به گزارش ایرنا، با توجه به رشد روزافزون مصرف کامپوزیت های چوب ـ پلاستیک، پژوهش های گسترده ای در زمینه بهبود ویژگی های آن ها در دست اجرا است و در این میان استفاده از ضایعات کشاورزی به عنوان پرکننده در تهیه کامپوزیت چوب- پلاستیک از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
در این پژوهش از پودر پوست پسته به عنوان پرکننده ماتریس پلی اتیلن سنگین استفاده شده و اثر حضور نانورس (cloisite 20A) و پایدارکننده های نوری بر خواص کششی، ضربه، رنگ باختگی 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 بهره گیری 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 پایدارکننده های نوری آمینی بازدارنده (HALS) و دی اکسید تیتانیوم سبب می شود که میزان رنگ باختگی محصول با گذشت زمان کم تر شود و در مقایسه با نمونه شاهد (بدون حضور پایدارکننده ها) 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 می شود. بنابراین دسترسی به پوست پسته به عنوان ضایعات کشاورزی در داخل کشور بسیار آسان است.
وی افزود: همچنین ساختار پوست پسته و اجزای تشکیل دهنده آن به ویژه سلولز موجود در آن، این ماده را گزینه مناسبی برای ساخت کامپوزیت می کند. این ماده حاوی موادی همچون سلولز، همی سلولز و لیگنین است.
بزرگ ترین مزیت کامپوزیت چوب ـ پلاستیک سازگاری آن با محیط زیست است. این ماده که از چوب های زائد و مواد پلاستیکی بازیافتی ساخته می شود، هزینه نگه داری کم تری در مقایسه با چوب سخت دارد و در برابر پوسیدگی ها، قارچ ها 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، پایدارکننده های نوری آمینی بازدارنده (HALS) و دی اکسید تیتانیوم استفاده شده و ماده زمینه نیز از پلی اتیلن سخت است.
وی با بیان این که در این تحقیق طراحی آزمایش ها به روش آماری تاگوچی صورت گرفته است، افزود: 9 ترکیب از درصدهای مختلف مواد اولیه به روش دو مرحله ای اختلاط مذاب در یک اکسترودر دو مارپیچه ساخته شد سپس از آماده سازی نمونه ها، آزمون های 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 500 ساعت بر روی نمونه ها انجام شد. در فاصله زمانی 250، 500، هزار و هزار و 500 ساعت، آزمون سنجش رنگ و آزمون کشش بر روی نمونه ها 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 می آید و با افزایش این مقدار به شش قسمت نتیجه معکوس خواهد شد. به گونه ای که با افزایش میزان نانورس از صفر به سه قسمت وزنی، استحکام کششی 27% افزایش می یابد، در حالی که با افزایش بیشتر به شش قسمت، این ویژگی به 4% کاهش می یابد.
از آنجایی که سطح ویژه نانورس بسیار زیاد است، سطحی که در معرض زنجیرهای پلیمری قرار می گیرد، بسیار بزرگ است. بنابراین افزایش چشمگیر مدول کششی در درصدهای بسیار کم نانورس دور از انتظار نیست. با تشکیل ساختارهای لایه ای و بین لایه ای و ایجاد چسبندگی سطحی قوی بین پلیمر و نانوذرات رس، تحرک زنجیرهای پلیمری با محدودیت روبرو می شود و تنش وارد شده به کامپوزیت به ذرات نانورس با مدول و استحکام کششی بالا انتقال پیدا می کند.
اما زیاد شدن مقدار نانوذرات رس به شش قسمت وزنی، موجب کاهش دو درصدی مدول کششی می شود. در درصدهای بالای نانورس، تشکیل ساختار لایه ای کاهش پیدا می کند.
جذب آب درون کامپوزیت به طور غیرمستقیم نشان دهنده میزان چسبندگی بین سطحی بین پلی اتیلن و ضایعات کشاورزی است.
در صورتی که چسبندگی بالا باشد، جذب آب کامپوزیت کمتر از حالتی است که چسبندگی ضعیف است. جذب آب زیاد نشان دهنده این است که ضایعات کشاورزی با زنجیرهای پلی اتیلنی کپسولی نشده است و نمی تواند به عنوان سدی در برابر نفوذ آب به کامپوزیت عمل کند.
جذب رطوبت از طریق مغز لیف، حفره های کوچک، فواصل و نقص های موجود در فصل مشترک و میکروترک های به وجود آمده در ماتریس هنگام اختلاط صورت می گیرد.
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
