پایان نامه مقاله تحقیق پروژه دانشگاهی

اثر اصلاح ترکیبی نانو نقره-گرم آبی بر زمان پرس و خواص کاربردی تخته ­خرده­ چوب

استاد راهنما:

دکتر مریم قربانی

استادان مشاور:

دکتر پوریا بی­پروا

دکتر ابولفضل کارگرفرد

پاییز ۱۳۹۲

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)


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 تخته­خرده­چوب و تغییرات شیمیایی خرده­چوب­های تیمار شده از طریق طیف­سنجی FTIR بررسی شد. تیمار در ۴ گروه شاهد، گرمآبی، نانو و نانو-گرمآبی انجام گردید. البته تیمار­ گرمآبی و نانو-گرمآبی در دو سطح حرارت ۱۵۰ و ۱۷۰ درجه سانتی­گراد و دو سطح زمان ۳۰ و ۴۵ دقیقه انجام شد. در مجموع ۱۰ 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 ۲ و ۲۴ ساعت غوطه­وری در آب طبق استاندارد EN-317 اندازه ­گیری شدند. به­منظور بررسی اثر نانوذرات نقره بر انتقال حرارت تخته­هایی با زمان پرس ۵ دقیقه ساخته­شد و دما در لایه میانی کیک خرده­چوب در هر ۳۰ 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 (۱۷۰ درجه­سانتی­گراد) و نیز در دقایق انتهایی پرس نسبت به نمونه ­های شاهد و گرمآبی بهبود انتقال حرارت معنی­داری نشان­داد. هم­چنین تخته­های حاوی نانونقره نسبت به تمام سطوح تیمار در زمان کمتری (۹۲ ثانیه) به دمای ۱۰۰ 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 ۱۷۰ درجه سانتی­گراد و به­مدت ۴۵ 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
عنوان                                                                                                                                  صفحه
فصل اول: مقدمه و کلیات
۱-۱- مقدمه۱۱
۱-۲- فرضیات پژوهش.۱۳
۱-۳- اهداف پژوهش۱۴
۱-۴- کلیات۱۴
۱-۴-۱- راش.۱۴
۱-۴-۲- تخته­خرده­چوب.۱۵
۱-۴-۳- اصلاح چوب۱۶
۱-۴-۳-۱- اصلاح حرارتی.۱۶
۱-۴-۳-۲- تیمار گرمآبی.۱۷
۱-۵- فناوری نانو.۱۸
۱-۵-۱- نانو ذرات۱۸
۱-۵-۱-۱- فرآیند­های تولید نانو ذرات۱۹
۱-۵-۱-۲- نانو نقره۲۰
۱-۵-۲- انتقال حرارت نانو ذرات فلزی.۲۰
۱-۶- کلوئید­ها۲۱
۱-۷- میکروسکوپ الکترونی (SEM).22
فصل دوم: پیشینه تحقیق
۳-۱- اثر تیمار گرمایی بر خواص کاربردی چوب و فرآورده­های آن.۲۴
۳-۱-۱- خواص فیزیکی۲۴
۳-۱-۲- خواص مکانیکی۲۶
۳-۲- اثر نانوذرات فلزی بر خواص کاربردی چوب و فرآورده­های آن۳۰
۳-۲-۱- اثر نانوذرات فلزی بر هدایت حرارتی۳۰
۳-۲-۲- خواص فیزیکی۳۲
۳-۲-۳- خواص مکانیکی.۳۵
فصل سوم: مواد و روش­ها
۳-۱- عوامل متغیر۴۰
۳-۲- عوامل ثابت۴۰
۳-۳- تهیه مواد اولیه۴۱
۳-۳-۱- تهیه خرده­چوب.۴۱
۳-۳-۲- تهیه مواد شیمیایی.۴۱
۳-۳-۳- تهیه چسب مصرفی۴۱
۳-۴- آماده­سازی ترکیبات آزمونی۴۲
۳-۴-۱- نانو نقره کلوئیدی۴۲
۳-۵- فرآیند اصلاح.۴۲
۳-۵-۱ تیمار نانو­نقره۴۳
۳-۵-۲- تیمار گرمآبی و نانو­-گرمآبی.۴۳
۳-۶- طیف سنجی مادون قرمز (FT-IR)44
۳-۷- میکروسکوپ الکترونی (SEM)44
۳-۸- ساخت تخته و ثبت دما در ضخامت کیک ۴۵
۳-۹- تهیه نمونه ­های آزمونی۴۵
۳-۱۰- اندازه ­گیری خواص فیزیکی تخته­ها۴۶
۳-۱۰-۱- محاسبه تغییرات وزن و میزان ماندگاری نانو روی خرده­چوب راش۴۶
۳-۱۰-۲- محاسبه واکشیدگی ضخامت و جذب آب.۴۷
۳-۱۱- اندازه ­گیری خواص مکانیکی.۴۷
۳-۱۱-۱- خواص­خمشی.۴۷
۳-۱۱-۱-۱- مدول­گسیختگی  (MOR)47
۳-۱۱-۱-۲- مدول­الاستیسیته (MOE).48
۳-۱۱-۲- چسبندگی­داخلی (IB).48
۳-۱۲- تحلیل آماری۴۸
فصل چهارم: نتایج
۴-۱- شناسایی و بررسی ساختاری خرده­چوب (SEM و EDS)50
۴-۲- طیف سنجی مادون قرمز (FTIR)53
۴-۳- اثر اصلاح ترکیبی نانو-گرمآبی بر روند انتقال حرارت۵۵
۴-۴- خواص فیزیکی۵۷
۴-۴-۱- تغییرات وزن خرده­چوب راش.۵۸
۴-۴-۲- جذب آب۵۸
۴-۴-۳- واکشیدگی ضخامت.۶۰
۴-۵- خواص مکانیکی.۶۱
۴-۵- ۱- خواص خمشی.۶۱
۴-۵-۱-۱- مدول گسیختگی۶۱
۴-۵-۱-۲- مدول­الاستیسیته۶۲
۴-۵-۲- مقاومت چسبندگی داخلی۶۳
فصل پنجم: بحث و نتیجه گیری
۵-۱- نوآوری روش۶۶
۵-۱- تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM و EDS)67
۵-۲- طیف­سنجی FTIR.67
۵-۳- انتقال حرارت۶۸
۵-۴- خواص فیزیکی.۷۰
۵-۵- خواص مکانیکی.۷۲
۵-۵-۱- خواص­خمشی۷۲
۵-۵-۱-۱- مدول گسیختگی.۷۲
۵-۵-۱-۲- مدول­الاستیسیته.۷۳
۵-۵-۲- چسبندگی داخلی۷۴
نتیجه گیری.۷۵
پیشنهادات.۷۶
منابع.۷۸
چکیده انگلیسی.۸۶
فهرست شکل­ها
شکل ۳-۱- نانو نقره تولید شده۴۴
شکل ۳-۲- دستگاه اشباع مجهز به المنت حرارتی۴۵
شکل ۳-۳- نمایی از دستگاه میکروسکوپ الکترونی (SEM) واقع در آزمایشگاه رضایی۴۶
شکل ۴-۱- تصویر SEM محلول کلوئیدی نانونقره تولید شده۵۲
شکل ۴-۲- تصویر SEM خرده­چوب­ اشباع شده با نانو ذرات نقره.۵۳
شکل ۴-۳- تصویر SEM خرده­چوب­ شاهد.۵۳
شکل ۴-۴- طیف EDS خرده­چوب اشباع­شده با نانو.۵۴
شکل ۴-۵- طیف­های FTIR نمونه ­های تیمار شده و شاهد.۵۶
شکل ۴-۶- طیف­های FTIR نمونه ­های تیمار شده و شاهد.۵۶
شکل ۴-۷- زمان رسیدن دما به ۱۰۰ درجه سانتی­گراد در تیمارهای مختلف۵۸
شکل۴-۸- حداکثر دمای ثبت شده­ی مغز کیک در سطوح مختلف تیمار.۵۹
شکل ۴-۹- میانگین جذب آب پس از ۲ ساعت غوطه­وری.۶۱
شکل ۴-۱۰- میانگین جذب آب پس از ۲۴ ساعت غوطه­وری.۶۱
شکل ۴-۱۱- میانگین واکشیدگی ضخامت پس از ۲ ساعت غوطه­وری.۶۲
شکل ۴-۱۲- میانگین واکشیدگی ضخامت پس از ۲۴ ساعت غوطه­وری.۶۳
شکل۴-۱۳- اثر سطوح مختلف تیمار بر مدول گسیختگی۵۴
شکل ۴-۱۴- اثر سطوح مختلف تیمار بر مدول الاستیسیته.۶۵
شکل ۴-۱۵- اثر سطوح مختلف تیمار بر مقاومت چسبندگی داخلی.۶۶
فهرست جدول­ها
جدول ۳-۱- مشخصات فنی چسب مورد استفاده.۳۳
جدول۳-۲- ابعاد و تعداد نمونه ­های آزمونی در هر تکرار و تیمار.۳۷
جدول۴-۱- نتایج کمی طیف EDS54
جدول ۴-۲- اثر تیمار­های مختلف بر انتقال حرارت طی فرآیند پرس گرم.۵۷
جدول ۴-۳- اثر تیمار نانو، گرمآبی و نانو-گرمآبی بر تغییرات وزن.۶۰
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 و همکاران، ۲۰۱۰). 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، ۱۳۸۹) . 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، کیفیت 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، ۲۰۰۶). در تجزیه حرارتی، همی­سلولز نسبت به سایر پلی­مر­های چوب بیشتر در معرض تخریب هستند (استام، ۱۹۶۴؛ آلن و همکاران، ۲۰۰۲). تخریب سلولز نسبت به همی­سلولز در دما­های بالاتر اتفاق می­افتد، هرچند گاهی اوقات در دما­های پایین تخریب همی­سلولز بسیار آهسته است (هیل، ۲۰۰۶). با حرارت­دهی چوب در هوا به بیش از دمایc  ۱۲۰ْ، درجه­ پلیمریزاسیون (DP) کاهش می­یابد (فنگل و وگنر، ۱۹۸۴). در مراحل آغازی تیمار، افزایش در درجه بلورینگی و وسعت نواحی بلوری ملاحظه شد، اما با افزایش زمان تیمار، هر دو کاهش می­یابند (هیل، ۲۰۰۶).