اثر اصلاح دیواره‌ای چوب‌پلیمر استایرن با مالئیک‌انیدرید و گلیسیدیل‌متاکریلات بر پایداری حرارتی، رفتار مکانیکی و مقاومت زیستی فرآورده

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه مهندسی چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد گروه مهندسی چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

3 دانشیار گروه مهندسی چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری ، ایران

چکیده

در تحقیق حاضر اثر اصلاح مالئیک‌انیدرید و گلیسیدیل‌متاکریلات بر پایداری حرارتی، رفتار مکانیکی و مقاومت زیستی چوب‌پلیمر گونه ممرز حاوی مونومر استایرن بررسی شد. اشباع به روش خلاء- فشار در سیلندر آزمایشگاهی انجام شد. جهت انجام واکنش با مالئیک‌انیدرید، نمونه‌ها به مدت 4 ساعت تحت دمای C˚120 قرار داده‌شدند. در سطح حاوی مونومر استایرن پس از اشباع نمونه‌ها، پلیمر شدن به مدت 24 ساعت، تحت دمای C˚90 و متعاقباَ برای همین زمان، تحت دمای C˚2±103 انجام گرفت. حجیم‌شدگی چوب اصلاح‌شده با مالئیک‌انیدرید، حضور استایرن در حفرات سلولی، و برهمکنش پلیمر با دیواره متعاقب اصلاح با مالئیک‌انیدرید و گلیسیدیل‌متاکریلات به وسیله تصاویر میکروسکوپ الکترونی تائید شد. تشکیل ساختار شبکه‌ای متعاقب واکنش استایرن، گلیسیدیل‌متاکریلات و مالئیک‌انیدرید با چوب به بهبود پایداری حرارتی فرآورده حاصل انجامید. افزایش وزن ناشی از اصلاح از 69/24 درصد در نمونه‌های حاوی استایرن به 83/42 و 42/44 درصد به ترتیب در نمونه‌های مالئیک‌انیدرید/استایرن و مالئیک انیدرید/استایرن/گلیسیدیل‌متاکریلات افزایش یافت. کمترین تخلخل نیز در سطح مالئیک‌انیدرید/استایرن/گلیسیدیل‌متاکریلات، 21 درصد بود. خواص مکانیکی در سطح مالئیک‌انیدرید/ استایرن/گلیسیدیل‌متاکریلات، نسبت به سطح شاهد، بیشترین بهبود را نشان دادند. مالئیک‌انیدرید با پیوند دوگانه و گروه کربوکسیلات واکنش‌پذیری بالایی با چوب و پلیمر نشان داد. همچنین، مونومر دو عاملی گلیسیدیل‌متاکریلات طی واکنش با گروه‌های هیدروکسیل یا مالئیک‌انیدرید و مونومر استایرن، به بهبود چسبندگی پلیمر به دیواره‌سلولی انجامید. بهبود معنی‌دار خواص مکانیکی سطوح اصلاح‌شده را می‌توان به برهمکنش کمپلکس پلیمر با دیواره‌های سلولی اصلاح‌شده و توزیع یکنواخت پلیمر در حفرات سلولی نسبت داد. اصلاح دیواره با مالئیک‌انیدرید و حضور گلیسیدیل‌متاکریلات از طریق کاهش و مسدود شدن گروه‌های هیدروکسیل، تغییر ساختار هلوسلولز، و حضور پلیمر به عنوان یک مانع فیزیکی سخت در چوب، از توسعه میسیلیوم‌های قارچ جلوگیری نموده‌است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Moheby, B., 2003. Modification of wood and lignocellulosic materials and their technology, National Conference of processing and cellulosic materials usage, 1-2 October. Rezvanshahr, 205-214. (In Persian).

[2] Jahantigh, H., Omidvar, A. and Khazaian, A., 2013. Distribution of Polymer in environmentally friendly modified wood. In: The first national conference of protection and planning of environment. Iran, Hamedan, Feb. 21:1-6. (In Persian).

[3] Bavaneghi, F., Ghorbani, M. and Kargarfard, A, 2012. Effects of acetylation and press time on heat transfer in particleboardmat from Hornbeam wood (Carpinus betulus). Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 27 (3): 510-521. (In Persian).

[4] Jani, M., Rozman, D. and Rahim, S., 2007. Rubber wood-polymer composites: the effect of chemical impregnation on the mechanical and physical properties. Malaysian Polymer Journal, 2(2): 1-11.

[5] Schnieder M.H.,1994. Wood- polymer composites. Wood Fiber Science, 26(1): 142-151.

[6] Li, Y., Dong, X., Lu, Z., Jia, W. and Liu, Y., 2013. Effect of polymer in situ synthesized from methyl methacrylate and styrene on the morphology, thermal behavior, and durability of wood. Journal of Applied Polymer Science, 128(1):13- 20.

[7] Kaki, R., Ghorbani, M. and Omidvar, A., 2014. Effect of styrene and methyl methacrylate monomers on mechanical properties and decay resistance of beech (Fagus Orientalis). Journal of Forest and Wood Products, 68(1):195-207. (In Persian).

[8] Omidvar, A., 2009. Wood polymer composite, 1th Ed., Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources press, Gorgan, 127 p. (In Persian).

[9] Saiful Islam, Md., Hamdan, S., Rezaur Rahman, Md., Jusoh I. and Ahmed A.S., 2011. The effect of crosslinker on mechanical and morphological properties of tropical wood material composites. Materials and Design, 32(4): 2221- 2227.

[10] Li, Y., Liu, Y.X., Wang, X.M, Liu, Q, Yu, H.P. and Li, J., 2011. Wood–Polymer Composites Prepared by the In Situ Polymerization of Monomers within Wood. Journal of Applied Polymer Science, 119: 3207–3216.

[11] Nikkhah Shahmizadi, A., Ghorbani, M. and Amininasab, S.M., 2015. Investigation on the mechanical and decay resistance properties of wood modified with maleic anhydride and methyl metacrylate. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 30(3): 491-502. (In Persian).

[12] Li, Y., Meng, X., Li, J. and Liu, Y., 2010. Performance of wood-polymer composite prepared by in-situ polymerization of styrene. Applied Mechanics and Materials Vols, 26(28): 181-185.

[13] Devi, R.R. and Maji, T.K., 2002. Studies of properties of rubber wood with impregnation of polymer. Bulletin of Materials Science, 25(6): 527- 531.

[14] Standard test method for small clear specimens of timber. Designation, West Conshohocken, American Society for Testing and Materials, ASTM- D143 Standard, 1994.

[15] Wood preservatives. Method of test for determining the protective effectiveness against wood destroying basidiomycetes – Determination of the toxic values. Beuth Verlag GmbH, Berlin, European standards, EN 113, 1996.

[16] Devi, RR and Maij, T.K., 2006. Effect of chemical modification with styrene and glycidyl methacrylate on the properties of the pinewood. Indian Journal of Engineering & Material Sciences, 13: 149-154.

[17] Li, Y., Liu, Y.X., Wang, X.M, Liu, Q, Yu, H.P. and Li, J., 2011. Wood–Polymer Composites Prepared by the In Situ Polymerization of Monomers within Wood. Journal of Applied Polymer Science, 119: 3207–3216.

[18] Schnieder, M.H., Brebner, K.I. and Hartley, I.D., 1991. Swelling of a cell- lumen filled and wall bulked wood- polymer composite in water. Wood and Fiber Science, 23(2): 165-172.

[19] Hill, C.A.S., 2006. Wood modification: Chemical, Thermal and Other Processes. Wiley Series in Renewable Resources. Wiley and Sons: Chichester, Sussex, UK, 260p.

[20] Bodirlau, R., Teaca, C.A. and Spiridon, I., 2008. Chemical modification of beech wood: effect on thermal. Bioresources, 3(3): 789-800.

[21] Devi R.R. and Maji T.K., 2012. Chemical modification of simul wood with styrene- acrylonitrile copolymer and organically modified nanoclay. Wood science technology. 46: 299-315.

[22] Devi, R.R. and Maji, T.K., 2007. Effect of glycidyl methacrylate on the physical properties of wood–polymer composites. Polymer Composites, 28(1): 1-5.

[23] Dong, X., Li, Y., Fu, Y., Gao, J. and Liu, Y., 2012. Characterization and durability of wood- polymer composites prepared by in- situ polymerization of methyl methacrylate and styrene. Scientific Research and Essays , 7(24): 2143- 2149.

[24] Yildiz, ÜC., Yildiz, S. and 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.

[25] Lawniczak, V.M., 1973. Effect of moisture content changes on the strength of polystyrene modified wood. Holzforschung, 25(2): 38–43.

[26] Rozman, H.D., Kumar, R.N., Abdul Khalil, H.P.S., Abusamah, A., Lim, P.P. and Ismail, H., 1997. Preparation and properties of oil palm frond composite on methacrylic silane and glycidyl methacrylate. European Polymer Journal, 33(3): 225- 230.

[27] Rozman, H.D., Banks, W.B. and Lawther, M.L., 1994. Improvement of fiberboard properties through fiber activation and subsequent copolymerization with vinyl monomer. Journal of Applied Polymer Science, 54(2): 191- 200.

[28] Hill, C.A.S., Hale, M.D., Ormondroyd, G.A., Kwon, J.H. and Forster, S.C., 2006. Decay resistance of anhydride-modified Corsican pine sapwood exposed to the brown rot fungus Coniophora puteana. Holzforschung, 60: 625-629.