اثر اصلاح ترکیبی نانو نقره-گرمآبی بر زمان پرس و خواص کاربردی تخته خرده چوب
در این تحقیق اثر اصلاح ترکیبی نانونقره کلوئیدی-گرمآبی بر انتقال حرارت از صفحات پرس گرم به مغز کیک خردهچوب گونهی راش (Fagus orientalis)، خواص فیزیکی و مکانیکی تخته خرده چوب و تغییرات شیمیایی خردهچوبهای تیمار شده از طریق طیفسنجی FTIR بررسی شد. تیمار در 4 گروه شاهد، گرمآبی، نانو و نانو-گرمآبی انجام گردید. البته تیمار گرمآبی و نانو-گرمآبی در دو سطح حرارت 150 و 170 درجه سانتیگراد و دو سطح زمان 30 و 45 دقیقه انجام شد. در مجموع 10 سطح تیمار بهدستآمد. نانونقره کلوئیدی با غلظت ppm100 تهیهشد. مقاومتهای مکانیکی تختهها شامل مدولگسیختگی، مدولالاستیسیته و چسبندگی داخلی طبق استاندارد DIN-68763 و خواص فیزیکی تختهها شامل جذب آب و واکشیدگی ضخامت پس از 2 و 24 ساعت غوطهوری در آب طبق استاندارد EN-317 اندازهگیری شدند. بهمنظور بررسی اثر نانوذرات نقره بر انتقال حرارت تختههایی با زمان پرس 5 دقیقه ساختهشد و دما در لایه میانی کیک خردهچوب در هر 30 ثانیه توسط ترموکوپل ثبت گردید. تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM) حضور، سایز و پراکنش مناسب نانو ذرات کلوئیدی نقره در خردهچوب را به وضوح ثابت کردهاست. نتایج طیف سنجی FTIR شکست گروههای استیل همیسلولزها و کاهش مناطق آبدوست خردهچوبها اصلاح شده به روش گرمآبی و نانو-گرمآبی رانشان میدهد. اصلاح ترکیبی نانو-گرمآبی سرعت انتقال حرارت به لایههای میانی کیک را تسریع کرد. تیمار نانو-گرمآبی در دمای بالای (170 درجهسانتیگراد) و نیز در دقایق انتهایی پرس نسبت به نمونههای شاهد و گرمآبی بهبود انتقال حرارت معنیداری نشانداد. همچنین تختههای حاوی نانونقره نسبت به تمام سطوح تیمار در زمان کمتری (92 ثانیه) به دمای 100 درجهسانتیگراد رسید. نتایج نشاندادند تیمار نانو-گرمآبی منجر به کاهش مدولگسیختگی و چسبندگی داخلی، افزایش مدولالاستیسیته، کاهش جذب آب و بهبود واکشیدگی ضخامت تختهها گردید. بیشترین بهبود در خواص فیزیکی در تختههای ساختهشده با خردههای چوب تیمار شده به روش نانو-گرمآبی در دمای 170 درجه سانتیگراد و بهمدت 45 دقیقه مشاهدهشد. با افزایش دما و زمان تیمار، کاهش MOR و بهبود MOE محسوستر شد، اما با افزایش زمان تیمار در یک سطح دمایی IB کاهش بیشتری نشانداد. همچنین کلیه خواص فیزیکی و مکانیکی تختههای ساختهشده با خردهچوبهای اشباعشده با نانو نسبت به شاهد بیشتر بود.
کلمات کلیدی: نانونقره کلوئیدی-گرمآبی، تختهخردهچوب، انتقال حرارت، خواص فیزیکی و مکانیکی
فهرست مطالب
فصل اول: مقدمه و کلیات
1-1- مقدمه.....................................................................................11
1-2- فرضیات پژوهش.....................................13
1-3- اهداف پژوهش......................14
1-4- کلیات.......................................................14
1-4-1- راش..............................................14
1-4-2- تختهخردهچوب......................................................15
1-4-3- اصلاح چوب..............................................16
1-4-3-1- اصلاح حرارتی........................................16
1-4-3-2- تیمار گرمآبی.................................17
1-5- فناوری نانو.............................18
1-5-1- نانو ذرات............................18
1-5-1-1- فرآیندهای تولید نانو ذرات......................................................19
1-5-1-2- نانو نقره.................................20
1-5-2- انتقال حرارت نانو ذرات فلزی.......................................................20
1-6- کلوئیدها..................................................................................21
1-7- میکروسکوپ الکترونی (SEM)................................................................................22
فصل دوم: پیشینه تحقیق
3-1- اثر تیمار گرمایی بر خواص کاربردی چوب و فرآوردههای آن....................................24
3-1-1- خواص فیزیکی..........................................................24
3-1-2- خواص مکانیکی...................................................26
3-2- اثر نانوذرات فلزی بر خواص کاربردی چوب و فرآوردههای آن.........................................30
3-2-1- اثر نانوذرات فلزی بر هدایت حرارتی.........................................................30
3-2-2- خواص فیزیکی...........................................................................................32
3-2-3- خواص مکانیکی..........................................................................................
فصل سوم: مواد و روشها
3-1- عوامل متغیر..............................................................................................40
3-2- عوامل ثابت.......................................................................40
3-3- تهیه مواد اولیه...................................................................41
3-3-1- تهیه خردهچوب......................................................................41
3-3-2- تهیه مواد شیمیایی.......................................................................41
3-3-3- تهیه چسب مصرفی....................................................................................................42
3-4-1- نانو نقره کلوئیدی......................................................42
3-5- فرآیند اصلاح...................................................................42
3-5-1 تیمار نانونقره...............................................43
3-5-2- تیمار گرمآبی و نانو-گرمآبی.................................................43
3-6- طیف سنجی مادون قرمز (FT-IR).......................................44
3-7- میکروسکوپ الکترونی (SEM)................................44
3-8- ساخت تخته و ثبت دما در ضخامت کیک ...........................................45
3-9- تهیه نمونههای آزمونی...........................................45
3-10- اندازهگیری خواص فیزیکی تختهها................................46
3-10-1- محاسبه تغییرات وزن و میزان ماندگاری نانو روی خردهچوب راش........46
3-10-2- محاسبه واکشیدگی ضخامت و جذب آب.................................................................................................................................47
3-11- اندازهگیری خواص مکانیکی...................................................................................47
3-11-1- خواص خمشی.........................47
3-11-1-1- مدولگسیختگی (MOR).................................47
3-11-1-2- مدولالاستیسیته (MOE)................................................48
3-11-2- چسبندگیداخلی (IB)......................48
3-12- تحلیل آماری......................48
فصل چهارم: نتایج
4-1- شناسایی و بررسی ساختاری خردهچوب (SEM و EDS)........................................................................................................50
4-2- طیف سنجی مادون قرمز (FTIR).................................53
4-3- اثر اصلاح ترکیبی نانو-گرمآبی بر روند انتقال حرارت...................55
4-4- خواص فیزیکی..............................57
4-4-1- تغییرات وزن خردهچوب راش............................................58
4-4-2- جذب آب.......................................58
4-4-3- واکشیدگی ضخامت................................................60
4-5- خواص مکانیکی...............................61
4-5- 1- خواص خمشی.............................................61
4-5-1-1- مدول گسیختگی.................................61
4-5-1-2- مدولالاستیسیته..................................62
4-5-2- مقاومت چسبندگی داخلی.................................................63
فصل پنجم: بحث و نتیجهگیری
5-1- نوآوری روش..............................................................................66
5-1- تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM و EDS)......................................67
5-2- طیفسنجی FTIR....................................67
5-3- انتقال حرارت..............68
5-4- خواص فیزیکی...........................70
5-5- خواص مکانیکی...........72
5-5-1- خواصخمشی.........................72
5-5-1-1- مدول گسیختگی............72
5-5-1-2- مدولالاستیسیته..................73
5-5-2- چسبندگی داخلی.................................74
نتیجهگیری.....................................75
پیشنهادات.................................................76
منابع..............................................78
چکیده انگلیسی............................86
فهرست شکلها
شکل 3-1- نانو نقره تولید شده...................44
شکل 3-2- دستگاه اشباع مجهز به المنت حرارتی........................45
شکل 3-3- نمایی از دستگاه میکروسکوپ الکترونی (SEM) واقع در آزمایشگاه رضایی.......................46
شکل 4-1- تصویر SEM محلول کلوئیدی نانونقره تولید شده...................................52
شکل 4-2- تصویر SEM خردهچوب اشباع شده با نانو ذرات نقره.................................53
شکل 4-3- تصویر SEM خردهچوب شاهد................................53
شکل 4-4- طیف EDS خردهچوب اشباعشده با نانو...................54
شکل 4-5- طیفهای FTIR نمونههای تیمار شده و شاهد...............56
شکل 4-6- طیفهای FTIR نمونههای تیمار شده و شاهد...........................56
شکل 4-7- زمان رسیدن دما به 100 درجه سانتیگراد در تیمارهای مختلف.......58
شکل4-8- حداکثر دمای ثبت شدهی مغز کیک در سطوح مختلف تیمار......................59
شکل 4-9- میانگین جذب آب پس از 2 ساعت غوطهوری................................61
شکل 4-10- میانگین جذب آب پس از 24 ساعت غوطهوری..................................61
شکل 4-11- میانگین واکشیدگی ضخامت پس از 2 ساعت غوطهوری...........................62
شکل 4-12- میانگین واکشیدگی ضخامت پس از 24 ساعت غوطهوری..........................63
شکل4-13- اثر سطوح مختلف تیمار بر مدول گسیختگی...............................54
شکل 4-14- اثر سطوح مختلف تیمار بر مدول الاستیسیته..............................65
شکل 4-15- اثر سطوح مختلف تیمار بر مقاومت چسبندگی داخلی.....................................66
فهرست جدولها
جدول 3-1- مشخصات فنی چسب مورد استفاده..........33
جدول3-2- ابعاد و تعداد نمونههای آزمونی در هر تکرار و تیمار...................................37
جدول4-1- نتایج کمی طیف EDS...............................54
جدول 4-2- اثر تیمارهای مختلف بر انتقال حرارت طی فرآیند پرس گرم....................57
جدول 4-3- اثر تیمار نانو، گرمآبی و نانو-گرمآبی بر تغییرات وزن.....................60