تاثير تيمار شيميايي ماده چوبي بر خواص گرمايي و قابليت ترشوندگي چندسازه آرد چوب - پلي پروپيلن

Effect of chemical modification of wood material on the thermal properties and wettability of wood flour - polypropylene composites

سابقه و هدف: در سال هاي اخير، الياف طبيعي سهم قابل توجهي از صنعت پلاستيك را به خود اختصاص داده است، كه منجر به ظهور چندسازه هاي چوب پلاستيك در صنعت ساختمان شده است . محصولاتي نظير كف پوش، حصار، چارچوب پنجره و كاشيهاي سقف در حال معرفي به بازار هستند. علي رغم كاربرد وسيع، الياف طبيعي داراي معايبي بوده كه از جمله آن مي توان به دماي مجاز پايين تر براي فرآورش و ناسازگاري بين الياف طبيعي آب دوست و پليمرهاي آب گريز اشاره كرد. اين مشكل را مي توان با افزودن ماده سازگاركننده به تركيب و اصلاح شيميايي الياف كاهش داد. اين تحقيق با هدف بررسي تأثير تيمار شيميايي ماده چوبي بر خواص گرمايي جذب آب و قابليت ترشوندگي چندسازه حاصل از آرد چوب- پليپروپيلن انجام شد. مواد و روش ها: ابتدا تيمارهاي شيميايي مختلف شامل مرسريزاسيون، استيلاسيون و بنزيلاسيون بر روي آرد چوب انجام شد. سپس آرد چوب تيمار شده به همراه پل يپروپ يلن و ماده سازگاركننده در دستگاه مخلوط كن داخلي تركيب شده و نمونه هاي آزموني با استفاده از روش قالب گيري تزريقي ساخته شد. درصد وزني آرد چوب 60 درصد وزن كل چند سازه انتخاب شد. مقدار مالئيك انيدريد پيوند شده با پلي پروپيلن در تمام تيمارها 2 phc ثابت در نظر گرفته شد. خواص گرمايي نمونه ها شامل پايداري گرمايي و مقدار بلورينگي با استفاده از تجزيه وزن سنجي گرمايي (TGA) و روش گرماسنجي رويشي تفاضلي (DSC) اندازه گيري شد. همجنين زوايه ترشوندگي نمونه هاي تيمار شده با استفاده از روش قطره چسبنده به منظور تعيين ميزان آب گريزي آن ها اندازه گيري و با نمونه هاي بدون تيمار مقايسه شد. كارآمدي اصلاح شيميايي با استفاده از طيف سنجي مادون قرمز (FTIR) تأييد شد. يافته ها: نتايج نشان داد با انجام اصلاح شيميايي، پايداري گرمايي چندسازه به دليل بهبود چسبندگي و قابليت ترشوندگي در سطح اتصال افزايش يافت. از طرف ديگر ميزان بلورينگي در نمونه هاي اصلاح شده به واسطه ايجاد هسته هاي بلوري در ماده زمينه پليمري و رشد بلورها، افزايش نشان داد. همچنين با انجام تيمار شيميايي، زاويه تماس قطره آب بر روي سطح نمونه ها افزايش مي يابد . طيف FTIR نمونه هاي تيمار شده نشان داد كه تغيير شدت پيك ها در باندهاي جذبي نمونه هاي تيمارشده نشان داد كه تغيير شدت پيكها در باندهاي جذبي 3400 cm-1 و 1740 cm-1 به دليل واكنش گروه هاي هيدروكسيل و تشكيل گروه هاي استري است. نتيجه گيري: براساس يافته هاي اين تحقيق مي توان نتيجه گيري كرد كه انجام تيمار شيميايي آرد چوب موجب افزايش پايداري گرمايي و خواص آب گريزي در چند سازه حاصل از پليپروپيلن مي شود.

Background and objectives: In recent years, natural fibers have made significant contributions to the plastic industry, which has led to the emergence of wood plastic composites (WPC) in the construction industry. Products such as decking, fencing, siding, window framing, and roof tiles are being introduced into the market. The uses of wood plastic composites are also increasing in automative, transportation, military, and etc. Despite the widespread application, the natural fibers have some disadvantages, such as lower processing temperature, and incompatibility between the hydrophilic fibers and hydrophobic polymers. This problem can be alleviated by incorporation of coupling agent into the compound and modification of the fibers. This research was carried out to investigate on the effect of chemical modification of wood material on the thermal properties and wettability of wood flour - polypropylene composites. Materials and methods: Firstly, the different chemical treatments on wood flour, namely mercerization, acetylation and benzoylation were done. Then, the chemically treated fibers with polypropylene and coupling agent were compounded by an internal mixer, and samples were fabricated by injection molding. The weight ratio of wood flour was 60% based on the total weight of composites. The amount of PP-g-MA as was fixed at 2 phc for all formulations. Thermal properties and fractional crystallinity of samples were studied by thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetriy (DSC), and then compared with those of untreated samples. The wettability of chemically treated samples were also measured by sessile drop method to determine the water repellency, and compared with those of untreated samples. Results: Results indicated that the thermal stability of composites increased by applying chemical treatments due to improving the interface adhesion and good wettability. Furthermore, the fractional degree of crystallinity of chemically treated samples increased due to the growth of crystals and the formation of nucleates in the polymer matrix. Furthermore, the distributions speed of the water droplet on the samples decreased by applying chemical treatments due to the increasing of contact angle evolution time of the water droplet on the sample surface. FTIR spectra of treated fibers showed that the intensity of the bonds at 3400 and 1740 cm-1 change due to reaction of O-H groups and formation of ester groups in samples. Conclusion: Based on the findings, it can be concluded that the chemical treatments have improved the thermal stability and hydrophobicity of composites.