ارزیابی تخته فیبرهای سبک وزن با استفاده از پلی‌استایرن بازیافتی به عنوان بخشی از چسب

سابقه و هدف: امروزه تولید و کاربرد تخته‌ فیبرهای سبک وزن با دانسیته کمتر از kg/m^3 500 برای مصارف غیر سازه‌ای و همچنین به‌عنوان عایق حرارتی در ساختمان موردتوجه است. دوستدار محیط زیست بودن، قیمت پایین‌تر، قابلیت بازیافت، خواص گرمایی عالی، قابلیت جذب بالای صدا و ویژگی‌های مکانیکی مطلوب‌ از جمله مزایای عمده پانل‌های فیبری نسبت به سایر پانل‌های عایق پلیمری (فوم‌های پلیاستایرن و پلی یورتان) و عایق‌های معدنی (پشم شیشه و پشم سنگ) است. امروزه، جایگزینی چسب ایزوسیانات و بهبود انعطاف‌پذیری تخته فیبرهای سبک موردتوجه تولیدکنندگان این پانل‌ها قرار گرفته است. ازاین‌روی، هدف از تحقیق حاضر ارزیابی قابلیت ساخت پانل‌های فیبری سبک از طریق جایگزینی بخشی از چسب ایزوسیانات با چسب گرمانرم حاصل از انحلال فوم‌های پلی‌استایرن در حلال دی کلرومتان میباشد. برای این منظور، تاثیر درجه حرارت پرس، نسبت وزنی حلال به فوم، درصدهای مختلف جایگزینی ایزوسیانات با چسب پلی‌استایرن و دانسیته تخته بر ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی تخته فیبرهای سبک وزن بررسی شد.مواد و روش‏ها: تخته فیبر سبک وزن با ضخامت 10 میلی‌متر و دانسیته در محدود 300 – 200 کیلوگرم بر مترمکعب با الیاف چوبی و ترکیب ایزوسیانات و چسب گرمانرم حاصل از انحلال فوم‌های پلی‌استایرن در حلال متیلن کلراید، ساخته شد. در این تحقیق، ویژگی‌های مکانیکی (مقاومت خمشی، مدول الاستیسیته، مقاومت فشاری و مقاومت کششی عمود بر سطح تخته (چسبندگی داخلی)) و فیزیکی (درصد واکشیدگی ضخامت و جذب آب) نمونه‌های آزمونی مورد بررسی قرار گرفت.یافته‏ها: بهترین مدول الاستیسیته، مقاومت کششی و فشاری در تخته‌های ساخته شده در دمای پرس 160 درجه سانتی‌گراد مشاهده شد. افزایش نسبت وزنی حلال (متیلن کلراید) به فوم پلی‌استایرن تاثیر منفی بر ویژگی‌های ذکر شده داشت. همچنین این تغییر نسبت حلال به فوم تاثیر مشخصی بر ویژگی‌های فیزیکی (واکشیدگی ضخامت و جذب آب) تخته فیبرهای سبک ایجاد نکرد. افزایش درصدهای جایگزینی ایزوسیانات با چسب پلی‌استایرن از 15 تا 45 درصد (بر مبنای میزان ایزوسیانات مصرفی) باعث بهبود ویژگی‌های خمشی و فیزیکی (واکشیدگی ضخامت و جذب آب) و تضعیف مقاومت‌های فشاری و کششی عمود بر سطح نمونه‌ها شد. با افزایش دانسیته تخته‌ها، ویژگیهای مکانیکی (مقاومت خمشی، مدول الاستیسیته، مقاومت فشاری و کششی) و همچنین درصد واکشیدگی ضخامت نمونه‌ها به‌طور معنی‌داری افزایش یافت.نتیجه‌گیری: در این تحقیق تخته فیبرهای سبک وزن با استفاده از جایگزینی بخشی از ایزوسیانات به‌عنوان چسبی بسیار گران و سمی با چسب حاصل از فوم‌های پلی‌استایرن بازیافتی ساخته شد. نتایج بیانگر عملکرد مناسب تخته‌های ساخته شده با 45 درصد چسب پلی‌استایرن جایگزین شده با ایزوسیانات بود. به‌طور کلی در تحقیق حاضر ضمن ارائه قابلیت جدیدی برای بازیافت فوم‌های پلی استایرن (به‌عنوان چسب در صنایع اوراق فشرده چوبی)، تخته فیبرهای سبک برای کاربردهای غیر سازه‌ای و عایق با میزان مصرف کمتر ایزوسیانات ساخته شد.

Evaluation of lightweight fiberboard using recycled polystyrene as a part of binder

Background and objectives: Nowadays, production of lightweight fiberboard with density lower than 500 kg/m3 gained a lot of interests for both nonstructural and insulation applications in buildings. Environmental friendliness, lower price, recyclability, superior thermal and sound insulation, and desirable mechanical properties are some of the advantages of lightweight fiberboard compared to those of polymeric (polystyrene and polyurethane foams) and mineralbased (glass and mineral wool) insulation boards. Replacement of isocyanate and improving the board flexibility are in major focus for such panel’s producers. Hence, the aim of this study was to evaluate the production capability of lightweight fiberboard by replacing the isocyanate with polystyrene resin obtained from foam dissolution in methylene chloride solution. To this end, the effect of press temperature, solvent to foam weight ratio, different percentages of isocyanate replacement with polystyrene adhesive and board density on the physical and mechanical properties of lightweight fiberboard were investigated.Materials and methods: Lightweight fiberboard (10 mm thick) with density from 200 – 300 kg/m3 were produced using wood fiber with combination of isocyanate and polystyrene as adhesive. In this study, mechanical (bending strength, modulus of elasticity, compression strength and tensile strength perpendicular to panel surface (internal bond)) and physical properties (thickness swelling and water absorption) of the panels were evaluated.Results: The best modulus of elasticity, tensile and compressive strength was observed in boards made at 160°C. Increasing the weight ratio of solvent (methylene chloride) to polystyrene foam had a negative effect on these properties. Also, changing the solvent to foam ratio did not have a significant effect on the physical properties (thickness swelling and water absorption) of lightweight fiberboard. Increasing the percentages of isocyanate replaced with polystyrene adhesive (from 15 to 45% (based on the amount of isocyanate used)) improved the bending and physical properties and weakened the compressive and tensile strengths perpendicular to the panel’s surface. Mechanical properties (bending strength, modulus of elasticity, compressive and tensile strength) of the lightweight fiberboard as well as the swelling thickness of samples have increased significantly with increasing the board’s density.Conclusion: In this study, lightweight fiberboard was developed using isocyanate as an expensive and toxic adhesive replaced with adhesive made from recycled polystyrene foams. The results showed good performance of boards made with 45% isocyanate replaced with polystyrene adhesive. Generally speaking, a promising alternative for recycling of polystyrene foams (used as adhesives for woodbased panels industries) was presented in this research while lightweight fiberboard was also produced as nonstructural and insulating applications having less isocyanate consumption.