دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری
دانشکده منابع طبیعی
گروه مهندسی چوب و کاغذ
پایان‌نامه برای دریافت درجه‌ی کارشناسی ارشد در رشته حفاظت و اصلاح
عنوان:
اثر اصلاح ترکیبی نانو نقره-گرمآبی بر زمان پرس و خواص کاربردی تخته خرده چوب
استاد راهنما:
دکتر مریم قربانی
استادان مشاور:
دکتر پوریا بیپروا
دکتر ابولفضل کارگرفرد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
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- تخته خرده چوب…………………………………………………………………………..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 فرآورده های آن……………….24
3-1-1- خواص فیزیکی…………………………………………………………………………..24
3-1-2- خواص مکانیکی………………………………………………………………………..26
3-2- اثر نانوذرات فلزی بر خواص کاربردی چوب و فرآورده های آن……………30
3-2-1- اثر نانوذرات فلزی بر هدایت حرارتی………………………………………..30
3-2-2- خواص فیزیکی………………………………………………………………………32
3-2-3- خواص مکانیکی………………………………………………………………………….35
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 خرده چوب……………………………………………………………….41
3-3-2- تهیه مواد شیمیایی……………………………………………………………….41
3-3-3- تهیه چسب مصرفی…………………………………………………………………..41
3-4- آمادهسازی ترکیبات آزمونی………………………………………………………….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- میكروسكوپ الكترونی (SEM)………………………………………………………….44
3-8- ساخت تخته و ثبت دما در ضخامت کیک …………………………………………..45
3-9- تهیه نمونه های آزمونی………………………………………………………………..45
3-10- اندازه گیری خواص فیزیکی تخته ها…………………………………………..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- اندازه گیری خواص مکانیکی………………………………………………………47
3-11-1- خواصخمشی……………………………………………………………………….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 خرده چوب راش………………………………………………..58
4-4-2- جذب آب…………………………………………………………………………….58
4-4-3- واكشیدگی 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 نتیجه گیری
5-1- نوآوری روش…………………………………………………………………………….66
5-1- تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM و EDS)………………………………..67
5-2- طیفسنجی FTIR…………………………………………………………………………
5-3- انتقال حرارت…………………………………………………………………………68
5-4- خواص فیزیكی…………………………………………………………………………..70
5-5- خواص مكانیكی…………………………………………………………………………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
نتیجه گیری………………………………………………………………………………………75
پیشنهادات………………………………………………………………………………………….76
منابع………………………………………………………………………………………………..78
چکیده انگلیسی……………………………………………………………………………………….86
چکیده:
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 خرده چوبهای 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 تخته ها شامل مدولگسیختگی، مدولالاستیسیته و چسبندگی داخلی طبق استاندارد DIN-68763 و خواص فیزیکی تخته ها شامل جذب آب و واکشیدگی ضخامت پس از 2 و 24 ساعت غوطهوری در آب طبق استاندارد EN-317 اندازه گیری شدند. به منظور بررسی اثر نانوذرات نقره بر انتقال حرارت تخته هایی با زمان پرس 5 دقیقه ساختهشد و دما در لایه میانی کیک خردهچوب در هر 30 ثانیه توسط ترموکوپل ثبت گردید. تصاویر میكروسكوپ الكترونی (SEM) حضور، سایز و پراكنش 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 نمونه های شاهد و گرمآبی بهبود انتقال حرارت معنیداری نشانداد. همچنین تخته های 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 فیزیكی 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 تخته های ساخته شده با خرده چوبهای اشباع شده با نانو نسبت به شاهد بیشتر بود.
فصل اول: مقدمه و کلیات
1-1- مقدمه
چوب از زمان پیدایش انسان تاکنون همواره بهعنوان مادهای بسیار مهم مطرح بوده است. در سالهای اخیر، بازار مصرف اوراق فشردهچوبی گسترش قابلملاحظهای یافتهاست. از دلایل عمده آن مزایای ویژه پانلهای چوبی، مانند یکنواختی خواص کاربردی در سطح پانل، امکان تولید در ابعاد بزرگ و سطح صاف با کیفیت مطلوب میباشد (تومن[1] و همکاران، 2010). در میان محصولات متنوع حاصل از فرآوردههای چوبی، تختهخردهچوب بهلحاظ تنوع استفاده، فرآیند نسبتاً ساده تولید و انعطافپذیری مواد اولیه از اهمیت ویژهای برخورداراست. این صنعت در اوایل قرن بیستم صنعتی گردید و با تولید رزینهای مصنوعی در دهههای چهل تا شصت میلادی توسعه چشمگیری یافت (فتحی و همکاران، 1389) . در کنار ویژگیهای منحصر به فرد تختهخردهچوب، این ماده دارای ویژگیهای نامطلوبی همچون ناپایداری ابعاد که از تبادل رطوبت با محیط پیرامون آن ناشی میشود، هست. این ویژگی باعث تغییر ابعاد چوب شده و بر روی خواص مکانیکی، هدایت حرارتی، صوتی و الکتریکی آن اثر میگذارد. همچنین این ماده دارای ویژگیهایی همچون تخریب زیستی، هوازدگی، قابلیت اشتعال و … هست.
در نتیجه، اگر فرآوردههای چوبی بدون هیچ گونه تیمار اصلاحی تحت شرایط نامطلوب (بخصوص مصارف بیرونی) بهکار روند، كیفیت آنها تحت تاثیر قرار میگیرد و عمر مفیدشان نیز محدودتر خواهد شد. جهت بهبود خواص، میبایست تیمار‌هایی روی فرآوردههای مرکب چوبی اعمال نمود تا کاربرد آنها را افزایش داد. در سالهای اخیر بیشتر از روشهای اصلاح چوب برای حل مشکلات زیستمحیطی، و بهبود خواص چوب و فرآوردههای آن استفاده میشود که تیمار گرمایی یکی از این روشها است (هیل[2]، 2006). در تجزیه حرارتی، همیسلولز نسبت به سایر پلیمرهای چوب بیشتر در معرض تخریب هستند (استام[3]، 1964؛ آلن[4] و همکاران، 2002). تخریب سلولز نسبت به همیسلولز در دماهای بالاتر اتفاق میافتد، هرچند گاهی اوقات در دماهای پایین تخریب همیسلولز بسیار آهسته است (هیل، 2006). با حرارتدهی چوب در هوا به بیش از دمایc 120ْ، درجه پلیمریزاسیون (DP) کاهش مییابد (فنگل و وگنر[5]، 1984). در مراحل آغازی تیمار، افزایش در درجه بلورینگی و وسعت نواحی بلوری ملاحظه شد، اما با افزایش زمان تیمار، هر دو کاهش مییابند (هیل، 2006).
تیمار گرمایی منجر به تغییر در خواص فیزیکی گوناگون از قبیل کاهش در رطوبت تعادل (اوباتایا و همکاران، 2000؛ اوباتایا و تومیتا[6]، 2002)، کاهش خاصیت هیگروسکوپیک (متسا کورتلینن[7] و همکاران، 2006؛)، بهبود در چسبندگی (فولریچ[8] و همکاران، 2006)، بهبود دوام طبیعی (بونسترا[9] و همکاران، 2006؛ هانگر[10] و همکاران، 2002؛ سیلر[11] و همکاران، 2000)، افزایش نواحی بلوری[12] سلولز (بویان[13] و همکاران، 2000؛ تجادا[14] و همکاران، 1997؛ اوداکا و فرنو[15]، 2003) و مقدار ظاهری لیگنین (کامدم[16] و همکاران،2002؛ نوپنن[17] و همکاران، 2004) میگردد. از سوی دیگر اصلاح حرارتی باعث کاهش استحکام و مقاومت چوب میشود (آویمی و وسترمارک[18]، 2005؛ هونگ و لین[19]، 2000؛ کامدم و همکاران، 2002) که مقدار این کاهش با زمان تیمار و گونه چوب مرتبط است. کاهش مقاومتها در سوزنیبرگان بیشتر از پهنبرگان بوده است (بنگتسون[20] و همکاران، 2002). در فرآیند ساخت تختهخردهجوب مرحله پرس از اهمیت بالایی برخوردار است که تاثیر مستقیمی در خواص کاربردی محصول و همچنین راندمان تولید میگذارد (دوستحسینی، 1380). بررسی تاثیر انتقال حرارت پرس و رابطه آن با ویژگیهای فیزیکی و مکانیکی محصول، ما را در دستیابی به بهترین کیفیت کمک می کند. در سالهای اخیر تلاشهای زیادی برای كاهش زمان پرس و افزایش بازدهی خط تولید به عمل آمدهاست. در همین راستا پیشرفت علوم با ظهور فناوری نانو سرعت قابل توجهی یافتهاست.
كاربرد فناورینانو در بخش‌های مختلف صنایع چوب در حال افزایش است (سلیکر[21]، 2005؛ تقییاری، 2010). با توجه به پژوهشهای مختلف ثابت شدهاست. افزودن نانو ذرات فلزی به چوب و فرآوردههای آن، باعث بهبود خواص فیزیکی (بهمنی، 1391؛ ابراهیمنژاد، 1390؛ سیاهپشت، 1390؛ یکهخانی، 1390)، افزایش مقاومت چوب (بهمنی، 1391؛ رنگاور و همکاران، 2013؛ اختری و همکاران، 2012) و بهبود انتقال حرارت میشود (لایقی و همکاران، 1389؛ فرجاللهپور، 1389؛ رسام و همکاران، a2012؛ تقییاری، 2010؛ b2011 تقییاری و همکاران، a2011 ، a,b2012). از طرف دیگر تیمار حرارتی بعد از اشباع چوب با نانو ذرات فلزی بهدلیل قابلیت هدایت حرارتی، حرارت را سریعتر انتقال میدهد و باعث تغییرات بیشتری در ویژگیهای چوب میشود (سیاهپشت، 1390؛ تقی یاری، 2010). به همین دلیل در این پژوهش، اثر تیمار گرمآبی بر روی تخته خرده چوب اشباع شده با نانو ذرات بررسی خواهد شد.
1-2- فرضیات پژوهش:
1- تیمار ترکیبی نانو نقره-گرمآبی در مقایسه با تیمار گرمآبی موجب بهبود محسوستر خواص فیریکی تخته خردهچوب خواهدشد.
2-تیمار ترکیبی نانو نقره-گرمآبی باعث تغییر مقاومتهای مکانیکی چوب میشود.
3- نانو نقره باعث افزایش انتقال حرارت در خردهچوب، امکان اعمال تیمارحرارتی در دماهای پائینتر و کاهش زمان پرس میشود.
1-3- اهداف پژوهش:
1- کاهش زمان پرس گرم طی ساخت تخته.
2- حفظ مقاومتهای مکانیکی تخته خرده چوب اصلاح شده در حد استاندارد.
3- افزایش ثبات ابعاد تخته خرده چوب اصلاح شده به روش ترکیبی نانو-گرمآبی.
در این پژوهش از چوب گونهی راش پهن برگ بومی ایران به سبب پوشش وسیع سطح جنگلهای شمال کشور استفادهشد.
در این تحقیق اثر نانوذرات نقره با قابلیت هدایت حرارتی بالا بر تیمار گرمآبی خرده چوب راش مورد مطالعه قرار گرفت.
[1]. Thoemen
[2]. Hill
[3]. Stamm
[4]. Alen
[5]. Fengel and Wegener
[6]. Obataya and Tomita
[7]. Metsa-Kortelainen
[8]. Follrich
[9]. Boonstra
[10]. Hanger
[11]. Sailer
[13]. Bhuiyan
[14]. Tejada
[15]. Udaka and Furuno
[16]. Kamdem
[17]. Nuopponen
[18]. Awoyemi and Westermark,
[19]. Hong and Lin
[20]. Bengtsson
[21]. Celiker
تعداد صفحه : 88
قیمت :14700 تومان
