ساخت نانوکامپوزیت چوب ـ پلاستیک با استفاده از پوست پسته


محققان دانشگاه صنعتی اصفهان در طرحی تحقیقاتی با استفاده از پوست پسته، نانوکامپوزیتی ساخته‌اند که به دلیل استحکام کششی زیاد و مقاومت در مقابل رطوبت، رنگ‌باختگی و انواع قارچ‌ها و حشرات، قابلیت کاربرد در صنعت ساختمان‌سازی دارد.

به گزارش ایرنا، با توجه به رشد روزافزون مصرف کامپوزیت‌های چوب ـ پلاستیک، پژوهش‌های گسترده‌ای در زمینه بهبود ویژگی‌های آن‌ها در دست اجرا است و در این میان استفاده از ضایعات کشاورزی به عنوان پرکننده در تهیه کامپوزیت چوب- پلاستیک از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

در این پژوهش از پودر پوست پسته به عنوان پرکننده ماتریس پلی‌اتیلن سنگین استفاده شده و اثر حضور نانورس (cloisite 20A) و پایدارکننده‌های نوری بر خواص کششی، ضربه، رنگ‌باختگی و مقاومت در برابر هوازدگی کامپوزیت چوب- پلاستیک تولیدی مورد بررسی قرار گرفته است.

استفاده بهینه از ضایعات کشاورزی، تبدیل آن به محصولی با خواص مهندسی مطلوب و جلوگیری از قطع درختان از جمله دستاوردهای این طرح است. همچنین با بهره‌گیری از نانو ذرات رس در ساخت این کامپوزیت، میزان جذب آب به وسیله آن کاهش پیدا کرده و استحکام و مدول کششی آن افزایش یافته است.

حضور پایدارکننده‌های نوری آمینی بازدارنده (HALS) و دی‌اکسید تیتانیوم سبب می‌شود که میزان رنگ باختگی محصول با گذشت زمان کم‌تر شود و در مقایسه با نمونه شاهد (بدون حضور پایدارکننده‌ها) به حد قابل قبولی برسد.

مهندس محمد علی عابدینی، کارشناس ارشد پلیمر از دانشگاه صنعتی اصفهان، دلیل انتخاب پودر پوست پسته به عنوان پرکننده را این گونه بیان کرد: ایران و آمریکا همیشه در جایگاه برتر تولید پسته جهان قرار دارند و هر ساله هزاران تن پسته در این دو کشور تولید و صادر می‌شود. بنابراین دسترسی به پوست پسته به عنوان ضایعات کشاورزی در داخل کشور بسیار آسان است.

وی افزود: همچنین ساختار پوست پسته و اجزای تشکیل‌دهنده آن به ویژه سلولز موجود در آن، این ماده را گزینه مناسبی برای ساخت کامپوزیت می‌کند. این ماده حاوی موادی همچون سلولز، همی سلولز و لیگنین است.

بزرگ‌ترین مزیت کامپوزیت چوب ـ پلاستیک سازگاری آن با محیط زیست است. این ماده که از چوب‌های زائد و مواد پلاستیکی بازیافتی ساخته می‌شود، هزینه نگه‌داری کم‌تری در مقایسه با چوب سخت دارد و در برابر پوسیدگی‌ها، قارچ‌ها و حمله حشرات از مقاومتی بالا برخوردار است.

عابدینی در مورد مراحل ساخت و بررسی نانوکامپوزیت تولیدی گفت: در ساخت این نانوکامپوزیت از سه قسمت وزنی (phc) مختلف نانوذرات رس، پایدارکننده‌های نوری آمینی بازدارنده (HALS) و دی اکسید تیتانیوم استفاده شده و ماده زمینه نیز از پلی‌اتیلن سخت است.

وی با بیان این که در این تحقیق طراحی آزمایش‌ها به روش آماری تاگوچی صورت گرفته است، افزود: ۹ ترکیب از درصدهای مختلف مواد اولیه به روش دو مرحله‌ای اختلاط مذاب در یک اکسترودر دو مارپیچه ساخته شد سپس از آماده‌سازی نمونه‌ها، آزمون‌های کشش و ضربه بر روی آنها انجام شد.

عابدینی ادامه داد: بهترین نمونه انتخاب و همراه با نمونه شاهد در دستگاه آزمون هوازدگی (Q-Panel) قرار گرفت. آزمون هوازدگی به مدت هزار و ۵۰۰ ساعت بر روی نمونه‌ها انجام شد. در فاصله زمانی ۲۵۰، ۵۰۰، هزار و هزار و ۵۰۰ ساعت، آزمون سنجش رنگ و آزمون کشش بر روی نمونه‌ها انجام شد و نتایج مورد بررسی قرار گرفت.

بر اساس نتایج گزارش شده، بهترین میزان افزایش استحکام کششی و مدول کششی در صورت استفاده از سه قسمت وزنی نانوذارات به دست می‌آید و با افزایش این مقدار به شش قسمت نتیجه معکوس خواهد شد. به گونه‌ای که با افزایش میزان نانورس از صفر به سه قسمت وزنی، استحکام کششی ۲۷% افزایش می‌یابد، در حالی که با افزایش بیشتر به شش قسمت، این ویژگی به ۴% کاهش می‌یابد.

از آنجایی که سطح ویژه نانورس بسیار زیاد است، سطحی که در معرض زنجیرهای پلیمری قرار می‌گیرد، بسیار بزرگ است. بنابراین افزایش چشمگیر مدول کششی در درصدهای بسیار کم نانورس دور از انتظار نیست. با تشکیل ساختارهای لایه‌ای و بین لایه‌ای و ایجاد چسبندگی سطحی قوی بین پلیمر و نانوذرات رس، تحرک زنجیرهای پلیمری با محدودیت روبرو می‌شود و تنش وارد شده به کامپوزیت به ذرات نانورس با مدول و استحکام کششی بالا انتقال پیدا می‌کند.

اما زیاد شدن مقدار نانوذرات رس به شش قسمت وزنی، موجب کاهش دو درصدی مدول کششی می‌شود. در درصدهای بالای نانورس، تشکیل ساختار لایه‌ای کاهش پیدا می‌کند.

جذب آب درون کامپوزیت به طور غیرمستقیم نشان‌دهنده میزان چسبندگی بین سطحی بین پلی‌اتیلن و ضایعات کشاورزی است.

در صورتی که چسبندگی بالا باشد، جذب آب کامپوزیت کمتر از حالتی است که چسبندگی ضعیف است. جذب آب زیاد نشان‌دهنده این است که ضایعات کشاورزی با زنجیرهای پلی‌اتیلنی کپسولی نشده است و نمی‌تواند به عنوان سدی در برابر نفوذ آب به کامپوزیت عمل کند.

جذب رطوبت از طریق مغز لیف، حفره‌های کوچک، فواصل و نقص‌های موجود در فصل مشترک و میکروترک‌های به وجود آمده در ماتریس هنگام اختلاط صورت می‌گیرد.

این تحقیقات حاصل همکاری مهندس محمدعلی عابدینی، دکتر سعید نوری خراسانی عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی اصفهان و مهندس جواد مفتخریان است و نتایج آن در مجله Polymers and Polymer Composites به چاپ رسیده است.

منبع: همشهری آنلاین


نظرات