تولید تخته­ فیبر از کاه گندم بدون استفاده از رزین

مقدمه

تولید MDF با استفاده از ماده چوبی، مخصوصاً سوزنی برگان، پهن برگان و مخلوطی از گونه های چوبی مختلف صورت می گیرد. به هر حال، کمبود چوب، مقررات مربوط به جنگل ها و موضوع کاهش هزینه های مربوط به استفاده از مواد نان- وود، سازندگان تخته فیبر را در سرتاسر جهان تشویق به مطالعه منابع دائمی فیبرهای لیگنو سلولزی می کند. این مطالعه در مورد کاه گندم که یک ماده  کشاورزی زاید است، می باشد.

فرآیند مربوط به کاه گندم متفاوت از آن چیزی است که در مورد چوب در مرحله نخست فرآیند تولید MDF صورت می گیرد:

 برداشت و بسته بندی کاه گندم که همراه با کاهش اندازه (خرد شدن) می باشد، آسیاب چکشی، الک کردن و مرطوب کردن قبل از دفیبراتور (فرآیند جداسازی الیاف). مراحل بعدی فرآیند، مشابه با سیستم هایی بر اساس چوب و افزودن رزین است. شامل: خشک کردن ذرات، فرمینگ، پیش پرس و سرانجام پرس گرم.

در طول پرس گرم، رزین شیمیایی (چسب) باعث افزایش چسبیدن فیبرها به هم می گردد تا یک ماده کامپوزیت شکل بگیرد. برای چندین دهه چسب ها برای تولید MDF و HDF استفاده می شد که رزین هایی با اساس فرمالدئید مثل اوره­فرمالدئید، اوره­ملامین­فرمالدئید و فنل­فرمالدئید بودند. مقدار زیاد فرمالدئید مصرفی باعث افزایش سرطان ها در جهان شده که این نیاز به استفاده بیشتر از مواد شیمیایی دوستدار طبیعت را آشکار می کند.

حذف رزین شیمیایی از فرآیند تولید MDF و کاهش خواص مکانیکی و کیفی پانل های تولیدی یک چالش بزرگ است و نیز چسبندگی بین فیبرها بدون شک کاهش می یابد. به هر حال، یک روش ممکن برای بهبود چسبندگی، فعال کردن شیمیایی سطوح فیبرها با اکسیداسیون است.

چسبندگی مابین فیبرها در طول پرس گرم به وسیله فعال شدن اجزایی که از مواد لیگنو سلولزی هستند، گسترش می یابد (بک، 1991؛ بواجیلا و همکاران، 2005).

پارافین یا امولسیون موم به مقدار کمی (1- 5/0 درصد) برای دادن خاصیت     ضد آب به MDF ، افزوده می شود. تخته فیبرهای ساخته شده با استفاده از گیاهان یک ساله و ضایعات کشاورزی، خواص مقاومت به آب بدتری نسبت به چوب دارند (ساتر، 1996؛ مارکسینی و همکاران، 1997؛ هان، 2001؛ مانتانیس و برنز، 2001؛ واسیلی، 2001؛ یی 2007).

روش دیگر برای بهبود خواص ضد آب فیبر، افزودن مقدار کمی نمک های دو یا سه ظرفیتی می باشد (وستین و همکاران، 2001).

بیشترین نوع نمک مورد استفاده در صنعت کاغذسازی، سولفات آلومینیوم است. زیر اسیدیته 9، کاتیون ها جذب فیبرها می شوند که به وسیله واکنش الکترو استاتیک با گروه های کربوکسیل در ماده لیگنو سلولزی فیبرها می باشد. واکنش های الکترو استاتیک از ذرات کوچک یا کلوئیدی روی سطوح فیبر نتیجه می شوند. خواص سطحی فیبرها (اوهمان و واگبرگ، 1997؛ کاتو و همکاران، 2000).

طبق گزارش ها، بعد از افزودن 2CaCl ، مقاومت به واکشیدگی تخته فیبرهایی با اساس چوب، بهبود می یابد (وستین و همکاران، 2001؛ ویدستن 2002).

تخته فیبرهایی با اساس چوب بدون رزین های شیمیایی برای 80 سال است که تولید می شوند.

یکی از روش های فرآیند این دسته از تخته فیبرها، فرآیند تر می باشد. به طور کلی به نام فرآیند مازونیت شناخته می شود (مازون 1927).

در فرآیند تر، فیبرهای چوب به وسیله یک بخار انفجاری و  واکنش های شیمیایی تولید می شوند. در طول پرس گرم، خود چسبندگی فیبرها و نرم شدن لیگنین به شکل گیری تخته فیبر با عملکرد بالا ختم می شود.

نقاط ضعف این نوع تخته فیبر (تخته فیبر سخت) فرآیندی شامل مصرف آب بالا، تخته هایی تیره رنگ و زمان پرس نسبتاً طولانی می باشد. امروزه تخته فیبر سخت در یک فرآیند خشک خیلی مشابه با فرآیند MDF ساخته شده و معمولاً در آن از چسب نیز استفاده می شود. یک سری از مقالات چسب کمتر و خود چسبندگی خمیر تولیدی با استفاده از بخار انفجاری یا فرآیندهای ترمومکانیکی را بررسی می کنند (سوزوکی و همکاران، 1998؛ آنجل و همکاران، 1999؛ ولاسکوئز و همکاران، 2003).

لیکور سولفیت به وسیله پروکسید هیدروژن فعال شده و مثل یک چسب در تخته خرده چوب عمل می کند (پیزی، 1983).

به هر حال، نتایج آن ها به سختی دارای همبستگی با مطالعه حاضر است. برای اینکه تفاوت در فرآیند استفاده از مواد خام و در افزودنی های شیمیایی وجود دارد. چسبندگی ایجادی در تخته فیبر کاهی حاصل یک واکنش اکسیدی است. فعالیت اکسیدی سطح فیبر و اجزا تنزل یافته مولکولی، چسبندگی شیمیایی مابین فیبرهای فعال شده در طول پرس گرم را خلق می نماید.

شکل گیری پیوندهای کووالانسی مابین پلیمرهای لیگنو سلولزی نتیجه می شود که قوی تر از پیوندهای هیدروژنی می باشند (بک، 1991).

در این مطالعه، شناساگر فنتون داخل فرآیند دفیبراسیون عمل می کند و با تجزیه پروکسید هیدروژن موجب بهبود واکنش پذیری فیبرها می شود (ویدستن، 2002).

تجزیه پروکسید هیدروژن به  وسیله واکنش کاتالیزوری یون های فروس، چندین نوع رادیکال های واکنش پذیر تولید کرد، که در فرمول نشان داده است:  

رادیکال های هیدروکسیل خلق شده به واکنش و حمله به لیگنین و کربوهیدراتها ادامه می­دهند. نتیجه آن، فعال شدن اجزای لیگنو سلولزی است که در فرمول F نشان داده شده است. شکاف حلقه های پلیمر و اکسیداسیون اجزا نتیجه ای از تجزیه مولکولی است:

 شاید مهم ترین موضوع واکنش، تجزیه پروکسید هیدروژن و شکل گیری گاز اکسیژن است که در فرمول (g) نشان داده شده است. پروکسید هیدروژن می تواند به طور دائمی در محلول های آبی تجزیه شده و سرعت تجزیه می تواند تماس با سطوح معدنی را تسریع بخشد

 

فیبرهای سلولزی علاوه بر اکسیده شدن سطحشان، لایه های سلولی آن ها شکافته شده، در فضاهای مابین دیواره های سلولی فیبر واکنش روی می­دهد. چسبندگی مابین فیبرهای مجاور برای این نوع از واکنش داخلی فیبرها پائین است. به هرحال، اتصالات عرضی فیبرها مقاومت تخته فیبرهای پایانی را به آب و واکشیدگی بهبود بخشیده و پایداری ابعادی فیبرها را بهبود می بخشد (بک، 1991).

اجزای تجزیه شده از توده مولکولی بزرگتر ممکن است به سختی به دیواره سلولی نفوذ کنند که به علت محدودیت در اندازه منافذ است. اجزای ماکرو مولکول تجزیه شده لیگنو سلولزی غالباً روی سطوح فیبر جذب شده و شاید در چسبندگی داخلی فیبرها سهیم هستند (بک، 1987).

هدف از این مطالعه، ارزیابی یک منبع نان- وود (کاه گندم) و یک سیستم با ماده چسبنده کم برای تولید تخته فیبر متناسب با محیط زیست و بر اساس مسائل اقتصادی بود. به جای رزین های تجاری، شناساگر فنتون و پروکسید هیدروژن در فرآیند دفیبراسیون استفاده می شوند که به تولید گروه های فعال در ماده کاه گندم می پردازند و چسبیدن فیبر و اتصالات عرضی در طول پرس گرم را بهبود می بخشند.

 

2. مواد و روش ها

1-2. کاه گندم

کاه گندم در ایالت آپسالای سوئد برداشت شده بود. کاه گندم با طول 30 سانتی متر بریده شده بود. در دشت خشک شد و سرانجام بسته بندی شد. میزان رطوبت بسته های کاه نزدیک به 15% بود.

کاه به اندازه های 50-25 میلی متر خرد شدند. بعد از اینکه در یک آسیاب چکشی با انرژی پائین قرار گرفت و طی فرآیند غربال، ذرات خیلی کوچک کاه خارج  گردید. کاهش اندازه، آسیاب چکشی کردن و خروج ذرات ریز توسط امکانات فوردر آنلاگن در کرشتن اتریش انجام گرفت.

 

2-2. مواد افزودنی

آزمایشات با استفاده از پروکسید هیدروژن خالص (آزمایشگاه ساندس وال، سوئد) با غلظت 35% انجام گرفت. پروکسید هیدروژن رقیق شد و به واکنش اضافه گردید تا سطح فیبر را فعال نماید. واکنش پروکسید هیدروژن به وسیله یون های فلزی و فروس سولفات کاتالیز می شود.

کاه گندم خرد شده پیش تیمار می شود تا رطوبت و دمای آن افزایش و PH کاهش یابد.

اسید سولفوریک رقیق (10%) به آب گرم، بخار و کاه گندم اضافه می شود. یک محلول کلرید کلسیم آبدار اضافه می شود که آبدوستی سطوح فیبرها را کاهش داده و خواص ضد آب تخته فیبرهای نهایی را بهبود می بخشد.

MDF های مرجع (شاهد) در دانسیته بالاتر از 3kg/m 800 و از کاه گندم ساخته می شوند و رزین اوره ملامین فرمالدئید تجاری فراهم شده به وسیله Dynea (11G23) برای ساخت آن ها استفاده می شود. کلرید آمونیوم به عنوان یک هاردنر و به میزان 1% به رزین UMF اضافه می شود و هگزا متیلن تترامین به میزان 2/0% به عنوان یک ماده کندسوز کننده افزوده می شود.

میزان رزین اضافه شده 14% وزن خشک بود. امولسیون موم توسط اموتچ سوئد (موم چوب B 100) فراهم شد و به فیبر افزوده شد تا خواص ضد آب تخته را افزایش دهد.

3-2. آزمایش

طرح شبه صنعتی تولید تخته فیبر با کاه گندم شامل هفت مرحله اصلی می باشد (جدول 1).

به جز استفاده از پروکسید هیدروژن، این فرآیندها خیلی مشابه MDF و HDF تولید شده از کاه گندم در دانشگاه مید سوئد است (هالوارسون و همکاران، 2008).

مواد شیمیایی مثل پروکسید هیدروژن و واکنشگرها و کلرید کلسیم به سیستم دفیبراتور اضافه می شوند که به جای استفاده از مواد چسبی مثل رزین MUF است.

 

1-3-2. کار آزمایشگاهی

کار آزمایشگاهی و فرآیند در 2 روز انجام گرفت. بخار، آب گرم و اسید سولفوریک در پیش تیمار به کاه گندم خرد شده اضافه شدند. این پیش تیمار یک روز قبل از پالایش الیاف و پرس انجام گرفت. پالایش، فرمینگ و پرس فیبرها طبق 4 طرح آزمایشی صورت گرفت که با علائم RA ، RB و RC نشان داده شدند (جدول 2).

در طرح آزمایشی RD فقط فیبرهایی برای ارزیابی خواب تخته بدون اضافه سازی مواد شیمیایی در طول ریفاینر کردن، ساخته شد. MDF و HDF مرجع (شاهد) در طرح آزمایشی RE در یک مقاله دیگر (هالوارسون و همکاران، 2008) مورد بررسی قرار گرفت.

2-3-2. پیش تیمار اسیدی کاه گندم

اسید سولفوریک تا رسیدن به سطح مورد نظر 75/0% وزن خشک کاه اضافه شد.

بخار و آب برای افزایش مقدار رطوبت و دما افزوده شدند. یک انتقال­دهنده کوتاه محکم برای تغذیه و ترازبندی جریان کاه گندم استفاده شد. یک اهرم (پیچ) مخلوط کننده به نقاله متصل است و اسید سولفوریک اسپری شده روی کاه را به خوبی با آن مخلوط می کند. آب گرم و بخار به داخل پیچ مخلوط کننده برای افزایش دمای کاه تا 90-70 درجه سانتیگراد تزریق می شود.

مقدار رطوبت افزایش می یابد و PH مخلوط کاه تا 5-4 کاهش می یابد. سرعت تولید نزدیک به kg/h 120 و سطح رطوبت 100% است. یک سطح رطوبت بالا در پیش تیمار کاه به دست می آید (107%).

3-3-2. پالایش در دفیبراتور آزمایشگاهی  ( OHP 20 )

اسید و سیستم آبی مخلوط شده با کاه گندم داخل یک پیش گرم کننده (پرهیتر) افقی تغذیه شده و در یک ریفالیز دیسکی ساده پالایش می شوند، که دفیبراتور از نوع OHP 20 بوده که مجهز به یک پرهیتر افقی می باشد. پالایش خمیر در یک سرعت دوران rpm 1500 و فشار 7/0 مگا پاسکال اجرا می شود. زمان پالایش در دفیبراتور 3 دقیقه بود. الیاف فیبری به وسیله هوا از ریفاینر به داخل خط الیاف (تشک الیاف) تخلیه می شوند.

مواد شیمیایی داخل سیستم دفیبراتور از نقاط تزریق مجزا تزریق می شوند.

4-3-2. شکل گیری فیبر نمد مانند و پیش پرس

مواد فیبری تولیدی در یک جعبه فرمینگ با ابعاد 600 × 500 میلی متر آماده می شوند. بعد پرس سرد در فشار mpa 1 به مدت 60 ثانیه انجام می گیرد.

5-3-2. پرس تخته فیبر

چرخه پرس بر اساس چرخه پرس مواد گیاهی یک ساله بود. زمان پرس یکی از پارامترهای بحرانی برای تولید است. ضخامت تخته فیبر نهایی mm 6 و زمان پرس نزدیک 90 ثانیه یا s/mm 15 بود. دمای صفحات پرس oc 200 بود. بنابراین، حداکثر دما در مغز فیبر نمدی شکل در طول پرس 115-110 درجه سانتی گراد بود.

یک مشکل موقع پرس مواد کاهی زمان خروج بخار طولانی برای جلوگیری از شکافته شدن لایه پانل پرس شده است. برای غلبه بر این مشکل: روغن در دمای 80-60 درجه سانتی گراد در میان صفحات پرس و برای سرد کردن پراکنده شد. این کار، فشار بخار سیستم پرس تخته را در پایان چرخه پرس می کاهد. زمان سرد شدن یک سوم زمان کل پرس بود و جزو زمان کلی پرس محسوب می شود.

فشار کاربردی در شروع پرس تا mpa 5/0 برای 15-10 ثانیه بود تا پانلی با دانسیته سطح بالا ایجاد شود. فشار سپس تا mpa 05/0 کاهش می یابد تا دانسیته مغز تخته را تنظیم و تعدیل نماید. سرانجام، فشار به صفر کاهش می یابد، قبل از اینکه پرس باز شود.

4-2. ارزیابی الیاف فیبری کاه و تخته فیبرها

1-4-2. خواص الیاف فیبری کاه

PH و ظرفیت بافر کنندگی ماده کاهی خرد شده بعد پیش تیمار بیان می شود. این خواص با استفاده از یک روش اصلاح شده پیشنهادی به وسیله جونز و نیازی (1980) اندازه گیری شد. فیبر و کاه در آب و در دمای اتاق رقیق می شوند. ظرفیت بافر کندگی که در جدول 3 نشان داده شده است که مقدار m 1/0 اسید سولفوریک نیاز دارد تا PH به 3 برسد.

طول فیبر و اندازه پالایش و فیبرهای خشک شده به وسیله تحلیل تصویر اندازه گیری شد. میانگین طول فیبر، توزیع طول فیبر و خواص دیگر تعیین گردید (جدول 4).

مقدار فیبرهای کوتاه و ذرات کوچک برای هر طرح آزمایشی اندازه گیری شد. اندازه فیبرها به وسیله ابزار PQM 1000 و آنالیزور پولماک با شکاف mm 15/0 محاسبه شد.

2-4-2. خواص مکانیکی تخته فیبرها

تخته فیبرها برای تعیین چسبندگی داخلی و دانسیته به قطعات 50 × 50 میلی متر برش خوردند.

مقاومت خمشی، مدول گسیختگی و مدول الاستیسیته ظاهری روی نمونه هایی به ابعاد 32 × 4 سانتی متر اندازه­گیری شد. خواص مکانیکی (IB ، MOR و MOE) بر اساس روش های استاندارد انگلیسی (EN 310 : 1993) و (EN 310 ; 1993) با یک ابزار آزمایش مدل آلوترن TC 10 (لورنزن و وتتر، سوئد) اندازه گیری شد. پانل های پرس شده بعد از پرس به مدت یک هفته در دمای اتاق انبار شدند.

قبل از آزمایش، نمونه ها در یک اتاق با رطوبت نسبی 65% و دمای oc 20 به مدت 48 ساعت نگهداری شدند.

3-4-2. واکشیدگی ضخامت و جذب آب تخته فیبرها

واکشیدگی ضخامت و خواص جذب آب به وسیله نمونه هایی با ابعاد mm 50 × 50 و بر اساس استاندارد انگلیسی EN-317 : 1993 تعیین شدند. نمونه های تخته فیبر به طور عمودی به مدت 24 ساعت در آب غوطه­ور بودند تا ضخامت و وزن آنها تعیین شود.

4-4-2. گرادیان دانسیته

دانسیته در ضخامت یا گرادیان دانسیته با دستگاه گرکون اندازه گیری شد (آزمایشگاه اندازه گیری دانسیته، آلمان).

 

3. بحث و نتیجه گیری

3-1. خواص فیبر کاه گندم

تحلیل PH و ظرفیت بافر کنندگی بعد از پیش تیمار کاه و بعد از دفیبره کردن فیبرها از هر نمونه آزمایشی (RA ، RB ، RC و RD) انجام شد که در جدول 3 بیان گردید. پروکسید هیدروژن در طول دفیبراسیون روی PH و ظرفیت بافر کنندگی مؤثر بود. ظرفیت بافر کنندگی بر اساس مقدار محلول (به میلی لیتر از اسید سولفوریک 1% نرمال) مورد نیاز تا PH فیبر کاه به سطح 3 برسد، بیان می شود.

PH نمونه مرجع (کاه خیس) 8/7 بود. تیمار اسیدی، PH کاه را به 7/4 کاهش می دهد.

نمونه های مرجع مرطوب نیاز به 5/14 میلی لیتر از محلول دارند، در حالی که کاه پیش تیمار شده با اسید، به ml 3/8 محلول نیاز دارد. تیمار اسیدی در کاهش PH و ظرفیت بافر کنندگی نمونه های کاه مؤثر است. تیمار پروکسید هیدروژن در طول دفیبراسیون به مقدار زیادی PH را می کاهد.

تحلیل­ها نشان می­دهد که PH نزدیک 3 است و در نتیجه یک مقدار ناچیز از محلول نیاز است. کمترین مقدار PH (2/3) و مقدار نهایی محصول (ml 8/1) بعد از تیمار اسیدی کاه با افزودن 4% پروکسید هیدروژن به فرآیند فیبر (نمونه های RB و RC) مشاهده می شود.

یک مشاهده جالب دیده شده که بعد از دفیبراسیون و خشک کردن، مقدار PH الیاف فیبری کاه تیمار نشده (نمونه آزمایشی RD) از 8/7 به 7/5 کاهش یافت. این اتفاق شاید به علت تولید گروه های کربوکسیل از ماده لیگنو سلولزی باشد. نوع ماده خام، فشار دفیبراسیون و مدت دوران الیاف روی PH و ظرفیت بافر کنندگی نهایی فیبرهای تولیدی مؤثر است (جونز و نیازی، 1980؛ ویدستن و همکاران، 2002؛ هولبوم و همکاران، 2005).

نمونه های فیبر کاه گندم پالایش شده در سیستم درجه بندی فیبر PQM-100 آنالیز شدند.

خواص الیاف فیبری همه نمونه ها (RA تا RD) به طور جداگانه در جدول 4 معرفی شده اند.

طول الیاف فیبری در همه نمونه­ها همگن و مشابه بود. اختلاف مقدار پروکسید هیدروژن و کلرید کلسیم روی طول الیاف فیبر، عرض یا تابیدگی آن ها تأثیر چندانی نداشت. کیفیت همگنی الیاف فیبر مربوط به شرایط پایدار فرآیند دفیبراسیون است. این شرایط به وسیله یک ورودی یکسان و کنترل تغذیه ماده خام تأمین می شود.

میانگین طول الیاف گندم نزدیک mm 1/1 و میانگین عرض حدود 26-25 میکرومتر است. شاخص تابیدگی الیاف 7% بود و توده­ای شدن الیاف با افزایش میزان 2O 2H افزایش می­یابد.

مقداری الیاف غیر همگن یا خرد شده به وضوح بین نمونه های مختلف دیده می­شود. وزن الیاف خرد شده بین 19-15% است. مشابه نتایج به دست آمده با استفاده از دستگاه پولماک (با شکاف mm 15/0 ، جدول 4) می­باشد.

دفیبراسیون مواد کاهی همیشه دارای سطح بالایی از ذرات ریز در مقایسه با مواد چوبی می­باشد.

شکل هندسی الیاف خرد شده در کاه گندم متفاوت از مواد چوبی است. الیاف خرد شده کاه فشرده تر بوده و ساختار مسطحی دارند که به لایه خارجی نازک کاه مربوط است. این احتمال وجود دارد که خرده الیاف مسطح یک میزان بالایی از الیاف فیبرند که مقاومت کششی بالایی دارند. به هر حال، معلوم نیست که آیا خرده الیاف کاه گندم تأثیری روی خواص مکانیکی دیگر دارند.

در جدول 4 فیبرهای کوتاه و ذرات ریز بیان شده اند که بیشتر این فیبرها کوتاه تر از 45/1 و 45/0 میلی مترند. به طور کلی میزان ذرات ریز در کاه گندم بیشتر از الیاف چوبی پالایش شده­است. تفسیر روشن این موضوع وجود انواع اضافی سلول های گیاهی در ساختار کاه مثل پارانشیم، اپیدرم و سلول های آوندی می باشد. دیواره سلولی نازکی در این سلول ها ذرات ریز بیشتری تولید می کند که به علت عملیات ترمومکانیکی در طول فرآیند دفیبراسیون است.

 

2-3. خواص تخته فیبر کاهی

بعد از پرس، تخته فیبرهای تولیدی دارای کیفیت بالا و نزدیک به استاندارد انگلیس­اند. بهترین نتیجه با استفاده 4 درصدی از پروکسید هیدروژن و دانسیته بالای 3kg/m 1000 به دست آمد.

دانسیته بالای تخته فیبر کاهی تولیدی بیشتر از محدوده دانسیته MDF بود و باید تخته فیبر با دانسیته بالا (HDF) نامیده شود. تخته فیبرهای ساخته شده به کمک پروکسید هیدروژن نشان می دهد که خواص مکانیکی قابل قیاس با تخته­هایی است که به کمک چسب (رزین UF) ساخته شده­اند. چسبندگی داخلی و خواص خمشی، MOR و MOE قابل قبول بودند.

مقاومت به آب یا واکشیدگی ضخامت تخته دارای مشکل بود. اضافه کردن کلرید کلسیم خواص تخته فیبر را بهبود   می­دهد. خاصیت واکشیدگی به طور معکوس تحت تأثیر قرار  می­گیرد. تخته فیبر کاهی تولیدی به هیچ وجه متناسب با استانداردهای MDF ساخته شده به وسیله مواد چوبی نیست. واکشیدگی در ضخامت و جذب آب چندین برابر بیشتر از استاندارد MDF بود.

1-2-3. چسبندگی داخلی

شکل 1 نشان می دهد که چسبندگی داخلی تخته فیبر کاهی بدون رزین متناسب با میانگین دانسیته است.

IB نزدیک به مقدار مورد نیاز در استاندارد MDF (EN 622-5 ، 2006) است. به هر حال، یک مقدار بیشتر IB برای تخته فیبر ساخته شده با رزین MUF تجاری مشخص است. این تخته­ها دارای مقدار IB زیادی بالای mpa 1 هستند. اضافه سازی سطوح مختلف پروکسید هیدروژن و کلرید کلسیم در جدول 2 نشان داده شده است. چسبندگی مؤثر الیاف فیبری کاه توسط پروکسید هیدروژن ایجاد می شود.

شاید افزایش مقاومت به علت ایجاد پیوندهای کووالان مابین گروه های شیمیایی روی سطوح فیبرها باشد. جذب آب بالا در تخته­فیبرهای تولیدی مشاهده می شود و این در تناقض با پیوندهای کووالانسی پیشنهادی است. به هر حال، باید به خاطر آورد که پروکسید هیدروژن ماده فیبری را اکسیده کرده و گروه های باردار را می افزاید و بنابراین، جذب آب پدید می­آید.

تأثیر چسبندگی دیگر، مانند واکنش های الکتروستاتیک مابین الیاف فیبری وجود دارد، موقعی که یون­های فلزی  نمک ها اضافه شدند. افزایش پروکسید هیدروژن بیشتر از   4- 5/2 درصد مقاومت تخته فیبر را می افزاید. چسبندگی داخلی از 45/0 به mpa 65/0 در دانسیته 3kg/m 1000 یا بالاتر افزایش می یابد.

سرانجام، افزایش کلرید کلسیم IB را می افزاید (مقایسه نمونه های RB و RC). IB نمونه ها با اندازه گیری گرادیان دانسیته محاسبه گردید. دانسیته تخته فیبرهای کاهی از هر نوع (RA ، RB و RC) و تأثیری که روی عملکرد ضخامت دارند، در شکل 2 مشخص شده است.

 

به طور کلی، در تخته فیبرهای ساخته شده از مواد چوبی، دانسیته سطح زیاد و دانسیته قسمت مغز کمتر می باشد. از فایده های آن، سطوح سخت و خواص خمشی قابل قبول است. دانسیته مغز در ارتباط با چسبندگی داخلی است (ژو و وینستوفر، 1995؛ شولت و فوروالد، 1996؛ وانگ و همکاران، 2000).

تخته فیبرهای نمونه RA گرادیان دانسیته مختلفی را نشان می دهند که به علت ناهمگنی بافت نمدی فیبر و یا وجود مشکلاتی در پرس است.

بعداً پرس تخته فیبرهای RB و RC بهبود یافت. گرادیان دانسیته همگنی بیشتر را نشان داد و تقریباً شکل یکسان بود. توضیح برای این تأثیر چسبندگی مؤثر مابین فیبرهای گندم فعال شده توسط پروکسید هیدروژن است. دانسیته سطح 3kg/m 1200-1150 و دانسیته لایه مغزی نزدیک 3kg/m 1000 بود. همچنین، ضخامت تخته فیبرها در نمونه­های RB و RC مابین 6 و 7 میلی متر بود.

 

2-2-3. خواص خمشی تخته فیبر کاهی

شکل 3 مدول گسیختگی را نشان می دهد، در حالی که شکل 4 مدول الاستیسیته را نشان می دهد که این ها در ارتباط با دانسیته می باشند.

افزودن مقادیر متفاوت پروکسید هیدروژن و کلرید کلسیم تأثیر کمی روی MOR و MOE دارد. نخستین مشکل، فرآیند پرس بود و بعضی از تخته فیبرها در نمونه ها RA دچار شکاف لایه شدند.

در نمونه RA مقدار پروکسید هیدروژن 5/2 درصد بود. متوسط دانسیته تخته ها کم بود و تعدادی از آن ها MOR و MOE زیر 20 و mpa 3000 داشتند. خواص خمشی متعارف پانل ها ساخته شده از مواد چوبی قویاً وابسته به دانسیته است (وانگ، 2000؛ شی و همکاران، 2005).

به هر حال، آماده سازی شرایط پرس و اصلاح گرادیان دانسیته مقاومت خمشی نمونه­های بعدی را بهبود داد. MOR در نمونه های RB و RC نزدیک mpa 25- 15 بود، اما در این بین محدوده دانسیته 3kg/m 1000-900 بود. پروکسید هیدروژن بیشتر (4%) در نمونه های RB و RC دانسیته و مقاومت خمشی را افزایش می دهد.

تقریباً تمام تخته فیبرها دانسیته بالاتر از 3kg/m 975 که در استاندارد MDF است، دارند (EN 622-5 : 2006). پانل های مرجع مقدار MOR بالاتر از mpa 40 را نشان می­دهند.

 

3-2-3. واکشیدگی در ضخامت تخته فیبر

واکشیدگی در ضخامت و جذب آب در تخته فیبرها بالا می باشد (شکل های 5 و 6).

 

به غیر از ساختار شیمیایی مختلف چوب و فیبرهای مواد نان- وود، خواص سلولز، همی سلولز و لیگنین آن ها نیز متفاوت است. در بیشتر موارد، مقدار سلولز و لیگنین در مواد چوبی بیشتر است، در حالی که مقدار همی سلولز کمتر است.

مخلوط سلولز، همی سلولز و لیگنین در تخته های ساخته شده از مواد چوبی دارای یک مقاومت به آب و جذب آب بهتری نسبت به تخته های ساخته شده از کاه گندم و دیگر مواد گیاهی یک ساله هستند. توانایی جذب آب با اکسیده شدن مواد لیگنوسلولزی افزایش می یابد و یک حساسیت بالاتری به آب در تخته فیبرهای کاهی بدون رزین وجود دارد.

در تخته فیبر ساخته شده از مواد چوبی مقدار استاندارد واکشیدگی در ضخامت، زیر 30% برای تخته فیبری با ضخامت مابین 4 و 6 میلی متر و زیر 17% برای ضخامت مابین 6 و 9 میلی متر می باشد. تخته فیبرهای تیمار شده با کلرید کلسیم و 4% پروکسید هیدروژن (نمونه RB) به میزان 100-80 درصد واکشیدگی در محدوده دانسیته 3kg/m 1000-950 را نشان می دهند.

جذب آب (WABS) تخته فیبر کاهی به میزان 130-110 درصد برآورد می شود. خواص ضد آب در دانسیته های بالاتر بهبود می یابد. افزایش پروکسید هیدروژن و افزودن کلرید کلسیم، واکشیدگی در ضخامت را نزدیک 25% می­کاهد. کمترین واکشیدگی در ضخامت و خواص جذب آب در تخته های مرجع (SMDF) ساخته شده از کاه گندم، رزین UMF و موم دیده می شود.

 

4. نتیجه گیری

تخته فیبرهای کاه گندم در فرآیند خشک از ضایعات کشاورزی و بدون استفاده از رزین شیمیایی تولید شدند. برای رسیدن به خواص مورد نیاز تخته فیبر، الیاف فیبری کاه با افزودن پروکسید هیدروژن (شناساگر فنتون) در طول دفیبراسیون، اکسیده می شوند.

افزودن پروکسید هیدروژن به داخل سیستم دفیبراتور، PH ماده کاهی پیش تیمار شده را کاهش می دهد. از 5/4  به 3 خواهد رسید. ظرفیت بافر کنندگی نیز چنین رفتاری دارد.

الیاف فیبری تولیدی دارای میانگین طول و عرض نزدیک به 1/1 میلی متر و 26 میکرومتر دارند. خواص فیبر یا طول فیبر در این مطالعه تحت تأثیر فرآیندهای متفاوت نیست.

خواص تخته فیبر با افزایش پروکسید هیدروژن به میزان 4- 5/2 درصد بهبود می یابد. افزودن عامل ضدآب به تخته (کلرید کلسیم) مقاومت به آب را بهبود و واکشیدگی در ضخامت را نزدیک به 25% کاهش می دهد. طبق انتظار، تخته فیبر تولیدی حساسیت به آب و رطوبت بالایی دارد.

خواص فیزیکی و مکانیکی تخته فیبرهای کاهی بدون رزین بر طبق استاندارد انگلیسی MDF قابل قبول نیست. به هر حال، کاربرد این تخته فیبرها در شرایط خشک امکان پذیر است.

/ 0 نظر / 38 بازدید