مطالعه رفتار حرارتی و زاویه تماس قطره در چوب‌پلیمر فورفوریله شده صنوبر

سابقه و هدف: چوب پلیمرهای مختلف، ویژگی‌های متفاوتی را در مقایسه با چوب ماسیو دارند، تحقیقات انجام شده تا کنون بیشتر به بررسی تغییرات فیزیکی و مکانیکی ایجاد شده در این فراورده‌ ها پرداخته است از این رو این پژوهش به منظور بررسی رفتار حرارتی و زاویه تماس قطره در چوب پلیمر فورفوریله شده صنوبر انجام گرفت.مواد و روش‏ ها: نمونه‌های چوب پلیمر با اشباع تحت فشار و پلیمریزاسیون منومر فورفوریل الکل با کاتالیزور حرارت ساخته شدند. نمونه‌های چوبی در دو سطح فورفوریلاسیون کم و زیاد با افزایش درصد وزنی به ترتیب 08/25% و 83/58% آماده و ساخته شدند. ثبات ابعاد نمونه ها با غوطه‌ وری طولانی مدت در آب طبق استاندارد astm d4442، زاویه تماس قطره با روش قطره‌ گذاری آب دیونیزه و رفتار حرارتی نمونه‌ها نیز با تکنیک‌های tga (آنالیز وزن‌ سنجی حرارتی) و dtg (مشتق توزین حرارتی) بررسی شدند. یافته ‏ها: نتایج نشان داد که واکشیدگی حجمی و جذب آب نمونه‌های فورفوریله شده نسبت به نمونه‌های شاهد کاهش می یابد. زاویه تماس قطره نیزدر نمونه های فورفوریله شده نسبت به نمونه‌های شاهد افزایش نشان داد و بیشترین زاویه تماس قطره در فورفوریلاسیون سطح زیاد به‌دست آمد. با محدود شدن فضاهای جذب رطوبت و نفوذ کمتر آب در داخل خلل و فرج چوب زاویه تماس قطره و خاصیت ترشوندگی چوب پلیمرحاصل کاهش یابد. نتایج آنالیز گرمایی (dtg) نمونه های فورفوریله شده نشان داد در فاز اول مقدار انرژی آزاد شده با توجه به بالا بودن دمای سوختن سلولز و پایداری نمونه‌ها کمتر است. در فاز دوم چوب پلیمر فورفوریله شده پایداری حرارتی بیشتری را نسبت به شاهد از خود نشان داده و با افزایش سطح فورفوریلاسیون این پایداری افزایش یافت. در فاز سوم، ترکیباتی که حاصل از تخریب حرارتی سلولز است، کاهش پیدا کرده و ماده قابل اشتعال کمتری تولید شده و انرژی آزاد شده نیز کاهش یافته است. در فاز سوم انرژی لازم برای شکستن پیوندها فراهم شده و صرف مشتعل کردن گازها و قطران می‌شود.نتیجه‏ گیری: بر اساس یافته‏ ها، چوب صنوبر فورفوریله شده نسبت به آزمونه‌های شاهد جذب آب و واکشیدگی حجمی کمتر داشته و دچار تغییرات فیزیکی کمتری می‌شود و بنابراین می‌توان همچنین این فراورده دارای ثبات حرارتی بالاتری نسبت به چوب ماسیو است که کاربرد آن را در مواردی که در معرض دماهای بالاتر هستند ایمن تر می سازد.انتظار داشت در ساخت محصولات چوبی و مبلمان شهری، در ناحیه اتصالات نیز کمتر تحت تاثیر تغییرات شرایط جوی دچار گسیختگی شود.

Study on thermal behavior and contact angle of furfurylated poplar wood-polymer

AbstractBackground and Objectives: Different wood polymers have different properties compared to solid wood. Research has further investigated the physical and mechanical changes of these products. Therefore, this study was conducted to investigate the thermal behavior and drop contact angle of furfurylated poplar wood polymer.Materials and Methods: Wood polymer samples were performed by saturation under pressure and polymerization of furfuryl alcohol monomer with heat catalyst. Wood samples were prepared in two levels of low and high level of furfurylation by increasing the weight percentage gain by 25.08% and 58.83%, respectively. Dimensional stability was assessed by longterm immersion according to ASTM D4442 standard, drop contact angle by deionized water drip method and thermal behavior of samples by TGA (Thermogravimetric Analysis) and DTG (Derivative Thermogravimetry) techniques.Results: The results showed that volumetric swelling and water uptake of saturated samples decreased compared to control sample. Furfuryl alcohol is a polar monomer that enters the cell wall after penetrating the wood and swells the walls after polymerization, thus reducing the water absorption capacity of the wall and leaving less room for swelling. The drop contact angle was increased compared to the control samples and the highest drop angle was obtained at high level furfurylation. By reducing the spaces of moisture absorption and less water penetration inside the pores of the wood, the drop contact angle and the wettability of the woodpolymer will be reduced. The results of thermal analysis showed that with furfurylation and increasing its level, changes in TGA and DTG diagrams occur. DTG results showed that in the first phase, the amount of energy released is lower due to the high burning temperature of cellulose and the stability of the furfurylated specimens. In the second phase, the furfurylated woodpolymer showed greater thermal stability than the control and this stability increased with increasing the level of furfurylation. In the third phase, the samples of furfurylated woodpolymer at low and high levels had less energy released than the control samples. At this stage, the compounds resulting from the thermal degradation of cellulose are reduced and the flammable material is reduced compared to the control samples, resulting in a reduced energy release. In the third phase, the necessary energy is provided to break the bonds and is spent on igniting gases and tar.Conclusion: According to the findings, furfurylated poplar woodpolymer has less water absorption and volumetric swelling than the control samples and undergoes less physical changes due to less water absorption and volumetric swelling. It can be expected that in the manufacture of wood products and urban furniture, the joints will be less affected by changes in weather conditions. This product also has a higher thermal stability than solid wood, which makes its use safer in cases exposed to higher temperatures.