خواص شیمیایی پوست فندق و قابلیت آن برای استفاده در ساخت تخته خرده

چكيده:

پوسته فندق یک ماده طبیعی تجدید شونده است که تا کنون استفاده صنعتی از آن نشده است. هدف این مطالعه بررسی بعضی خواص شیمیایی (میزان هلوسلولز، سلولز لیگنین، خاکستر و میزان حل شوند گر آن در الکل – بنزن، آب سرد و داغ و ...قلیای رقیق (1 درصد هیدروکسید سدیم NaoH) پوسته فندق و نیز ارزیابی قابلیت آن در ساخت تخته خرده بود. در این مطالعه تخته خورده هایی با استفاده از پوسته فندق به عنوان یک جایگزین برای صنعت محصولات جنگلی ساخته شده اند 2 دانسیته (6 ، 7) و 3 نوع رزین (اوره فرم الدئید، فنول فرم الدئید و ملامین فنول فرم الدئید به عنوان تیمار انتخاب شد نتایج حاکی از آن بود که پوسته ضایعاتی فندق یک منبع طبیعی و تجدید شونده با ارزش برای ساخت تخته خرده بوده و می تون آن را به عنوان جایگزین چوب در ساخت تخته استفاده کرد. معایب آن نظیر جذب آب و واکشیدگی ضخامت آن را می توان به سادگی با اضافه کردن مواد شیمیایی دافعه الرطوبه کنترل کرد خواص مقاومت به خمش و مقاومت چسبندگی داخلی تخته های تولید شده از پوسته فندق پیش نیازهای استاندارد تولید  (2-2/3 TS.4N) برای مصارف عمومی را در دانسیته 7/0 gr/cm را برآورده ساخت.

 

مقدمه:

تقاضا برای چوب در صنعت محصولات جنگلی در حال افزایش است اما تولید چوب صنعتی از جنگل های طبیعی در حال کاهش است. کاهش در منابع جنگلی در کشورهای در حال توسعه به علت کاهش سطح جنگل های صنعتی برای کاربردهای دیگر نظیر محل های تفریحی و تفرجگاه است. همچنین فشار قابل توجهی در نتیجه افزایش جمعیت و محل های کاربرد جدید به روی منابع جنگلی موجود حاکم است که نتیجه این ها نیاز به جایگزینی چوب است. باقی مانده های کشاورزی مواد جایگزین بسیار خوبی برای چوب می باشند برای اینکه آنها فراوان همه جایی و با قابلیت دسترسی بالا می باشند. علاوه بر فراوانی و تجدید شوندگرانها استفاده از ضایعات کشاورزی مزایای اقتصادی زیست محیطی و فنی دارد. در قدیم کشاورزان بعد از برداشت محصول فرد باقیمانده های بعد از برداشت محصول را سوزانده یا دفن می کردند اما توجه به استفاده صنعتی از ضایعات کشاورزی می تواند برای کشاورزی به معنی در آمد دوم از کاشت یک محصول باشد.

سوزانیدن باقیمانده های کشاورزی همچنین باعث مشکلات زیست محیطی نظیر آلودگی هوا، فرسایش خاک و کاهش فعالیت بیولوژیکی خاک می شود. بنابراین استفاده از باقی مانده های کشاورزی نه تنها باعث کاهش آلودگی هوا که نتیجه سوزانیدن آنها است. و سلامت انسان و محیط زیست را به خطر می اندازد بلکه برای کشاورزی عواید و درآمد ثانویه نیز محسوب می شود.

استفاده از باقی مانده های کشاورزی به عنوان مواد اولیه در صنعت چوب جنگل جدید نبوده و سابقه آن به دهه 1900 در صنعت خمیر و صفحات بر می گردد. امروزه خمیر شیمیایی و محصولات صفحه ای به طور تجاری در بسیاری از کشورها از جمله ترکیه با استفاده از باقیمانده های کشاورزی تولید می شود. مشکلات مربوط به استفاده از ضایعات کشاورزی در صنعت چوب و جنگل شامل هزینه زیاد جمع آوری، حمل و نقل و دسته بندی این مواد است. بعضی از این مشکلات را می توان با احداث کارخانه کوچک در محل های روستایی حل کرد.

به منظور برآوردن کردن تقاضا درآینده و نیز فائق آمدن به نواقص چوب پژوهش های زیادی به منظور استفاده از باقیمانده های کشاورزی به عنوان مواد اولیه در صنعت چوب و کاغذ در ساخت مواد مرکب در چندین کشور انجام شده است. Joung quist و همکاران گزارش جهانی در مورد استفاده از گیاهان غیر چوبی در صنعت چوب و جنگل ارائه کرده اند. اکثر مطالعات به مسئله پایداری ضایعات کشاورزی در صنعت چوب و کاغذ پرداخته اند. ترکیه برای دهه های متوالی به عنوان یک کشور فقیر از نظر جنگل مطرح بوده است و نواقص و معایب مربوط به چوب و کمبود منابع چوبی باعث وابستگی هر چه بیشتر این کشور به کشورهای خارجی می شود. نتیجتاً چندین پژوهش در ترکیه به بررسی قابلیت ساخت محصولات چوبی جایگزین معطوف شده و پژوهش هایی بر روی ساخت مواد مرکب از ساقه پنبه، ساقه آفتابگردان و ضایعات حاصل از هرس کیوی انجام شد. یکی از ضایعات کشاورزی که در ترکیه فراوان می باشد پوسته فندق است که از طرف دیگر توجه زیادی به قابلیت آن استفاده در صنعت چوب و جنگل شده است. ترکیه بزرگترین تولید کننده و صادر فندق دنیا با تولید 73 درصد کل فندق دنیا می باشد (450.000- 400.000 تن در سال) بنابراین سالانه تقریباً 450.000- 400.000 تن پوسته فندق برآورد می شود که سوزانیده و یا دفن می شود و بدون اینکه به مزایای اقتصادی و زیست محیطی استفاده ازآنها در ساخت محصول در صنعت چوب و جنگل توجهی شود بنابراین هدف این پژوهش بررسی پتانسیل استفاده از پوسته فندق در ساخت تخته سه لایه و کمک به کمبود مواد اولیه در صنعت چوب و کاغذ است.

مواد و روش ها:

ضایعات پوسته فندق برای ساخته تخته خرده از مزرعه در DUZCE ترکیه درست بعد از برداشت فندق جمع آوری شد. مواد حاصله از ناخالصی ها پاک شده و سپس خرد و به منظور بدست آوردن ذرات مناسب برای ساخت تخته خرده غربال شدند. ذرات جمع شده روی الک های با اندازه سوراخ 5/1 و 8/0 میلی متر به ترتیب در ساخت لایه مرکزی و سطحی تخته استفاده شدند. اندازه گیری دانسیته پوسته فندق با استفاده از روش جابجایی آب تعیین شد. برای انجام از مدل های شیمیایی آماده سازی و انجام آزمایش مطابق استاندارد Tappi.Tom98) انجام شد. میزان هلوسلولز و القا سلولز به ترتیب مطابق استانداردهای om v1,TappiT2.3 انجام شد. آزمایشات زیر به منظور تعیین میزان لیگنین (tappi T 222 OM 98) و میزان خاکستر  ( Tappi T 211om 93) به خدمت گرفته شد خاصیت حل شوندگر در الکل – بنزل توسط از مدل tappi T204 CM97 و حل شوندگر در آب سرد و داغ Tappi T2/7 om 93 و حل شوندگر در NaoH مطابق         ازم دل tappi T212OM 98 انجام شد.

ذرات فندق غربال شده برای ساخت تخته خرده در دمای   110-100 تا رطوبت 3 درصد خشک شدند. اوره فرم الدئید فنل فرمالید و ملانین اوره فرم الدئید (muf) به عنوان اتصال دهنده انتقاد شد. خواص چسب های مذکور در جدول 1 آمده است محلول کلرید آمونیوم 33 درصد (NH4CL) به عنوان هاردنر استفاده شد در هنگام ساخت تخته ها از هیچ ماده شیمیایی آب گریزی استفاده نشد.

آزمایشات به منظور ارزیابی تأثیر دانسیته تخته (r/cm3 و 7/0 و 6/0) و نوع چسب           (muf , pe, uf)بر روی تخته ها انجام شد. جدول طرح آزمایشات برای تخته خرده سه لایه در جدول 2 آمده است.

کیک تخته خرده آماده شده در فشار حداکثر  و دمای 150 برای مدت 6 دقیقه پرس شد. دو تخته خرده آزمایش با ابعاد cm2× 48× 48 برای هر طرح آزمایش ساخته شده و در دمای و رطوبت نسبی 5 65 درصد برای رسیدن به رطوبت تقریباً 12 درصد به حالت تعادل رسیدند. تخته ها بعد از دور بری و اندازه بری به ابعاد 2× 46× 46 cm رسیدند. بعضی خواص فیزیکی مطابق استاندارد های دانسیته (1999 323 TS-EN) جذب آب و واکشیدگی ضخامت (1999   312 TS-EN) مورد ارزیابی قرار گرفت. خواص مکانیکی شامل مقاومت به خمش استاتیک مقاومت به چسبندگی داخلی تخته با استفاده از یک دستگاه جهانی آزمایش شد.

تمام داده ها با استفاده از آزمون تجربه واریانس و از مدل جدا سازی میانگین رانکن از نظر آماری تجزیه و تحلیل شد.

بحث و نتایج: دانسیته پوسته فندق 23/0 بود. که نشان می دهد دانسیته پوسته فندقی در مقایسه با مواد خام چوبی ( 75/0 4/0) و ساقه کیوی (  5/0) خیلی کمتر و در محدوده دانسیته ساقه پنبه ( 28/0) می باشد.

بعضی خواص شیمیایی پوسته فندق در جدول 3 خلاصه شده است. مقایسه بین خواص شیمیایی پوسته فندق با دیگر ضایعات کشاورزی نشان داد که پوسته فندق کمترین میزان هلوسلولز و سلولز الفا را دارد. از نظر لیگنین با پوسته فندقی بیشترین میزان را در بین ضایعات کشاورزی داشته و در محدوده پهن برگان است. میزان مواد حل شونده پوسته فندق در آب سرد و آب داغ مشخص شد که بیشتر از دیگر ضایعات کشاورزی می باشد. میزان حل شوندگی در NaoH 1 درصد برای پوسته فندق بیشترین بوده و در محدوده ساقه پنبه قرار داشت. از طرف دیگر قابلیت حل شوندگی در الکل- بنزن پوسته فندق کمترین و در محدوده گونه های چوبی مشابه بود.

نتایج آزمون واریانس و از مدل جداسازی میانگین دانکن بعد از خاصیت جذب آب واکشیدگی ضخامت تخته خرده های ساخته شده از پوسته فندق در جدول 4 آمده است.

میانگین درصد واکشیدگی ضخامت تخته خرده های ساخته شده از پوسته فندق به طور قابل توجهی از نظر زمان غوطه وری در آب (001/0 < P) متفاوت بوده و با افزایش زمان غوطه وری از 2 به 24 ساعت برای تمام صفحات افزایش یافت. ضخامت تخته خرده بر روی میانیگن درصد واکشیدگی ضخامت تخته ها تأثیر داشت (P<0005) تخته خرده با دانسیته بالا (  7/0) که از جسب اوره فرم الدئید ساخته شده بود بیشترین میانگین واکشیدگی ضخامت در 24 ساعت غوطه وری و کمترین میانگین واکشیدگی برای 24 ساعت غوطه وری در آب را به خود اختصاص داد. تخته با دانسیته بالای دیگری که از چسب MUF ساخته شده بود کمترین میزان واکشیدگی در ضخامت در 2 و 24 ساعت غوطه وری درآب را به خود اختصاص داد. از طرف دیگر سومین تخته خرده چوب با دانسیته بالا از چسب PF ساخته شده بود افزایش قابل توجهی در واکشیدگی ضخامت در مدت زمان غوطه وری 2 ساعت از خود نشان داد هر چند در مدت زمان غوطه وری در 24 ساعت میزان واکشیدگی نسبتاً کم بود. بیشترین میانگین درصد واکشیدگی ضخامت برای تخته های با دانسیته بالا را می توان با افزایش تعداد گروه های OH جذب کننده آب در مواد توجیه کرد. همچنین بسته به مدت زمان غوطه وری در آب، نوع چسب استفاده شده در ساخت تخته خرده ممکن است اثرات متفاوتی بر روی جذب آب گذاشته باشد. نتایج مشابهی برای واکشیدگی ضخامت ساقه پنبه و ضایعات حاصل از هرس کیوی برای مدت زمان غوطه وری 2 ساعت و برای مدت زمان غوطه وری 24 ساعت ساقه پنبه مشاهده شده است. نوع چسب استفاده شده بر روی هر واکشیدگی ضخامت مواد تأثیر می گذارد (P<0/001) و بیشترین میانگین درصد واکشیدگی برای تخته های ساخته شده با چسب MUF و کمترین آن برای تخته های متصل شده با چسب PF مشاهده شد. درصد واکشیدگی ضخامت در مدت زمان غوطه وری 24 ساعته بای تمام صفحات تولید شد بیشتر از حد تعیین شده در استاندارد 312 TS-EN (یعنی 14 درصد) بود. این ممکن است به دلیل عدم استفاده از مواد شیمیایی دافع الرطوبه در حین ساخته تخته باشد بنابراین درصد واکشیدگی ضخامت بالا از خواص ذاتی ضایعات کشاورزی بود. و ترتیب آن به صورت زیر است. کتان 20 درصد، ساقه تنباکو 22 درصد، ساقه پنبه 24 درصد، شاهدانه 25 درصد، ساقه آفتابگردان 25 درصد، و ضایعات مزرعه چای 27 درصد است. مقادیر جذب آب تخته خرده حاصل از پوسته فندق بسته به دانسیته (P<0/001) و نوع چسب (P<0/001) و زمان غوطه وری در آب (P<0/001) تفاوت قابل ملاحظه ای مشاهده می شود. با افزایش مدت زمان غوطه وری از 2 به 24 ساعت و نیز با افزایش دانسیته از 6/0 به 7/0 گرم بر سانتی متر مکعب مقادیر جذب آب تخته افزایش یافت.

تخته خرده ساخته شده از چسب MUF بیشترین جذب آب را در مدت زمان واکشیدگی 2 و 24 ساعت داشت. تخته های با دانسیته بالا از آنجایی که کمترین فضای خالی را در ساختار خود داشتند لذا انتظار رفت که کمترین جذب آب را داشته باشند. این یافته ها با نتایج دیگر یافته ها مشابه است. نتایج آزمون های تجزیه پراکندگی و جدا سازی میانگین دانکن برای نتایج مقاومت به خمش و مقاومت به چسبندگی داخلی تخته خرده حاصله در جدول 5 آمده است. میانگین مقاومت به خمش مشاهده شده از 70/7 تا 0/12  متغیر است. تمام صفحات تولید شده بغیر از آنهایی با دانسیته  7/0 تولید شده از چسب PF, UF حداقل مقاومت به خمش مورد نیاز استاندارد 2-2/3 TS-EN باری کاربرد های عمومی تخته خرده را برآورده نکردند. نتایج حاکی از آن است که با افزایش دانسیته تخته یک تأثیر مثبت بر روی مقاومت به خمش تخته خرده دارد (P<0/001) نتایج مشابهی توسط دیگر محققین برای ساقه پنبه و ضایعات حاصل از هرس کیوی گزارش شده است. چسب های استفاده شده در این مطالعه بر روی مقاومت به خمش تأثیر داشتند و بیشترین مقاومت به خمش مربوط به تخته های ساخته شده از PF, UF بود (P<0/01).

مقاومت به چسبندگی داخلی ( 1) تخته خرده چوب تولیدی از 336/0 تا 505/0 متغیر بود. حداقل مقدار مورد نیاز برای کاربردهای عمومی در استاندارد 1996- 2-312 EN 24% و برای محصولات داخل ساختمان در استاندارد 1996 3-312 EN و برای ضخامت تحت بار مستقیم مطابق استاندارد 1996 4-312 EN 35% و برای ضخامت تحت بارهای زیاد مطابق استاندارد 1996 6 – 312 EN 50% است. نتایج نشان داد که تخته خرده های با دانسیته 7/0 ساخته شده از چسب UF تنها تخته هایی بودند که مطابق استاندارد برای مصارفی که در آن تخته تحت بارهای سنگین قرار          می گیرد قابل استفاده بودند. از طرف دیگر تخته خرده با دانسیته  6/0 فقط حداقل پیش نیازها برای مصارف عمومی تخته را دارا بود. بایستی ذکر شود که تخته خرده پایه ساخته شده از چسب های به زحمت حداقل های مربوط به تخته های مورد کاربرد در مصارف عمومی و مصارف تحت بار را بر آورده کردند.

افزایش دانسیته منجر به افزایش مقاومت چسبندگی داخلی (  1) شد (P<0/001) از طرف دیگر مشخص شد نوع چسب هیچ تأثیری بر روی مقاومت به چسبندگی داخلی در سطح اعتماد 95 درصد ندارد.

نتیجه گیری:

نتایج نشان داد که تولید تخته خرده از ضایعات پوسته فندق با استفاده از چسب UF MUF , PF از نظر فنی امکان پذیر است. نشان داده شد که پوسته فندق را می توان به عنوان یک ماده با ارزش در ساخت تخته خرده استفاده کرد. پوسته فندق در میان دیگر ضایعات کشاورزی و گونه های چوبی دارای کمترین میزان هلوسلولز و سلولز و بیشترین مقدار حل شوندگی درآب سرد و آب داغ است. حد شوندگر آن در NaoH 1 درصد قابل مقایسه با ساقه پنبه و حل شوندگر آن در الکل – بنزن مشابه گونه های چوبی بود. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که تخته خرده حاصله از پوسته فندق در مقایسه با تخته خرده چوب دارای درصد واکشیدگی ضخامت و مقدار جذب آب بیشتری می باشد. اضافه کردن مواد شیمیایی دافع الرطوبه نظیر پارافین در حین ساخت تخته ها می تواند به راحتی میزان جذب آب و واکشیدگی ضخامت را کاهش دهد. آزمایش های مکانیکی نشان داد که تخته خرده ها با دانسیته 7/0 تولید شده با 8-10 درصد رزین PF, UF حداقل استانداردها برای مصارف عمومی را دارا می باشد.

تخته خرده های ساخته شده با چسب MUF کمترین مقاومت به خمش و چسبندگی داخلی را داشتند.

تاریخ ارسال: 1393/2/20
تاریخ بروزرسانی: 1393/2/20
تعداد بازدید: 2456
ارسال نظر