اثر اصلاح تلفیقی روغن سویای اپوکسی‌دار-استایرن بر خواص فیزیکی و مکانیکی چوب صنوبر

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی‌ارشد مهندسی چوب و فرآورده‌های سلولزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

2 استادیار، گروه مهندسی چوب و فرآورده‌های سلولزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

3 استاد، گروه مهندسی چوب و فرآورده‌های سلولزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

4 استادیار، گروه مهندسی چوب و فرآورده‌های سلولزی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی، ساری، ایران

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: با اجرای طرح تنفس و توقف بهره‌برداری از منابع جنگلی، برداشت گونه‌های با دوام جنگلی محدود، و بر زراعت و بکارگیری گونه‌های تندرشد تمرکز شد. اصلاح نقاط ضعف گونه‌های چوبی تندرشد مانند صنوبر، راهکاری مناسب برای افزایش کاربرد آنها می‌باشد. در تحقیق حاضر، اثر عامل‌دار کردن روغن سویا و شرایط متفاوت اصلاح تلفیقی با روغن گیاهی عامل‌دار/مونومر استایرن بر خواص چوب صنوبر بررسی شد.
مواد و روش‌ها: نمونه‌های چوب صنوبر به 9 گروه شاهد، اصلاح با روغن سویای خام و اپوکسی‌دار، مونومر استایرن، و تلفیق روغن سویای اپوکسی‌دار/استایرن در 3 نسبت (10/90، 20/80 و 30/70)، و فرآیند دو مرحله‌ای اصلاح با روغن سویای خام و عامل‌دار/استایرن تقسیم شدند. کلیه نمونه‌های اصلاح شده با روغن گیاهی در دمای 120 درجه سانتی‌گراد، و نمونه‌های حاوی پلیمر (استایرن، منفرد یا متعاقب اصلاح با روغن)، در دمای 90 درجه سانتی‌گراد گرمادهی شدند.
یافته‌ها: بر اساس نتایج طیف زیر‌قرمز تبدیل‌فوریه (FTIR) اصلاح با روغن سویای عامل‌دار به افزایش گروه‌های هیدروکسیل، کربونیل و اتری در نمونه‌های چوب منتهی گردید. فرآیند دو مرحله‌ای، اصلاح چوب با روغن سویای اپوکسی‌دار به کاهش جذب استایرن انجامید و بیشترین جذب و افزایش وزن در نمونه‌های اصلاح دو مرحله‌ای روغن خام/استایرن اندازه‌گیری شد. براساس تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، اصلاح توسط روغن سویای اپوکسی‌دار، حفره‌ی فیبرها را به طور کامل یا نسبی پر نمود. با افزایش نرخ تبدیل مونومر به پلیمر در اصلاح تلفیقی با روغن سویای عامل‌دار، جذب آب و تغییرات ابعاد کاهش معنی‌داری یافت. اصلاح روغن/مونومر سبب افزایش آبگریزی سطح و زاویه تماس قطره گردید. اصلاح با روغن خام و تلفیق روغن عامل‌دار/استایرن به بهبود مدول خمشی نمونه‌های چوب صنوبر نسبت به شاهد انجامید، اما مقاومت خمشی صرفا در اصلاح یک مرحله‌ای با استایرن افزایش معنا‌دار نشان داد. بهبود سختی نیز در اصلاح با استایرن و روغن سویای اپوکسی‌دار/استایرن به نسبت10/90 درصد معنا‌دار بود.
نتیجه‌گیری: به طور کلی نمونه‌های حاوی روغن (خام و اپوکسی) و اصلاح دو مرحله ای روغن/استایرن بهترین خواص فیزیکی را نشان دادند. از نظر خواص مکانیکی، سطح حاوی پلیمر استایرن بالاترین مقاومت خمشی را داشت و در سطوح ترکیبی استایرن با روغن، مقاومت خمشی نسبت به شاهد تغییر معنی‌داری نشان نداد. سختی نمونه‌های اصلاح شده با استایرن و ترکیب 90 درصد استایرن/روغن عامل‌دار به طور معنی‌داری بیشتر از سایر سطوح بود. بین دو روش اصلاح همزمان و دومرحله‌ای به جز مدول‌الاستیسیته و واکشیدگی، اختلاف معنی‌داری در سایر ویژگی‌ها مشاهده نشد، و اصلاح دومرحله‌ای به بیشترین پایداری ابعاد در فرآورده‌ی حاصل انجامید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Effect of combined modification with Epoxidized Soybean oil-styrene on the physical and mechanical properties of Poplar Wood

نویسندگان [English]

  • Sajedeh Anbaz 1
  • Raoufeh Abedini 2
  • Maryam Ghorbani 3
  • Foroogh Dastoorian 4
1 M.Sc. Student of Wood and Cellulosic Products Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran.
2 Corresponding Author, Assistant Prof., Dept. of Wood and Cellulosic Products Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
3 Professor, Dept. of Wood and Cellulosic Products Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
4 Assistance Professor, Department of Wood and Cellulosic Products Engineering, Faculty of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
چکیده [English]

Abstract
Background and Objectives: The implementation of a logging ban period restricted the exploitation of ecologically durable forest trees, and was focused toward the cultivation and utilization of fast-growing species. To enhance the application of these species—such as poplar (Populus spp.)—modifying their inherent weaknesses is critical. This study investigates the effects of soybean oil functionalization and different conditions of combined modification using functionalized vegetable oil/styrene monomer on properties of poplar wood.
Materials and Methods: Poplar wood samples were divided into 9 groups containing: control, modified with raw and epoxidized soybean oil, styrene monomer, and a combination of epoxidized soybean oil/styrene in three ratios (10/90, 20/80, and 30/70), and a two-step modification process with raw and functionalized soybean oil/styrene. All samples modified with vegetable oil were heated at 120°C, and samples containing polymer (styrene, alone or following oil modification) were heated at 90°C.
Results: Based on the results of Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, modification with functionalized soybean oil increased hydroxyl, carbonyl, and ether groups in wood samples. In two-step process, modification of wood with epoxidized soybean oil decreased styrene uptake in second stage. The highest modifying agent uptake and weight gain were measured in samples which were modified with two-step raw oil/styrene. Scanning electron microscopy revealed that epoxidized soybean oil filled the lumen of the fibers completely or partially. Following increase of monomer to polymer conversion rate, in the incorporated modification with functionalized soybean oil, water absorption and dimensional changes were significantly reduced. Oil/monomer modification increased the surface hydrophobicity and droplet contact angle. Incorporated modification with raw oil and functionalized oil/styrene, improved the modulus of elasticity (MOE) of poplar wood samples compared to the control, but modulus of rupture (MOR) significantly increased only in one step modification with styrene. Hardness enhancement also was significant in modification with styrene and incorporated modification with portion of 10/90 epoxidized soybean oil/styrene.
Conclusion: In general, oil-containing (raw and epoxy) and two-step oil/styrene modified samples showed the best physical properties. In terms of mechanical properties, the samples containing polystyrene had the highest MOR, and incorporated styrene and oil modified samples, did not changed significantly compared to the control. The hardness of the samples modified merely with styrene and incorporation of 90% styrene/functionalized oil was significantly higher. Except for the elastic modulus and swelling, no significant differences were observed between properties of samples which were modified with integrated and two-step oil/styrene methods and the highest dimensional stability obtained in two-step modification.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Poplar wood
  • Epoxidized soybean oil
  • Raw soybean oil
  • Styrene
  • Surface hydrophobicity

مراجع

1.Ermeydan, M., Babacan, M., & Dizman Tomak, E. (2020). Evaluation of dimensional stability, weathering and decay resistance of modified pine wood by in-situ polymerization of styrene. J. of Wood Chemistry and Technology. 40, 1-12.
2.Hill, C. A. S. (2006). Wood modification: chemical, thermal and other processes. Wiley, Chichester, 239 p.

3.Ghorbani, M., & Kaki, R. (2016). Investigation on physical behavior of styrene wood-polymer in different concentrations of monomer. Iranian J. of Wood and Paper Industries, 7(2), 231-239. [In Persian]

4.Chen, J., Wang, Y., Cao, J., & Wang, W. (2020). Improved Water Repellency and Dimensional Stability of Wood via Impregnation with an Epoxidized Linseed Oil and Carnauba Wax Complex Emulsion. Forests, 11(3), 271.
5.Demirel, G. K., Temiz, A., Demirel, S., Jebrane, M., Terziev, N., Gezer, E. D., & Ertas, M. (2016). Dimensional stability and mechanical properties of epoxidized vegetable oils as wood preservatives. Second COST Action FP1407 International Conference, Brno, Czech Republic. Pp: 49-50.
6.Panov, D., & Terziev, N. (2015). Durability of epoxi-oil modified and alkoxysilane treated wood in field testing, BioResources. 10(2), 2479-2491.
7.Ermeydan., M. A., Cabane, E., Gierlinger, N., Koetz, J., & Burgert, I. (2014). Improvement of wood material properties via in situ polymerization of styrene into tosylated cell walls. RSC Advances. , 12981-12988.
8.Jebrane, M., Fernández-Cano, V., Panov, D., Terziev, N., & Daniel, G. (2015b). Novel hydrophobization of wood by epoxidized linseed oil. Part 2: Characterization by FTIR spectroscopy and SEM, and determination of mechanical properties and field test performance. Holzforschung. 69(2), 179-186.
9.Ghasemi, M., Dastoorian, F., Abedini, R., & Amininasab, S. M. (2020). Effect of poplar wood impregnation with epoxidized soybean oil on the set recovery, Iranian J. of Wood and Paper Industries. 11(3), 381-394. [In Persian]
10.Ghorbani M., & Nikkhah, A. (2021) Comparing the effect of cell wall modification with glycidyl methacrylate and maleic anhydride on the physical, mechanical and biological properties of poplar wood-styrene polymer composite. Iranian Journal of Wood and Paper Industries. 12(2), 259-270. [In Persian]
11.Acosta, A. P., de Avila Delucis, R., Amico, S. C., & Gatto, D. A. (2021). Fast-growing pine wood modified by a two-step treatment based on heating and in situ polymerization of polystyrene. Construction and Building Materials. 302(4), 124422.
12.Green, D. W., Begel, M., & Nelson, W. (2006). Janka hardness using nonstandard specimens. US Department of Agriculture, Forest Service, Forest Product Laboratory. 303, 13p.
13.Pandey, K. K. (1999). A study of chemical structure of soft and hardwood and wood polymers by FTIR spectroscopy. Journal of Applied Polymer Science. 71(12), 1969-1975.
14.Jambreković, B., Govorčin Bajsić, E., Španić, N., Sedlar, T., & Sinković, T. (2022). Viscoelastic and thermal properties of styrene-modified fir wood. Polymers, 14(4), 786.
15.Żmuda, E., Wronka, A., Kowaluk, G., & Radomski, A. (2024). Effect of Styrene Polymerization on the Bondability of Beech and Alder Wood with Different Adhesives. Polymers. 16(1), 149.
16.Demirel, G. K., Temiz, A., Jebrane, M., Terziev, N., & Gezer, E. D. (2018). Micro-distribution, water absorption, and dimensional stability of wood treated with epoxidized plant oils. BioResources. 13(3), 5124-5138.
17.Li, W., Zhang, Z., Wang, X., Mei, C., Van Acker, J., & Van den Bulcke, J. (2021). Understanding the effect of growth ring orientation on the compressive strength perpendicular to the grain of thermally treated wood. Wood Science and Technology. 55, 1439-1456.
18.Terziev, N., & Panov, D. (2010). Plant oils as green substances for wood protection. Ecowood: Minimizing the environmental impact of the forest products industries. Porto, Portugal, Pp: 143-149.
19.Wu, G., Lang, Q., Chen, H., & Pu, J. (2012). Physical and chemical performance of eucalyptus wood with impregnated chemicals. BioResources. 7(1), 816-826.
20.Ibach, R. E., & Ellis, W. D. (2005). Handbook of Wood Chemistry and Wood Chapter15: Lumen Modification, USDA, Forest Service, Forest Products Laboratory, Madison, WI. ISBN 0-8493-1588-3, Pp: 421-446.
21.Lu, Y., & Larock, R. C. (2009) Novel polymeric materials from vegetable oils and vinyl monomers: preparation, properties and applications. ChemSusChem. 2, 136-147.
22.Gultekin, M. U., Beker Gu¨ner, F. S., Erciyes, A., & Yagci, Y. (2000). Styrenation of castor oil and linseed oil by macromer method. Macromolecular Materials and Engineering. 283, 15-20.
23.Jafari, A., & Omidvar, A. (2018). The effect of nano copper oxide on physical properties and leaching resistance of wood-Polystyrene polymer. J. of Wood and Forest Science and Technology. 5(1), 49-60.
24.Pelit, H., & Arısut, U. (2023). Roughness, Wettability, and Morphological Properties of Impregnated and Densified Wood Materials, Impregnated & densified wood, BioResources. 18(1), 429-446.
25.Che, W., Xiao, Z., Wang, Z., Nguyen, T. T., & Xie, Y. (2019). Enhanced weathering resistance of radiata pine wood by treatment with an aqueous styrene/acrylic acid copolymer dispersion. J. of Wood Chemistry and Technology. 10, 1-15.
26.Li, Y., Liu, Z., Dong, X., Fu, Y., & Liu, Y. (2013). Comparison of decay resistance of wood and wood polymer composite prepared by in- suit polymerization of monomers. International Biodeterioration & Biodegradation. 84, 401-406.
27.Ghorbani, M., Heydari, F., & Zabihzadeh, S. M. (2017). Effect of cell wall modification of styrene wood polymer with maleic anhydride and glycidyl methacrylate on thermal stability, mechanical behavior and biological resistance of composite. Iranian Journal of Wood and Paper Industries. 7(4), 601-614. [In Persian]
28.Yildiz, Ü. C., Yildiz, S., & Gezer, E. D. (2005). Mechanical properties and decay resistance of wood-polymer composites prepared from fast growing species in Turkey. Bioresource Technology. 96(9), 1003-1011.
29.Baar, J., Brabec, M., Slávik, R., & Čermák, P. (2021). Effect of hemp oil impregnation and thermal modification on European beech wood properties. European Journal of Wood and Wood Products. 79, 161-175.
30.Hejazi, S. J., Abedini, R., Ghorbani, M., & Dastoorian, F. (2025). Evaluating vegetable oil epoxidation efficiency on properties of eucalyptus wood: Thermal and thermo-chemical processing, BioResources. 20(2), 4450-4463.
31.Ghorbani Kookandeh, M., Kaki, R., & Omidvar, A. (2015). Effect of styrene and methyl methacrylate monomers on mechanical properties and decay resistance of beech (Fagus Orientalis). Forest and Wood Products. 68(1), 195-207. [In Persian]
پژوهش‌های علوم و فناوری چوب و جنگل
دوره 32، شماره 2
تیر 1404
صفحه 103-123

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار