مجله صنایع چوب و کاغذ ایران

مجله صنایع چوب و کاغذ ایران

امکان تولید قطعات چوبی به روش قالب گیری فشاری از طریق تیمار شیمیایی با پراکسید ‏هیدروژن و تیمار بخار گرمایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری
2 استادیار دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران
3 هیئت علمی گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران
4 ‏گروه تکنولوژی چوب و جنگل، دانشگاه لینه، سوئد‎.‎
5 دانشیار، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشگاه تهران
6 ‏دانش آموخته کارشناسی ارشد شیمی پلیمر دانشگاه اصفهان
10.22034/ijwp.2024.2024630.1649
چکیده
بیان مساله و اهداف: بیان مسئله و اهداف: فرآیند ساخت محصولات چوبی بر خلاف سایر مواد مانند فلز و پلاستیک چندان متنوع نبوده و با حجم زیادی از ضایعات و دور ریز همراه است. قالب‌گیری یکی از پرکاربردترین روش‌هایی است که تولید‌کنندگان محصولات فلزی و پلاستیکی از آن استفاده می‌کنند. قالب‌‌گیری در کنار راندمان و سرعت بالای تولید باعث دور ریز کمی شده و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد. در این میان استفاده از قالب‌گیری برای محصولات چوبی با توجه خواص فیزیکی چوب کمی دور از ذهن به نظر می‌رسد. چوب در اثر حرارت ذوب نمی‌شود و نمی‌توان آن را به راحتی داخل قالب شکل داد. هدف از این مطالعه، بررسی تولید انبوه قطعات چوبی با استفاده از روش قالب‌گیری فشاری و با استفاده از گونه چوب صنوبر است.
مواد و روشها: این پژوهش در چهار مرحله اصلی شامل: تیمار شیمیایی اولیه، تیمار بخار گرمایی، شکل‌دهی درون قالب و تیمار حرارتی نهایی به منظور تثبیت شکل انجام شد. از تیمار شیمیایی با پراکسید هیدروژن برای خروج نسبی لیگنین و نرم کردن اولیه بافت چوب استفاده شد. بدین منظور نمونه‌ها در دوره های زمانی مختلف با پراکسید هیدروژن با کمک خلاء و فشار اشباع شدند. سپس میزان خروج لیگنین با مطالعات میکروسکوپی و طیف سنجی مادون قرمز بررسی شد. در مرحله بعدی، برای افزایش انعطاف‌پذیری و قالب‌گیری آسان‌تر، نمونه‌های اشباع شده به مدت سه ساعت 333تحت تیمار بخار گرمایی در دمای ºC 180 قرار گرفتند. قالب به کار رفته در این تحقیق از نوع گرم با قابلیت کنترل دما بود که برای تولید محصول نهایی به شکل یک ظرف ‏کوچک طراحی شده بود. در این فرایند، دمای قالب ºC 180 سانتی‌گراد تنظیم شده بود. در مرحله نهایی پس از شکل‌گیری چوب، بمحصول شکل یافته به مدت دو ساعت دیگر در دمای ºC 180 داخل قالب باقی ماند تا ضمن خشک شدن، ابعاد آن تثبیت شود. در پایان برخی ویژگی‌های فیزیکی بدنه محصول شکل یافته مورد مطالعه قرار گرفت.
نتایج: نتایج به دست آمده تایید کرد، امکان تولید قطعات شکل یافته از چوب با استفاده از این روش وجود دارد. مطالعات میکروسکوپی نیز نشان داد، تیمار با پراکسید هیدروژن باعث خروج نسبی لیگنین از چوب می­شود. این نتایج با داده­های طیف سنجی مادون قرمز و گرماسنجی وزنی نیز تایید شد. دانسیته خشک چوب شاهد صنوبر g.cm-1 04/0 ± 41/0 بود که در اثر فرآوری دانسیته آن به g.cm-1 01/0 ± 57/0 افزایش یافت. جذب آب در نمونه‌های شکل­دهی شده طی دو ساعت اول غوطه­وری در آب سیار سریع بود اما پس از آن کاهش یافته و طی 144 ساعت بعدی تغییر چندانی نداشت. حداکثر میزان جذب آب این نمونه­ها پس از 6 روز غوطه‌‌وری در آب نسبت به نمونه شاهد 32 درصد کمتر بود. الگوی تغییرات واکشیدگی نمونه های بدست آمده از قطعات قالب­گیری شده نیز متفاوت از چوب شاهد صنوبر در جهت­های مختلف بود. حداکثر مقدار همکشیدگی عرضی نمونه‌های قالب‌گیری شده 3/19 درصد کمتر از چوب شاهد صنوبر بود. از طرفی تفاوت همکشیدگی در عرض و ضخامت نمونه‌های قالب‌گیری شده بسیار کمتر از نمونه شاهد بود.
نتیجه­ گیری: اگرچه نتایج این تحقیق برای تولید انبوه قطعات چوبی با روش قالب­گیری فشاری امیدبخش بود اما ترک­هایی بر روی محصول نهایی وجود دارد که برای برطرف کردن آنها نیاز به مطالعات بیشتری است. تیمار شیمیایی چوب با پراکسید هیدروژن و تیمار بخارگرمایی امکان نرم کردن بافت چوب و شکل‌گیری آن داخل قالب را مهیا می‌سازد. طبق نتایج این تحقیق می­توان از ضایعات چوبی کارخانه‌های چوب‌بری و مبلمان که به علت کوچکی امکان استفاده ندارند، برای تولید انبوه محصولات چوبی بدون نیاز به خرد کردن آنها استفاده کرد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Kamal, M. R., Isayev, A. I. and Liu, S. J. 2009. Injection Molding. Technology and Fundamentals. Munich Germany, 950 Pages. 
[2]  Reinprecht, L. 2016. Wood deterioration, protection, and maintenance. London: Wiley Blackwell. 384 Pages.
[3]  Fengel, D. and Wegener, G. 2011. Wood: chemistry, ultrastructure, reactions. Walter de ‎Gruyter, Walter de Gruyter, Berlin and New York. 618 Pages.
[4]  Li, W., Sun, N.,  Stoner, B.,  Jiang, X., Lu, X. and Rogers, R. D. 2011. Rapid dissolution of lignocellulosic biomass in ionic liquids using temperatures above the glass transition of lignin. Green Chemistry, 13 (8), pp. 2038–2047.
[5]  Blechschmidt, J., Engert, P. & Stephan, M. 1986. The glass transition of wood from the viewpoint of mechanical pulping. Wood Sci.Technol. 20, 263–272.
[6]  Ibach, R. 2021. Specialty treatments. Chapter 19 in FPL-GTR-282, 19-1.
[7]  Gašparík, M. and Barcík, Š., 2014. Effect of plasticizing by microwave heating on bending characteristics of beech wood. BioResources, 9(3), pp.4808-4820.
[8]  de Peres, M.L., de Ávila Delucis, R., Gatto, D.A. and Beltrame, R., 2016. Mechanical behavior of wood species softened by microwave heating prior to bending. European Journal of Wood and Wood Products, 74, pp.143-149.
[9]  Suleman, Y.H., 2015. Softening and bending of black poplar (Populus nigra L.) wood with chemicals. Tikrit Journal for Agricultural Sciences, 15(4), pp. 15-20.
[10]         Zhang, D., Zhang, A. and Xue, L., 2015. A review of preparation of binder less fiberboards and its self-bonding mechanism. Wood Science and Technology, 49, pp.661-679.
[11]         BARISKA, M. and SCHUERCH, C. 1977. Wood Softening and Forming with Ammonia. Wood Technology: Chemical Aspects, 21, 326-347pp.
[12]         Zhao, C., Qiao, X., Shao, Q., Hassan, M., Ma, Z. and Yao, L., 2020. Synergistic effect of hydrogen peroxide and ammonia on lignin. Industrial Crops and Products, 146, p.112177.
[13]         Lucas, M., Hanson, S.K., Wagner, G.L., Kimball, D.B. and Rector, K.D., 2012. Evidence for room temperature delignification of wood using hydrogen peroxide and manganese acetate as a catalyst. Bioresource technology, 119, pp.174-180.
[14]         Sandberg, D., Haller, P. and Navi, P., 2013. Thermo-hydro and thermo-hydro-mechanical wood processing: An opportunity for future environmentally friendly wood products. Wood Material Science & Engineering, 8(1), pp.64-88.
[15]         Navi, P. and Heger, F., 2004. Combined densification and thermo-hydro-mechanical processing of wood. MRS bulletin, 29(5), pp.332-336.
[16]         Bari, E., Karim, M., Oladi, R., Tajick Ghanbary, M.A., Ghodskhah Daryaei, M., Schmidt, O., Benz, J.P. and Emaminasab, M., 2017. A comparison between decay patterns of the white‐rot fungus Pleurotus ostreatus in chestnut–leaved oak (Quercus castaneifolia) shows predominantly simultaneous attack both in vivo and in vitro. Forest Pathology, 47(4), p.e12338.
[17]         Smith, J.M., Van Ness, H.C., Abbott, M.M. and Swihart, M.T., 2018. Introduction to chemical engineering thermodynamics. Singapore: McGraw-Hill.
[18]         Oladi, R., Pourtahmasi, K., Eckstein, D. and Brauning, A., 2010. Study of xylem lignification in oriental beech (Fagus orientalis Lipsky) along an altitudinal gradient. Iranian Journal of Natural Resources, 63(3), pp.215-227.
[19]         Peters, F.B. and Rapp, A.O., 2022. Wavelength-dependent photodegradation of wood and its effects on fluorescence. Holzforschung, 76(1), pp.60-67.
[20]         Zhuang, J., Li, M., Pu, Y., Ragauskas, A.J. and Yoo, C.G., 2020. Observation of potential contaminants in processed biomass using fourier transform infrared spectroscopy. Applied Sciences, 10(12), p.4345.
[21]         Gupta, B.S., Jelle, B.P. and Gao, T., 2015. Wood facade materials ageing analysis by FTIR spectroscopy. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Construction Materials, 168(5), pp.219-231.
[22]         Ganne-Chédeville, C., Jääskeläinen, A.S., Froidevaux, J., Hughes, M. and Navi, P., 2012. Natural and artificial ageing of spruce wood as observed by FTIR-ATR and UVRR spectroscopy.
 
[23]         Xiong, X.Q., Bao, Y.L., Liu, H., Zhu, Q., Lu, R. and Miyakoshi, T., 2019. Study on mechanical and electrical properties of cellulose nanofibrils/graphene-modified natural rubber. Materials Chemistry and Physics, 223, pp.535-541.
[24]         Wójciak, A., Kasprzyk, H., Sikorska, E., Khmelinskii, I., Krawczyk, A., Oliveira, A.S., Ferreira, L.F. and Sikorski, M., 2010. Changes in chromophoric composition of high-yield mechanical pulps due to hydrogen peroxide bleaching under acidic and alkaline conditions. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 215(2-3), pp.157-163.
[25]         Moosavi Nejad, S.M., Madhoushi, M., Rasouli, D. and Vakili, M., 2017. Nondestructive evaluation of wood chemical compounds used in Gorgan historical building via FT-IR spectroscopy. Journal of Wood and Forest Science and Technology, 23 (1), pp.313-328.
[26]         Popović, J., Svrzić, S., Gajić, M., Maletić, S., Dodevski, V., Djiporović-Momčilović, M., Krstić, S. and Popović, M., 2022. Light transmittance of mahogany wood treated with 20% hydrogen peroxide solution. BioResources, 17(4), p.5919.
[27]         Sebio-Punal, T., Naya, S., López-Beceiro, J., Tarrío-Saavedra, J. and Artiaga, R., 2012. Thermogravimetric analysis of wood, holocellulose, and lignin from five wood species. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 109(3), pp.1163-1167.
[28]         Slopiecka, K., Bartocci, P. and Fantozzi, F., 2012. Thermogravimetric analysis and kinetic study of poplar wood pyrolysis. Applied Energy, 97, pp.491-497.
[29]         Baysal, E., Deveci, I., Turkoglu, T. and Toker, H., 2017. Thermal analysis of oriental beech sawdust treated with some commercial wood preservatives. Maderas. Ciencia y tecnología, 19(3), pp.329-338.
[30]         Nurazzi, N., Asyraf, M.R.M., Rayung, M., Norrrahim, M.N.F., Shazleen, S.S., Rani, M.S.A., Shafi, A.R., Aisyah, H.A., Radzi, M.H.M., Sabaruddin, F.A. and Ilyas, R.A., 2021. Thermogravimetric analysis properties of cellulosic natural fiber polymer composites: A review on influence of chemical treatments. Polymers, 13(16), p.2710.