanate used)) improved the bending and physical properties and weakened the compressive and tensile strengths perpendicular to the panel’s surface. Mechanical properties (bending strength, modulus of elasticity, compressive and tensile strength) of the lightweight fiberboard as well as the swelling thickness of samples have increased significantly with increasing the board’s density.

Conclusion: In this study, lightweight fiberboard was developed using isocyanate as an expensive and toxic adhesive replaced with adhesive made from recycled polystyrene foams. The results showed good performance of boards made with 45% isocyanate replaced with polystyrene adhesive. Generally speaking, a promising alternative for recycling of polystyrene foams (used as adhesives for wood-based panels industries) was presented in this research while lightweight fiberboard was also produced as non-structural and insulating applications having less isocyanate consumption.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fiberboard
  • Lightweight
  • Isocyanate
  • Foam
  • Polystyrene resin
 1.Abdulkareem, S.A., and Adeniyi, A.G. 2017. Production of particle boards using polystyrene and bamboo wastes. Nigerian J. of Technology. 36: 3. 788-793.
2.Abdulkareem, S.A., and Adeniyi, A.G. 2017. Development of particleboard from waste styrofoam and sawdust. Nigerian J. of Technological Development. 14: 1. 18-22.
3.Bekhta, P., and Sedliačik, J. 2019. Environmentally-friendly high-density polyethylene-bonded plywood panels. Polymers. 11: 7. 1166.
4.Chantawansri, T.L., Sirk, T.W., Mrozek, R., Lenhart, J.L., Kroger, M., and Sliozberg, Y.L. 2014. The effect of polymer chain length on the mechanical properties of triblock copolymer gels. Chemical Physics Letters. 612: 157-161.
5.Qin, R., Ren, X., Fifield, L.S., Simmons, K.L., and Li, K. 2011. Hemp-fiber-reinforced unsaturated polyester composites: Optimization of processing and improvement of interfacial adhesion. J. of Applied Polymer Science. 121: 2. 862-868.
6.Edalat, H.R., Amiri, A.N., Tabarsa, T., and Madhoushi, M. 2020. Investigation on the influence of raw material type on properties of ligno-cellulosic green insulation composite. J. of Wood and Forest Science and Technology.27: 3. 73-91.
7.FAO. 2021. Statistical yearbook. World food and agriculture. Food and agriculture organization of the United Nations. 365p.
8.Follrich, J., Müller, U., and Gindl, W. 2006. Effects of thermal modification on the adhesion between spruce wood (Picea Abies Karst.) and a thermoplastic polymer. Holz als Roh-und Werkstoff. 64: 5. 373-376.
9.Kawasaki, T., Zhang, M., and Kawai, S. 1998. Manufacture and properties of ultra-low-density fiberboard. J. of Wood Science. 44: 354-360.
10.Kazemi-Najafi, S. 2013. Use of recycled plastics in wood plastic composites - A review. Waste Management. 33: 9. 1898-1905.
11.Khakzad, J., Shalbafan, A., and Kazemi-Najafi, S. 2020. Lightweight tubular fiberboard: effect of hole diameters and number on panel properties. Maderas. Ciencia y Tecnologia. 22: 3. 311-324.
12.Kirsch, A., Ostendorf, K., and Euring, M. 2018. Improvement in the production of wood fiber insulation boards using hot-air hot-steam process. European J. of Wood and Wood Products.76: 1233-1240.
13.Lempfer, K. 2016. Insulation board production according to Siempelkamp’s dry-process: new process technology with great benefits for the environment. Siempelkamp Bulletin, pp. 14-19.
14.Masri, T., Ounis, H., Sedira, L.,Kaci, A., and Benchabane A. 2018. Characterization of new composite material based on date palm leaflets and expanded polystyrene wastes. Construction and Building Materials. 164: 410-418.
15.Niu, M., Wu, Z., Lin, X., Liu, Z., Xie, Y., Bhuiyan, I.U., and Wang, X. 2018. Manufacturing and properties of
ultra-low-density fiberboards with an unsaturated polyester resin by a dry process. European J. of Wood and Wood Products. 76: 3. 853-859.
16.Osemeahon, S.A., and Dimas, B.J. 2014. Development of urea formaldehyde and polystyrene waste as copolymer binder for emulsion paint formulation. J. of Toxicology and Environmental Health Sciences. 6: 3. 75-88.
17.Pizzi, A., and Mittal, K.L. 2018. Handbook of Adhesive Technology. 3rd Edition, Taylor and Francis Group, Marcel Dekker AG, Switzerland. 999p.
18.Shalbafan, A., Benthien, J.T., and Lerche, H. 2016. Biological characterization of panels manufactured from recycled particleboards using different adhesives. Bioresources. 11: 2. 4935-4946.
19.Thoemen, H., Irle, M., and Sernek, M. 2010. Wood-Based Panels: An Introduction for Specialists, Brunel University Press. 283p.