تركيب چندسازه ‌های چوب پلاستيك (چوب پلاست / WPC)

پركننده‌های ليگنوسلولزی در چوب پلاست / WPC 

اصطلاح چندسازه‌هاي چوب پلاستيك به چوب به‌عنوان معرفي از مواد ليفي (فيبري) با منشاء گياهي، منسوب است. چوب در چوب پلاست / WPC  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.

سلولز ليگنين زدايي شده تنها به يك شكل، يعني ماده‌اي اصلي در تركيب بيوداك (Biodac)، به‌عنوان پرکننده­ای تجاری در تولید تخته به‌كار می­رود. سلولز به وسیله تیمار شیمیایی خمیر چوب برای کاربردهای كاغذسازي، لينگين زدايي مي‌شود. از ديگر پركننده­هاي سلولز پايه مانند آرد چوب، خاك اره و پوسته‌شالي، موادي طبيعي هستند كه داراي سلولز، همي‌سلولز و ليگنين مي‌باشد.

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 تخته ­های چوب پلاست / WPC 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 تخته­ های چوب پلاست / WPC دارای آرد چوب و الیاف طبیعی به‌عنوان پرکننده طبق گزارش­های ICC

جدول3-­1

الياف سلولزي خالص دانسيته جرم نسبتا ً‌پاييني دارد، حدود^3g/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 D_a 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 سلولزی در چوب پلاست / WPC در ثبت اختراع‌های ايالات متحده

موادي كه هم اكنون به‌عنوان چوب پلاست / WPC 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 / WPC 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. البته ساير خواص چوب پلاست / WPC 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 با استفاده از پلاستيك‌هايي غير از پلي اتيلن مانند پلي‌پروپيلن، پلي وینيل كلرايد و آكريلونيتريل- بوتادين-استايرن (ABS).

جديدترين تاريخ چوب پلاست / WPC ها 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 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 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 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.

آغاز چوب پلاست / WPC : مواد گرماگير

اولين چوب پلاست (WPC) در دهه 1960 تركيبات قالبي گرماگير داراي الياف سلولزي به‌عنوان پركننده بودند.

براي مثال اختراع آمريكايي به شماره ثبت 3367917 [15] يك چندسازه قالبي رزيني فرمالدهيد- بنزوگوانامين داراي يك پركننده ليفي مانند α- سلولز از خمير كاغذ به مقدار 25 و%45 وزني را تشريح مي‌كند.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 3407154 [16] و 3407155 [17] يك تركيب قالبي گرماگير رزيني اوره فرمالدهيد و رزين آمينوپلاست با واكنش­گر ذوب پذير اوره فرمالدهيد و رزين آمينوتریازين فرمالدهيد و الياف خالص سازي شده α- سلولز (%25-15 وزني) به‌عنوان پركننده آن را تشريح مي­كند.

اختراع بعدي در اين زمينه در اختراع‌های آمريكايي به شماره‌هاي ثبت 4282119 [18] و 4362828 [19]‌ تشريح شده‌ است. در اين اختراع‌ها تخته‌خرده‌هايي با استفاده از عوامل جفت كننده ساخته شدند كه تركيبي از پلي‌ايزوسيانات با يك زرين آمينوپلاست شامل 65/0 -25/0 مول فرمالدهيد به ازاي هر اكي‌والان مول  گروه‌هاي آمينو مي‌باشد.

اختراع آمريكایي به شماره ثبت 3546158 [20] ‌يك كف‌پوش را شرح داده است كه داراي يك ترپلي‌مر، يك پركننده غير ليفي (كربنات كلسيم، سيليس، خاك رس، كائولين و كربن‌سياه (ذغال) و يك پركننده ليفي مثل آرد چوب، الياف سلولزي و آزبست مي‌باشد. تركيب ممكن است داراي%53-25 وزني پركننده غير ليفي و %40-17 وزني پركننده ليفي باشد كه پركننده­ها %80-50 وزن كل چندسازه محاسبه شده‌اند.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 3720641 [21]‌ فرآيند اختلاط يك رزين قالبي پلي آميد آروماتيك با پركننده‌هاي تقويت كننده مانند پشم شيشه، آزبست، ‌الياف سلولزي و الياف پنبه با مقدار2 تا %70 وزن كل چندسازه را شرح مي‌دهد.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 5288775 [22] چندسازه پلي‌آكريليك گرماگير قالب‌پذير داراي %15-3 الياف سلولزي، پركننده و آب را تشريح مي‌كند. اين چندسازه سخت و داراي اتصال مولكولي عرضي مي‌باشد و به يك هاردنر شيميايي نياز دارد.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 5767177 [23]‌ يك چندسازه گرماگير داراي %43-33 رزين پلي‌استر گرماگير ، %15-5 الياف سلولزي چوبي یا پنبه، %21-15 پركننده معدني (كربنات كلسيم، آلومينيوم آبپوشيده) و %5/22-5/12 الياف تقويت كننده مانند شيشه، كربن يا Kevlar را تشريح مي‌كند.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 5767178 [24] يك تركيب گرماگير (يا سرماگير) از يك فنل آلدهيد، يك اوره- فرمالدهيد يا يك  پلي‌اورتان كه با الياف سلولزي و لاتكس مخلوط شده و داراي اكسي كلريد منيزيم يا اكسي سولفات منيزيم براي بهبود مقاومت به آتش چندسازه حاصل را تشريح مي‌كند.

يك تركيب گرماگير كه داراي رزين­هاي ‍PVC و پلي‌استر همراه با خاك اره و پركننده‌هاي معدني مي‌باشد نيز در اختراع آمريكايي به شماره ثبت 5783125 [25] (توسط شركت پلاستيك Crane) تشريح شده است.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 6291558 [26] ‌يك چندسازه را تشريح كرده است كه با يك رزين اوره فرمالدهيد مخلوط با يك رزين گرماگير ليگنو­سولفوناتي  به ذرات چوب اسپري مي‌شود تا به  چسببندگی ذرات چوب كمك كند.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 6702969 [27]‌ يك چندسازه را تشريح كرده است كه با اختلاط يك رزين گرماگير مانند رزين فنولي، رزين اوره، رزين ملامين، رزين اپوكسي، رزين اورتان، و تركيبي از آن‌ها آماده سازي شده است تا قطعات چوب را به هم اتصال دهد و پركننده‌هايي مانند گرافيت‌هاي طبيعي و سنتزي، فلز، كربن و ساير تركيبات مشابه و مخلوط­هاي آن‌ها را پيوند دهد.

سلولز عامل مقاوم سازي در مخلوط با پلاستيك گرماگير

تلاش‌هاي اوليه

– در دهه 1970- براي ساخت تركيبات گرمانرم پرشده با سلولز يك سري موانع را معرفي كردند. مشخص شد كه پركننده‌ها، به خصوص الياف سلولزي به آساني در سرتاسر ساختار پلاستيك طي تركيب كردن و قالب­گيري پخش نمي­شود. با توجه به اين، به‌طور معمول محصولات پاياني چندسازه‌ هاي پلاستيك تقويت شده با الياف خواص فيزيكي مطلوبي را از خود نشان نمي‌دهند. اين مشكل در تعدادي اختراع به‌طور گسترده مطالعه شد.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 3856724 [28]‌ يك چندسازه بر پايه پلي‌پروپیلن‌ يا پلي‌اتیلن با دانسيته پايين (LDPE) (دانسيته 92/0) و %45-5، با ترجيح %20 وزني α- سلولز (100 مش) همراه با چند افزودني را تشريح كرده است.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 3875088 [29] يك چندسازه‌ داراي %75-50 از يك اتصال دهنده رزيني گرمانرم (ABS يا پلي استايرن اصلاح شده با لاستيك) و %40-20 آرد چوب (40 مش و 100 مش) با نسبت پلاستيك به آرد چوب بين 5/1 و 3 را تشريح مي‌كند.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 3878143 [30] يك چندسازه‌ داراي %63 وزني PVC يا پلي استايرن يا ABS و %30 آرد چوب همراه با مقدار اندكي افزودني را تشريح مي‌كند.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 3943079 [31] يك چندسازه‌ داراي پلي‌مر PVC گرمانرم و الياف سلولزي به‌عنوان ماده اصلي را تشريح مي‌كند كه الياف سلولزي از خمير چوب يا لينتر پنبه به مقدار حدود 16 تا %30 وزن كل مي‌باشد.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 4165302 [32] تركيبات رزين گرمانرم پر شده داراي LDPE، پلي­‌پروپیلن و ساير رزين‌ها (به مقدار 95 تا %50 وزني)، پركننده‌هاي آلي (مانند آرد چوب)  پركننده‌هاي معدني (مانند خاكستر سبك يا كربنات كلسيم) را تشريح مي­كند اين اختراع در اصل به افزايش شاخص جريان مذاب تركيبات رزيني گرمانرم پرشده به جاي ويژگي‌هاي مكانيكي آن‌ها مربوط است.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 4250064 [33] ‌مربوط به‌كاربرد، پركننده‌هاي آلي با دانسيته پايين (مانند الياف پلي­استر يا الياف سلولزي) همراه با تركيبي از پركننده‌هاي معدني ريز و درشت مانند كربنات كلسيم (%50-20 وزني) مي‌باشد كه سبب مي‌شود پركننده آلي به آساني و به‌طور يكنواخت در شبكه پلاستيك (ترجيحاً‌ پلي‌اتیلن كلردار شده يا يك وينيل كلرايد/كوپلي‌مر استات وينيل) پخش شود و از كلوخه شدن قابل رويت پركننده جلوگيري نمايد.

اختراع آمريكايي به شماره 4339363 [34] يك تركيب رزين گرمانرم به همراه ضايعات خرد شده كاغذ (%60-40 وزني) پلي‌اتیلن، پلي‌پروپيلن يا ساير رزين‌هاي گرمانرم و تركيبي از آن‌ها و به‌طور اختياري يك پركننده معدني مانند كربنات كلسيم، تالك، سولفات باريم يا شبيه اين‌ها (%12-8 وزني) را تشريح مي‌كند. اين اختراع نشان مي­هد كه تركيباتي از اين قبيل مقاومت به گرما، تاخير در اشتعال و مقاومت‌هاي مكانيكي را در مقايسه با چندسازه‌هايي با رزين‌هاي سنتزي، خالص یا مخلوط شده با چوب آسياب شده يا داراي پركننده معدني افزايش مي‌دهند.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 4343727 [35] ‌يك ماده قالبي گرمانرم به‌صورت مخلوط تزريقي داراي PVC و الياف سلولزي (لخته Solca-Floc، %20-50 وزني) به همراه روغن سوياي اپوكسي­دار شده، بسط دهنده‌هاي هيدروكربن‌ و اسيد استئاريك به‌عنوان يك روان كننده را تشريح مي‌كند.

ساير روش‌هاي بهبود پخش كنندگي الياف سلولزي در يك شبكه گرمانرم در اختراع آمريكايي به شماره ثبت 4414267 [33] تشريح شده است كه با توجه به آن الياف سلولزي (كرافت پهن‌برگان، از 1 تا %40 وزن چندسازه پاياني) با مخلوط كردن آن‌ها در آب و تماس آن‌ها با يك سوسپانسيون آبي با تركيبي از يك پلي­مر وینيل كلرايد و يك نرم‌كننده پيش تيمار شده و سپس الياف تيمار شده خشك مي‌شوند.

روش‌هاي ديگر براي بهبود قابليت پخش ‌پركننده سلولزي در اختراع آمريكايي به شماره ثبت 4559376 [37] توصيف شده است. كه با توجه به آن مواد سلولزي و ليگنوسلولزي در معرض يك پيش‌تيمار هيدروليتيك با استفاده از اسيد هيدروكلريك يا اسيد سولفوريك رقيق­شده‌ قرار مي‌گيرند. در حقيقت، تيمار مواد سلولزي يا ليگنوسلولزي را به يك پودر ریز ميكروكريستال سلولز تبديل مي‌كند كه سبب قابليت پخش بهتر در يك شبكه پلي‌مري مثل پلي‌اتيلن با دانسيته بالا (HDPE) مي‌شود.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 5474722 [38] يك چندسازه با %80-20 مواد سلولزي (چوب آسياب شده، خاك اره، آرد چوب، پوسته شالي و …) و پلي‌اتيلن را تشريح مي­كند.

اختراع آمريكايي به شماره‌هاي ثبت 5746958 [8]‌ و 5851469 [9]‌(هر دو توسط شركت Trex) توليد يك چندسازه چوب- پلاستيك گرمانرم با تركيبات چوب (%65-40 وزني، ترجيحاً

%52) و پلي‌اتيلن (%35-60) ترجيحاً ‌ HDPEو ترجيحا ً‌%48 وزني را تشريح كرده است.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 6610232 [39] مربوط به يك فرآيند آماده سازي تركيب چندسازه گرمانرم قالب پذير داراي %50-20 وزني از يك پركننده الياف ليگنو سلولزي تقويت كننده داراي طول حداقل mm15 و قطر كم‌تر از  mm5/0 و داراي درصد معيني الياف مومانند مي‌‌باشد.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 6743507 [40]‌ چندسازه‌هاي سلولزي تقويت شده با الياف داراي يك شبكه پلي‌مري مانند پلي­اتيلن، ‌پلي‌پروپیلن، كوپلي‌مرها، ترپلي‌مرها و تركيبي‌از آن‌ها به مقدار حدود 25 تا 99 درصد وزني و خمير سلولزي داراي  سلولز با درصد خلوص بيش از حدود 80، 90 يا %98 وزني را توصيف كرده است.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 67598996 [14] ‌(توسط توليد كننده چندسازه kadant و امروزه به نام چند سازه LDI) چندسازه سلولزي گرمانرم تقويت شده­ای را تشريح مي­کند كه در آن سلولز لينگين زدايي­شده همراه با مواد معدني كربنات كلسيم و خاك رس كائولين در لجن تر كاغذسازي به‌صورت ذرات كوچك متخلخل سبك وزن خشك شده (گرانول) مي‌‌باشد. اين گرانول‌ها به آساني و به‌صورت يكنواخت با پلاستيك مذاب مخلوط مي‌شوند و به­دليل آبگريزي ذرات (ظرفيت جذب روغن آن‌ها %15 وزني مي‌باشد) و تخلخل آن‌ها با شبكه پلي‌مري پيوند مناسبي برقرار مي‌كنند.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 6833399 [41] ‌الياف ليف كتان و خرده‌هاي كاه (ساقه) كتان را به‌عنوان عامل تقويت كننده  براي يك رزين گرمانرم در يك چندسازه‌ داراي %70-15 وزنی كتان و رزين گرمانرم مانند پلي اتيلن، پلي‌پروپیلن، PVC، پلي‌استايرن و ساير پلي‌مرها تشريح كرده است.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 6929841 [42] توليد چندسازه بر پايه پلاستيك داراي يك پلي‌مر گرمانرم مانند پلي‌پروپیلن و پلي‌اتيلن و دو نوع چوب يا ذرات الياف طبيعي كه در آن ذرات كوچك داراي طول mm2-2/0 و ذارت بزرگ‌تر دارای طول mm6-2 می­باشند، را تشریح می‌کند. ذرات الیاف چوبی یا غیر چوبی موجود در پلاستیک حدود %70-50 وزنی می­باشند. الیاف سلولز طبیعی از کتان، کتان هندی، شاهدانه، آگاو، نارگیل و سایر مواد غیر چوبی انتخاب شده­اند. الیاف غیر چوبی می­توانند پشم شیشه با ضریب نمای (لاغری) 400-300  و در حدود  %25-3 ‌باشند.

اختراع آمریکایی به شماره ثبت 6939496 (43) شرح یک سیستم و روش تزریق مواد چندسازه الیاف سلولزی-پلاستیک می باشد که دارای %95-60 وزنی از یک پلی­مر مانند پلی پروپیلن، پلی اتیلن، و PVC ، %30-20 از الیاف سلولزی بدست آمده از موادی مانند آرد چوب (ذرات با اندازه 60 مش) . شاهدانه، کتان، کاه گندم و یک عامل اتصال دهنده مخلوط شده با پرکننده می باشد.

تاریخچه بهینه سازی خواص مکانیکی و دیگر خواص چوب پلاست (WPC)

در دهه 1980، توجه بسیار زیادی به بهينه‌سازی خواص فیزیکی مانند مقاومت مکانیکی، سفتی، مقاومت به تغییر شکل حرارتی و غیره در محصولات چندسازه الیاف- پلاستیک (چوب پلاست) معطوف شده بود.  پی برده شد که رطوبت درالیاف سلولزی منجر به تشکیل بخار در توام کننده یا اکسترودر می­شود که تخلخل محصول و اکسیدشدن مخلوط را در حالت مذاب طی فرآوری تسریع می­کند و محصول پایانی را ضعیف و کم دوام می­نماید.

اختراع آمریکایی به شماره­های ثبت 4687793 [44] و 7483493 [45] حذف رطوبت از الیاف سلولزی (آرد چوب، پوسته شالی، ضایعات کاغذ، خمیرو …) قبل از اختلاط آن ها با یک پلی­مر گرمانرم (پلی پروپیلن، ABS، PVC و …) با تیمار حرارتی (ºC 150-80) یا تیمار مواد سلولزی با گلی‌اکسال (%12-5/0 وزنی) را توصیف کرده است. این اختراع­ها نشان دادند که این تیمار رطوبت پرکننده سلولزی را به مقدار زیادی حذف می­کند و در نتیجه محصولات قالبی تولید شده فاقد حفرات یا تاول در دماهای ºC 160 و بیشتر قالب می­باشند و خواص فیزیکی محصولات قالبی (دارای %65-10 وزنی پرکننده سلولزی) را بهینه می­سازد.

اختراع آمريکایی به شماره ثبت 4833011 [46] یک روش برای کاهش مقدار آب الیاف سلولزی (خمیر شیمیایی رنگبری شده با ترمومکانیکی) قبل از اختلاط آن با رزین گرمانرم (به­ویژه یک رزین پلی­استر غیر اشباع مانند یک رزین اپوکسی، با یک تسریع کننده شبکه عرضی) را تشریح کرده است. روش خشک کردن ارائه شده مستلزم تیمار حرارتی (گرم کردن الیاف) یا تیمار شیمیایی (تیمار  الیاف با الکل­هایی مانند اتانول، پلی‌وینیل الکل، بوتانول، یا هپتانول) می­باشد. مخلوط حاصل در یک قالب حرارت داده شده و پرس می‌شود که سبب عمل آوری و اتصال عرضی در آن می‌گردد.

اختراع آمریکایی به شماره ثبت 4717743 [47] یک ترکیب رزین بر پایه اولفین دارای ورق­های کاغذ روزنامه خرد شده به قطعات کوچک (به اندازه mm 3-6، به مقدار %60 -20 وزن کل چندسازه، یا %40-20 وزن داده شده در مثال ها) و پلی­مر گرما­نرم مانند LDPE  یا HDPE یا پلی پروپیلین را توصیف کرده است.

اختراع آمریکایی به شماره ثبت 4737532  [48] یک ترکیب رزینی گرمانرم دارای PVC، یک رزین ABS و مقدار زیادی آرد چوب (بیش از %60 وزنی که درمثال ها داده شده) که در دمای ºC 200 برای تولید ورق­های چندسازه پرس می­شود را تشریح کرده است.

اختراع آمریکایی به شماره ثبت 6368529 [49] شرح یک ترکیب رزین گرمانرم – مواد لیگنوسلولزی است که دارای بورات کلسیم برای مقاوم کردن در برابر حمله حشرات و قارچ­های مخرب چوب می‌باشد. در اینجا ترجیح داده شده است که بورات­های کلسیم، پلی تربیورات کلسیم  و هگزابورات‌های کلسیم به مقدار حدود 1 تا %4 وزنی باشند. مواد لیگنوسلولزی از کتان، شاهدانه، کتان هندی،  باگاس و کاه انتخاب شده بودند.

اختراع آمریکایی به شماره ثبت 6527532 [50] (توسط شرکت Trex) تشریح یک روش ساخت برای چندسازه چوب-پلاستیک (چوب پلاست) گرمانرم است که باتوجه به آن پروفیل اکسترود شده  با نورد در یک محیط غیر اکسید کننده مثل آب خنک، تولید می­شود.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 6578368 [51] روشي است براي خنك كردن چندسازه‌هاي پلي‌مر- سلولز اكسترود شده و قالب‌گيري شده، در بين پلاستيك‌ها و تركيبات پلاستيكي ديگر كه گفته مي‌شود اين روش براي سرمازايي با يك دماي پايين حدود ºC 157- مانند اکسیژن مایع، نیتروژن مایع، نئون مایع، هیدروژن مایع و هلیوم مایع به کار می‌رود.

اختراع آمریکایی به شماره  ثبت 6590014 (13) (توسط شرکت سهامی Certainteed) مربوط به یک چندسازه گرمانرم یا گرماگیر برپایه PVC، پلی اتیلن، پلی پروپیلن، نایلون، پلی استرها، اپوکسی­ها، و مانند آن، با آرد چوب است به‌ویژه آرد چوب بلوط که دارای تانن و ترکیبات شیمیایی است که قادرند با تانن­ها واکنش دهند و به سبب آن از باختگی ناشی از آب در پروفیل چندسازه چوب پلاست جلوگیری می­کنند. ترکیبات شیمیایی ذکر شده در این اختراع حداقل دو گروه فعال دارند مانند سوکسینک انیدرید، اسید سوکسینیک، اسیدمالئیک، مالئیک انیدرید و مانند آن‌ها.

اختراع آمریکایی به شماره ثبت 6627676 [52] شرح چندسازه پلاستیک – الیاف مقاوم به باکتری دارای یک ماده الیاف سلولزی، ضایعات پلاستیک صنعتی، یک ضد باکتری مانند هیپوکلریت سدیم، ویتامین E، و اسید سیتریک است. قبل از افزودن باکتری­کش، لینگین از طریق فرآیند لینگین‌زدایي مانند انفجار بخار از ماده لیفی حذف می­شود و بعد از افزودن باکتری­کش، لینگین به مخلوط اضافه می‌شود تا سبب اتصال الیاف سلولزی با ماده پلاستیکی گردد.

اختراع آمریکایی به شماره ثبت 6827995 [53] شرح فرآیند اکستروژن همزمانی است که برای ساخت پروفیل مجوف WPC دارای یک لایه خارجی مساعد هوادیدگی ساخته شده از یک نوع پلی­مر (پلی­مر اول)، یک لایه مغزی ساخته شده از یک ترکیب مجوف پلی­مری گرمانرم با یک بخش چوبی (پلی­مر دوم) و یک لایه داخلی ساخته شده از ماده پلاستیکی گرمانرم (پلی­مر سوم) به کار رفته است. مواد پلی­مری اول و دوم شامل PVC  یا آکریلونیتریل- استایرن- آکریلیک پلی‌مری یا ترکیبی از آن­ها می­باشند. مواد پلی­مری سوم شامل PVC  می‌باشند.

اختراع آمریکایی به شماره ثبت 6844040 [54] تشریح فرآیند اکستروژن همزمانی برای ساخت پروفیل مجوف و مقاوم­سازی شدة ساختمانی از WPC است. این پروفیل­های مجوف از مواد چندسازه الیاف سلولزی، پلی­مر گرمانرم با جزء مقاوم ساز تولید می‌گردند.

اختراع آمریکایی به شماره ثبت 6844049 [55] شرح پروفیل چندسازه چوب پلاست PVC- چوب با الیاف طبیعی فرآوری شده با رنگ (برای تولید چندسازه­ای رنگی) است.

اختراع آمریکایی به شماره­های ثبت 6881367 [56] و 6890637 [57] (هر دو توسط مصالح ساختمانی ELK) شرح فرآیند ساخت مواد چندسازه چوب- پلی­مر گرمانرم است. که دارای %25 وزنی الیاف چوبی 25-20 مش، %40 وزنی پلاستیک مانند پلی اتیلن یا پلی پروپیلن و %35 فایبرگلاس خرد شده به طول حدود mm25-6 می‌باشد.

اختراع آمریکایی به شماره ثبت 6903149 [58] شرح چندسازه­ای چوب-پلاستیک (چوب پلاست) است که دارای 100 قسمت وزنی از یک رزین گرمانرم مانند PVC، پلی اولفین، پلی استایرن، یک رزین پلی‌استر و یک رزین پلی‌آمید، 400-5 قسمت  وزنی آرد چوب و 20-05/0 قسمت وزنی دی بازیک پلی اُل استر دارای حداقل یک گروه هیدروکسیل استری شده با اسید چرب است.

اختراع آمریکایی به شماره ثبت 6958185 [59] (توسط شرکت پلاستیک Crane، TimberTech) شرح ترکیب چوب-پلاستیک (چوب پلاست) چندلایه است، دارای یک لایه از یک نوع ترکیب که با ترکیب نوع دوم تقویت می‌شود. اجزای چندلایه­ای حاصل از نظر ظاهری، مقاومتی، دوام، وزن، هوادیدگی، و سایر خواص بهینه می‌باشد.

تاریخچه بهينه‌ سازي پركننده با ماتريس زمينه (پلي‌مر) در چوب پلاست: جفت‌كننده

توجه زيادي نيز به بهبود سازگاري پركننده به شبكه (ماتريس) پلي‌مري با ايجاد عمل متقابل بين ‌پركننده و پلي‌مر معطوف شده است. سازگار كننده‌ها مي‌توانند با الياف سلولزي يا يك پلي‌مر اتصال شيميايي داشته باشند، يا مي‌توانند بين اين دو پيوند شيميايي كوالانسي تشكيل دهند، يا مي‌توانند به تشكيل يك آلياژ يكنواخت بين دو يا چند پلي‌مر نه چندان سازگار با يكديگر كمك كنند و يا سازگار كننده ‌ها مي‌توانند چسبندگي بين الياف و پلي‌مر را بهبود بخشند. در كل سازگار كننده‌ها به‌طور قابل ملاحظه‌اي خواص فيزيكي چندسازه‌هاي چوب پلاست پلي‌مري، قابليت هواديدگي آن‌ها، و عملكرد آن‌ها را بهبود مي‌بخشند.

اختراع آمريكايي به شمار ثبت 4376144 [60] شرح چندسازه چوب پلاست گرمانرمي است كه در آن الياف سلولزي (خمير پهن‌برگان، 1 تا %40 وزني) با يك عامل اتصال دهنده ايزوسيانات (يك تريمر حلقوي از تولوئن دي‌ايزوسيانات) به ماتريس PVC متصل مي‌شود.

يك روش مشابه‌كاربرد آلكيل ايزوسانات‌ها براي پيوند الياف سلولزي (1 تا %50 وزن چندسازه) به پلي‌مرهاي گرمانرم مانند پلي‌اتيلن در اختراع آمريكايي به شماره ثبت 4791020 [61] تشريح شده است. در هر دو اختراع پيشنهاد شده است كه اگر الياف سلولزي با اين روش تيمار شوند قابليت پخش آن‌ها به داخل پلي‌مر و چسبندگي آن‌ها بهبود مي‌يابد. همان‌طور‌كه در اختراع قبلي بيان شد، مكانيزم دقيق پيوندي كه اتفاق مي‌افتد معلوم نيست، اما ظاهراً بخش ايزوسيانات فعال در عامل اتصال دهنده با گروه‌هاي هيدروكسيل روي الياف سلولزي واكنش مي‌دهد و يك پيوند شيميايي با آن تشكيل مي‌دهد.

از ساير سازگار كننده‌ها، يك سايليل‌دار كننده به همراه يك سري عوامل متصل كننده ايزوسیاناتي مانند پلي‌متيلن پلي‌فنيل ايزوسيانات، 1 و 6 هگزامتيلن دي‌ايزوسيانات است كه در اختراع آمريكايي به شماره‌هاي ثبت 4820749 [62] و 5008310 [63] تشريح شده‌اند. اين اختراع‌ها يك ماده چندسازه تقويت شده داراي يك پلي‌مر گرمانرم يا گرماگير مانند پلي‌اتيلن با دانسيته پايين (LDPE)، پلي‌پروپیلن يا پلي‌استايرن، خمير چوب آسياب شده (%40-10 وزني)، پركننده‌هاي معدني مانند خاك رس، كربنات كلسيم، آزبست، و پشم شيشه (%30-10 نسبت به خمير چوب)، انيدريد مالئيك(%5-0) و γ- آمينو پروپيل تري اتوكسي سيلان يا عوامل سايليل‌دار كننده مشابه (%8-1/0 وزني) يا ايزوسيانات‌ها (%20-1/0 وزني) را تشريح مي‌كنند. اين اختراع‌ها نشان مي‌دهند كه فرآيند جفت‌كنندگي و پيوندكنندگي سيلان يا ايزوسيانات منجر به قابليت جريان بهتر پلي‌اتيلن و خواص فيزيكي بهتر محصول چندسازه پاياني مي‌شود.

اختراع آمريكايي به شمار ثبت 5120776 [64] نيز كاربرد مالئيك ‌انیدرید (%4-0) براي بهبود پيوند و قابليت پخش يك مخلوط تزريق شده از %90-60 پلي‌اتيلن و %10-40 آرد چوب (يا خمير CTMP) را شرح مي‌دهد

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 4851458 [65] ماده چندسازه‌ چوب پلاست را تشريح مي‌كند كه داراي PVC و پركننده سلولزي (الياف سلولزي يا چوب آسياب شده، ترجيحاً %20-3 وزن كل) همراه با يك تقويت كننده چسبندگي با تركيب يا ساختار شيميايي ناشناخته مي‌باشد. تقويت كننده چسبندگي (به‌صورت اندود يا اسپري) قبل از اين كه الياف در داخل پلي‌مر تثبيت شوند به‌كار مي‌روند. اين اختراع ادعا مي‌كند كه چندسازه  چوب پلاست عنوان شده در دماي بالا در مقايسه با PVC داخل آن يا چندسازه پر شده با كربنات كلسيم داراي همكشيدگي كم‌تري مي‌باشد، به ويژه در يك آزمايش در دماي C ْ110 و به مدت 1 ساعت، اين اختراع­ها نشان داده­اند كه PVC داراي همكشيدگي %4-2 در جهت طولي مي‌باشد در حالي كه چندسازه PVC- سلولز در شرايط مشابه داراي همكشيدگي كم‌تر از %1 مي‌باشد.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 5153241 [66] شرح چندسازه چوب پلاست ساخته شده از پلي‌مرهاي گرمانرم مانند LDPE، پلي‌پروپیلن يا پلي‌استايرن (%60-90) و خمير چوب يا آرد چوب (%40-10 وزني) پيوند شده با يك عامل جفت كننده تيتانيوم (ايزوپروپيل تري [n-اتيل آمينو اتيل آمينو] تيناتات) در استون، به همراه بعضي پر كننده‌هاي معدني مانند كربنات كلسيم و سيمان پرتلند مي‌باشد.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 5516472 [7] (شركت strandex) چندسازه‌ چوب پلاست / WPC را تشريح مي‌كند كه داراي تقريباً %26 HDPE و %65 آرد چوب مي‌باشد و در حضور استئارات روي (%2) به‌عنوان يك روان كننده و به همراه رزين فنولي و پلي اورتان با مقادير اندكي افزودني و عوامل پيوند دهنده (به ترتيب %3/1-4) اكسترود مي‌شود.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 5952105 [67] يك تركيب گرمانرم را عنوان مي‌كند كه داراي كاغذ اندود شده خرد شده (%70-50 وزني) و پلي‌اتيلن (%50-30) مي‌باشد. مثال ارائه شده در اين اختراع ساخت يك مخلوط 80 گرمي از يك چندسازه چوب پلاست قالبگيري شده تحت فشار را تشريح مي‌كند كه داراي HDPE (%39)، كاغذ اندود شده (بريده كارتن شير %59) و يك عامل جفت كننده (Polybond 3009، %2) مي‌باشد.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 5973035 [68] توسط همان نويسنده شرح تركيب گرمانرم مشابهي است كه داراي بريده كاغذ (%70-50 وزني) و پلي‌اتيلن (%50-30) مي‌باشد. مثال ارائه شده در اين اختراع ساخت يك مخلوط 80 گرمي از يك چندسازه چوب پلاست قالب‌گيري شده تحت فشار است كه داراي HDPE (%39)، بريده‌هاي كاغذ روزنامه يا مجله (%59) و يك عامل جفت كننده (Fusabond 100D، %2) مي‌باشد.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 6207729 [69] يك تركيب گرمانرم مشابه را تشريح مي‌كند كه داراي مواد سلولزي بريده شده يا ريز شده (%70-50 وزني) مانند كاغذ روزنامه كهنه، مجله‌ها، كنف، كارتن كرافت و مانند آن، HDPE (%50-23)، كربنات كلسيم (%17-11) و يك عامل جفت كننده (Fusabond 100D، %2) مي‌باشد.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 5981631 [70] حصول سازگاري اجزا را در تركيب گرمانرم تشريح مي‌كند كه با اكسترود كردن يك پلي‌مر (پلي اتيلن، پلي‌پروپیلن، يا PVC)، الياف چوبي و يك عامل جفت كننده داراي اسيدهاي چرب و اسيدهاي روزين، كه هر دو داراي حداقل 16 اتم كربن مي‌باشند، انجام مي‌شود.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 6939903 [71] مربوط به فرآيندي براي آماده‌سازي مواد چوب پلاست / WPC است كه داراي تيمار الياف طبيعي مانند آرد چوب، شاهدانه، كتان هندي، كتان، و كنف با يك واكنش­گر ارگانوسيلان بوده كه الياف تيمار شده به مقدار %85-20 وزن HDPE مي‌باشد. كه با افزودن يك جفت كننده پلي‌اولفين فعال شده مانند مالئيك ‌انیدرید، پلي‌اتيلن يا ‌پروپیلن (با وزن مولكولي بين 300000- 20000 و نسبت مالئيك ‌انیدرید به مول پلي‌مر 310-6/0 براي مواد پلي‌مر است) تقويت مي‌شود.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 6942829 [72] يك روش شكل‌گيري ماده چندسازه چوب پلاست / WPC را تشريح مي‌كند كه داراي %80-20 وزني الياف سلولزي مانند الياف پهن‌برگان، الياف سوزني‌برگان، شاهدانه، كتان هندي، پوسته شالي، و كاه گندم، %20-80 وزني پلي‌مر گرمانرم مانند پلي‌پروپیلن، پلي‌اتيلن، پلي‌آميدها، پلي‌استرها، و ساير پلي‌مرها، %10-1/0 وزني مخلوطي از يك پايدار کننده غيريوني يا يك روان كننده مي‌باشد.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 6983571 [73] يك چندسازه پانل‌هاي بام را شرح مي‌دهد كه داراي پلي­اتيلن، پلي‌پروپیلن، يا تركيبي از آن‌ها به مقدار %40-20 وزني، و الياف طبيعي به مقدار %75-40، به دست آمده از آرد چوب، باگاس نيشكر، شاهدانه، ليف نارگيل، كتان هندي، كنف، الياف آگاو، كتان، مغز ليف نارگيل، پوسته‌ شالي، و پنبه مي‌باشد.

اختراع آمريكايي به شماره ثبت 7041716 شرح چندسازه چوب پلاست گرمانرمي است كه داراي يك پلي‌اولفين مانند پلي‌اتيلن يا پلي‌پروپیلن به مقدار %90-20 وزني، يك ‌پركننده سلولزي مانند آرد چوب به مقدار %80-30 وزني، يك ‌پركننده فعال بازي مانند الياف شيشه به مقدار %25-5 وزني، و يك كربوكسيليك ‌انیدرید پيوند يافته با پلي اولفين مانند مالئيك ‌انیدرید پيوند يافته با پلي ‌پروپیلن به مقدار %5-1 مي‌باشد.