ویژگی‌های فیزیکیشیمیایی و ریزساختاری چوب‌پلیمر اصلاح شده با ترکیبات سیلانی

سابقه و هدف: ‌یکی از انواع روش‌های بهبود خواص زیستی و مکانیکی چوب، اشباع آن با مونومر است. متیل‌‌متاکریلات یکی از متداول‌‌ترین مونومرهای وینیلی است که کاربرد گسترده‌ای در تهیه کامپوزیت‌های چوب‌پلیمر دارد. اما برخی مونومرهای وینیلی، غیرقطبی هستند و بدون اثر محسوس بر گروه‌های هیدروکسیل چوب، صرفاً حفرات‌سلولی و دیگر فضاهای خالی چوب را به‌صورت فیزیکی پر می‌کنند. بنابراین، چوب‌پلیمر حاصل علی‌رغم کاهش سرعت جذب آب، همچنان آب‌دوست باقی می‌ماند. تشکیل پیوند بین مونومرهای غیرقطبی و گروه‌های هیدروکسیل چوب از طریق اعمال اصلاح ترکیبی و تاثیر بر ساختار شیمیایی چوب، بهبود ویژگی‌های فیزیکی را محسوس‌تر خواهد نمود. پژوهش حاضر با هدف بررسی اثر اصلاح دیواره‌ای با ترکیبات سیلانی (تترااتوکسی‌سیلان و وینیل‌تری‌اتوکسیسیلان) بر خواص فیزیکی، ساختار شیمیایی و آناتومی چوب اصلاح‌شده با ‌پلیمر متیل‌متاکریلات انجام شد.مواد و روش‌ها: اشباع چوب صنوبر در یک فرایند خلاءفشار دومرحله‌ای، نخست با ترکیب سیلانی و متعاقباً مونومر متیل‌متاکریلات در حضور آغازگر بنزوئیل‌پراکساید انجام شد. برای اصلاح دیواره‌ای، نمونه‌های اشباع‌شده با تترااتوکسی‌سیلان در دمای 120 درجه سانتیگراد قرار‌گرفتند. سپس نمونه‌های اصلاح دیواره‌ای شده با متیل‌متاکریلات اشباع شدند. در خصوص نمونه‌های حاوی سیلان‌وینیلی، اصلاح با ترکیب سیلانی و مونومر وینیلی همزمان انجام شد. جذب آب و تغییرات ابعاد، ساختار شیمیایی و آناتومی چوب‌پلیمر حاصل به‌ترتیب طی آزمون غوطه‌وری در آب، طیف‌سنجی زیر‌قرمز تبدیل فوریه (ftir) و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی بررسی گردید. یافته‌ها: تغییرات طیف‌زیرقرمزتبدیل فوریه موید اصلاح دیواره سلولی چوب توسط ترکیبات سیلانی بود. اصلاح چوب با تلفیق تترااتوکسی‌سیلان/وینیل‌تری‌اتوکسی‌سیلان/متیل‌متاکریلات به بیشترین افزایش در شدت پیک گروه کربونیل انجامید. حضور پلیمر متیل‌متاکریلات در حفرات سلولی و افزایش مقدار آن در ساختار چوب اصلاح دیواره‌ای‌شده به‌وسیله تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی تایید شد. اصلاح با ترکیب سیلانی به بهبود نرخ تبدیل مونومر به پلیمر انجامید که این بهبود در اصلاح با ترکیب وینیلی سیلان محسوس‌تر بود. سطح حاوی وینیل‌تری‌اتوکسی‌سیلان، علی‌رغم واکنش‌پذیری کمتر، به‌دلیل امکان بسپارش و برقراری پیوند با متیلمتاکریلات، افزایش ‌وزن بیشتری را در نمونه‌ی اصلاح تلفیقی نشان داد. کارایی آبگریزی نمونه‌های حاوی متیل‌متاکریلات با افزایش زمان غوطه‌وری در آب کاهش یافت، که این تنزل در تلفیق با اصلاح دیواره‌ای کمتر شد. بیشترین اثر ضدواکشیدگی در نمونه‌های اصلاح تلفیقی تترااتوکسی‌سیلان/ وینیل‌تری‌اتوکسی‌سیلان/ متیل‌متاکریلات بدست آمد. نتیجه‌گیری: تلفیق اصلاح دیواره‌ای چوب با ترکیبات سیلانی و اشباع حفرات سلولی با متیل‌متاکریلات سبب افزایش سازگاری پلیمر با دیواره سلول، و همچنین اشغال حفرات و فضاهای خالی درون چوب توسط پلیمر گردید. اصلاح با هر دو ترکیب سیلانی/ پلیمر متیلمتاکریلات بیشترین بهبود را در ویژگی‌های فیزیکی چوب‌پلیمر ایجاد کرد. وینیل‌تری‌اتوکسی‌سیلان در مقایسه با تترااتوکسی‌سیلان به بهبود محسوس‌تر خواص فرآورده چوب‌پلیمر حاصل انجامید.

Physicochemical and microscopic properties of wood polymer modified with silane compounds

AbstractBackground and objectives: Impregnation of wood with monomers is one of the methods to improve biological and mechanical properties of wood. Methymetacrylate (MMA) is a common kind of vinyl monomers that applied broadly in wood polymer composite manufacturing. But vinyl monomers are nonpolar and exclusively fill cell lumens and other void spaces, without significant effect on hydroxyl groups of wood. Therefore, despite reducing water absorption rate, the resultant wood polymer still remains hydrophil. Bonding formation between nonpolar monomers and hydroxyl groups of wood through incorporated modification, probably will improve physical and mechanical properties of wood. This research performed with the purpose of investigation the effect of cell wall modification with tetraethoxy silane (TEOS) and vinyltriethoxy silan (VTEOS) on physical properties, chemical and microscopic structure of methymetacrylate wood polymer. Materials and methods: Modification of poplar wood was performed by a double process vacuum/pressure, initially with TEOS and subsequently with VTEOS/MMA at presence of benzoyl peroxide as initiator. At first, samples were impregnated with TEOS, and cell wall modification performed at 120 C. Then cell wall modified samples were impregnated with MMA. In combined level, modified samples with TEOS, were impregnated simultaneously with MMA/VTEOS. Water absorption and dimensional change, chemical and microscopic structure of result wood polymer, were respectively investigated by immersing samples in water, Fouriertransform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscope (SEM).Results: Changes in FTIR spectra confirmed wood cell wall modification with silane compounds. Modification with TEOS/VTEOS/MMA induced the highest intensity of carbonyl peak. Presence of MMA in cell lumen and increase of its presence in structure of cell wall modified wood confirmed by SEM. Modification with silane compounds enhanced monomer to polymer conversion rate which was more significant in vinyl silane compound. Vinyltriethoxy silane containing level, in spite of lower reactivity, indicated higher weight gain due to possibility of polymerization and bound formation with MMA. Water repellent efficiency of MMA containing samples were reduced with increasing immersion time in water, which cell wall modification with silane compounds decreased this reduction. The highest antiswelling efficiency were observed in TEOS/VTEOS/MMA modification level.Conclusion: Incorporation of cell wall modification with silane compounds and impregnation of lumens with MMA, increased compatibility of polymer with cell wall, and also cell lumens occupied with polymer. Modification with both two silane compounds and MMA had highest enhancement in physical properties of wood polymer composite. VTEOS in comparison to TEOS, induced significant enhancement in properties of result wood polymer composite.