پركننده‌هاي ليگنوسلولزي
(چوب پلاست / WPC)
چوب پلاست (پلیوود) بدون تخلخل و كاهش دانسيته در مقايسه با مقدار تئوري آن غير ممكن است. حتي مقادير ناچيز رطوبت چوب يا الياف سلولزي در دماي بالای مذاب داغ پلاستيك، بخار توليد مي‌كنند و بنابراين خلل و فرج به وجود ميآورند. چوب ميتواند بهصورت آرد يا خاك اره يا پسماندهاي كشاورزي بهصورت برش شده، خرد شده يا آسياب شده و يا انواع ديگر از الياف طبيعي مانند شاهدانه، كتان هندي و كنف باشد كه بهطور معمول در فرايند صنعتي مربوط، محصول جنبي مي‌باشند.
اين تركيب در عمل تاثير غیر قابل اجتنابي بر فراوري و خواص چندسازه حاصل، مي‌گذارد . بهطور خلاصه، سلولز داراي اثر مثبتي در خواص مكانيكي و ساير ويژگيهاي ماده چندسازه ميباشد (براي مثال كاهش ضريب انبساط- انقباض حرارتي). بهطور كلي لينگين محصول را ضعيف مي‌سازد، در فرايند به آساني مي‌سوزد، 2CO و ديگر مواد گازي آزاد مي‌كند، دانسيته محصول را پايين مي‌آورد و رنگ باختگي چوب-پلاستيك را در معرض محیط بیرون شتاب میبخشد. مواد استخراجی (ترپنها، پیننها، تاننها، ترکیبات کربونیل و غیره) تركيبات آلي تصعید شونده یا فرار (VOC) توليد مي‌كنند و دانسيته محصول را نيز كاهش ميدهند. همي‌سلولز در دماي ذوب پلاستيك و بهخصوص در اثر تغييرات سريع فشار، به سهولت تجزيه مي‌شود و اسيد استيك توليد مي‌كند كه سبب خوردگي مشهود لوازم كار ميگردد. اين اثر به ويژه در بعضي از مقدار رطوبت مواد ليگنو سلولزي مطرح است و به «انفجار بخار» مواد ليگنوسلولزي معروف است.
جدول 3-1 تختههای چوب پلاست را که بهصورت تجاری در دسترس میباشند و در سال2006 یا قبل از آن در ICC ثبت شدهاند (با دو استثنا) را عنوان کرده است. اغلب تختهها دارای %60-50 وزنی آرد چوب (یا الیاف چوب) میباشند. تنها چهار محصول دارای پوسته شالی به‌عنوان پرکننده می باشند. یک محصول (GeoDeck) نیز دارای الیاف سلولزی لیگنینزدایی شده مانند بیوداک به‌عنوان پرکننده اصلی آن ( که خود دارای %50 سلولز لیگنینزدایی شده و %50 مواد معدنی میباشد) می باشد.
جدول 3-1: شرکتهای تولید کننده تختههای چوب پلاست دارای آرد چوب و الیاف طبیعی به‌عنوان پرکننده طبق گزارشهای ICC
الياف سلولزي خالص دانسيته جرم نسبتا ً‌پاييني دارد، حدود3g/cm 1/1-1. اما زماني‌كه ليگنين و همي سلولز در آن نفوذ مي‌كنند، دانسيته جرم آن مانند پوسته شالي به 3g/cm 5/1-3/1 مي‌رسد. هنگاميكه در دمايC º525 به خاكستر تبديل شوند، آرد چوب % 4/0-13/0 خاكستر و پوسته شالي % 8/18 خاكستر به جا مي‌گذارد. علت بالا بودن خاكستر پوسته شالي سيليس است كه شالي آن را از طريق سيستم موينيگي خود با آب از خاك جذب مي‌كند هنگاميكه اين مواد بخصوص در فصل تابستان انبار شوند، آرد چوب و پوسته شالي به رطوبت %10 مي‌رسند. با چند بار اندازه‌گيري رطوبت پوسته شالي در يك كارخانه توليد چندسازه، رقم %6/0 ± 3/9 حاصل شده است. در تماس مستقیم با آب مقدار رطوبت سلولز به آساني از مقدار وزن خودش هم تجاوز مي‌كند.
اندازه منفذ در الياف سلولزي حدود nm10 ميباشد. تنها كوچك‌ترين زنجيره هاي HDPE با وزن مولكولي كم‌تر از Da 10000 مي‌توانند به داخل منافذ سلولز وارد شوند. قطر الياف سلولزي بهطور معمول بين 3 و 5 ميكرومتر ميباشد.
ويژگيهاي الياف سلولزي با جزئيات بيشتر و با شرح مواد گياهي معين در قسمت بعدي بررسي خواهند شد.
تاريخچه پركننده‌هاي سلولزي در چوب پلاست در ثبت اختراع‌های ايالات متحده
موادي كه هم اكنون به‌عنوان چوب پلاست شناخته شدهاند اولين بار در دهه 1960 تحت نام تركيبات قالبي گرماگير ظهور پيدا كردند. ساير چندسازه‌های گرماگير چوب نيز خيلي زودتر از اين به وجود آمدند. (به موارد زير رجوع شود).
اين قسمت مرور مختصري بر توسعه چوب پلاست در كم تر از 40 سال گذشته يا بيشتر دارد، بهانه نقل از همه ابداعات در بين نيست.
اين بحث تنها به ثبت اختراع‌ها در ايالات متحده (گاهي موارد ديگر) محدود مي‌شود و اغلب به پيشرفت هاي مهم اشاره مي‌شود
پنج دوره در پيشرفتهاي چوب پلاست را بهطور اجمالي ميتوان عنوان كرد:
- توسعه چندسازه‌هاي گرماگير. اين نوع از مواد به خاطر اين‌كه هنوز هم عده‌اي آنها را چندسازه‌هاي چوب مي‌نامند، در اينجا ذكر شدند. در واقع اين مواد قبل از دهه 1960 به وجود آمدند و بعد از جنگ جهاني دوم كاربردهاي صنعتي پيدا كردند. قديمي‌ترين آنها باكليت بود كه در اوايل دهه 1900 اختراع شد و در دهه 1920 آرد چوب در آن به‌كار رفت. چندسازه‌هاي گرماگير چوب پايه‌اي براي به وجود آمدن چندسازه‌هاي چوب- پلاستيك شد.
- در تغيير چسب‌ها در چندسازه‌هاي گرماگير چوب به مواد پلي‌مري گرمانرم، پي برده شده كه اختلاط يكنواخت الياف سلولز با پلاستيك ميتواند يك نكته كليدي باشد.
- بهبود خواص مكانيكي چوب پلاست (پلیوود). البته ساير خواص چوب پلاست نيز مهم تلقي مي‌شوند ولي خواص مكانيكي هميشه خواص كليدي براي ساختمان، مصالح ساختماني، مانند تخته‌هاي لمبه مي‌باشند.
- بهبود سازگاري پركننده‌ها با شبكه پلي‌مري با ايجاد يك عمل متقابل بين پلي‌مر و پركننده با استفاده از عوامل جفت‌كننده (سازگار كننده).
- بهبود بيشتر خواص چوب پلاست (پلیوود) با استفاده از پلاستيك‌هايي غير از پلي اتيلن مانند پلي‌پروپيلن، پلي وینيل كلرايد و آكريلونيتريل- بوتادين-استايرن (ABS).
جديدترين تاريخ چوب پلاستها با شناخت امروزي اين اصطلاح در اوايل دهه 1990 شروع شد كه فناوري پيشرفته بازيافت محيط زيست (AERT) و يك بخش از شركت شيميايي موبايل كه بعدها Trex (نام تجاري) ناميده شد، اقدام به ساخت تخته ماسيو چوب پلاست (پلیوود) و ساير انواع چوب پلاست داراي %55-45 الياف چوبي با پلي اتیلن كردند. تقريباً همزمان با آن شركت سهامي Andersen اقدام به ساخت محصولات چندسازه چوب- PVC از قبيل چهارچوب در و سپس چهارچوب پنجره كرد. تا اواسط دهه 1990، ساير سازندگان چوب پلاست بازار آن را گسترش دادند.
اين رويدادهاي مهم چوب پلاست جزء اختراع‌های آمريكايي با تاييد AERT در سال 1992 (شماره‌هاي 5082605، 5088910، 5096046) [3-1]، شركت سهامي Andersen در سال 1996 (شماره‌هاي 5486553، 5539027، 5585155) [6-4]، Trex در سال 1998 (شمارههای 5746958، 5851469) [9-8]، Crane در سال 1998 (شماره 5827462) [10] و (شماره5866264) [11] Nexwood در سال 1999 (شماره 5863480) [12] ، Certain Teed در سال 2003 (شماره 6590014) [13] و تولید کننده چندسازهkadant در سال 2004 (شماره 6758996) [14]مي باشند.
موارد بيشتری از اين ثبت اختراع‌ها در ادامه فصل آمده است.
امروزه الياف بلند سلولزي بيشتر مورد توجه‌اند و به‌عنوان معياري براي توسعه بيشتر چوب پلاست تلقي مي‌شوند. سپس نانوذرات به‌عنوان يك افزودني بايد براي رفع بعضي از عيب‌هاي چوب پلاست مثل قابليت اشتعال بالاي آنها (بجز آن‌هايي كه بر پايه PVC هستند)، نويد دهنده باشند. چوب پلاست (پلیوود) های مجوف نيز در سال‌هاي اخير مورد توجه محققان و نوآوران قرار گرفته است. پلاستيك زيست تخريب‌پذير مانند اسيد پلي‌لاکتيك توسط عده‌اي به‌عنوان راهكاري نويد دهنده در چوب پلاست، بهطور عمده براي كاربردهاي داخلي مدنظر مي‌باشند. چهار راهكار قبلي نانو ذرات، چوب پلاست توخالی، و چوب پلاست (پلیوود) زيست تخريب پذیر هنوز هم نمي‌توانند يك راهكار در توسعه چوب پلاست باشند، در عين حال كه غير قابل انكارند.
اختراع‌های به دست آمده توسط شركت‌هاي توليدي پيشرو به اسامي خودشان ثبت شدند.
(ابراهیمی، ق. رستمپور، ا. 1389. در ترجمه چندسازۀ چوب و پلاستیک. آناتول آ، کلیوسوف. تهران. دانشگاه تهران. موسسه انتشارات. 886 صفحه.)
بدون دیدگاه