بررسی زاویه تماس چوب‌های اشباع شده با نانوکریستال سلولز و ترکیبات عامل‌ دار شده آن

بیان مساله و اهداف: تحقیقات جهانی برای یافتن مواد حفاظتی جدید و بی‌خطر برای محیط‌زیست، جهت بهبود خواص نامطلوب چوب و محصولات چوبی در طول چند سال اخیر به طور قابل توجهی افزایش یافته است. سلولز از فراوان ترین و ارزان ترین منابع گیاهی زیست تخریب پذیر، زیست‌تخریب‌پذیر موجود در طبیعت است. نانو کریستال سلولز (cnc) جزء ساختاری گیاهان است، که به دلیل دانسیته پایین، نسبت بعد بالا، ویژگی های مکانیکی مطلوب، انبساط حرارتی پایین و توانایی تشکیل شبکه، به عنوان تقویت کننده ماتریکس های پلیمری مورد توجه قرار گرفته است. به طور کلی، ظرفیت سلولز برای جذب آب تا حد زیادی به دسترسی گروه های هیدروکسیل آزاد وابسته است. هیدروکسیل های آزاد سلولز جاذبه قوی با بسیاری از حلال ها دارند، اما آب جذب شده تنها در نواحی بی شکل (آمورف) وجود دارد، نه در نواحی کریستالی. لذا این تحقیق با هدف توسعه مواد حفاظتی جدید، بی ضرر و سازگار با محیط‌زیست، با تاکید بر افزایش مقاومت در برابر جذب آب در سطح چوب انجام شده است. بطور کلی هدف اصلی این تحقیق بررسی زاویه تماس چوب های اشباع شده با نانو کریستال سلولز و ترکیبات عامل دار شده آن می باشد.مواد و روشها: در این تحقیق از چوب صنوبر برای تهیه نمونه های آزمایشی استفاده شد. نانو کریستال سلولز با استفاده از هیدرولیز اسیدی تهیه و سپس با ترکیبات مختلف مانند pdms، cu(oh)2، zno و agno3 عامل دار گردید. اشباع نمونه‌های چوبی با هر یک از ترکیبات فوق در سیلندر اشباع تحت فشار انجام شد. مقاومت به آب با انجام آزمون آبشویی و زاویه تماس در چوب‌های اشباع شده با نانو کریستال سلولز و ترکیبات عامل دار شده به همراه فیلم های تهیه شده از هر یک از ترکیبات ذکر شده، مورد بررسی قرار گرفت. تحلیل آماری نتایج در قالب طرح کاملاً تصادفی و آزمون فاکتوریل به کمک تجزیه واریانس انجام شد.نتایج: بر اساس نتایج به دست آمده، مقاومت به آبشویی در مقایسه با نمونه شاهد، در تیمارهای cnc/pdms و cnc به ترتیب 68 و 52 درصد افزایش و در تیمار cnc/ag، 23 درصد کاهش نشان داد. همچنین بیشترین زاویه تماس آب در فیلم cnc/pdms به مقدار میانگین 98 درجه مشاهده شد که در مقایسه با فیلم خالص cnc، به میزان 180 درصد افزایش یافت. نتایج حاصل از بررسی زاویه تماس آب در چوب های تیمار شده با نانو کریستال سلولز و ترکیبات عامل دار شده آن نشان داد که بیشترین زاویه تماس در نمونه های تیمار شده با ترکیب cnc/pdms به دست آمد که نشان دهنده افزایش 40 درصدی نسبت به نمونه های شاهد بود.نتیجه گیری: به طور کلی، امکان استفاده از cnc و ترکیب عامل دار شده آن با pdms به عنوان محافظ سطح چوب در برابر تخریب ناشی از آب، پیشنهاد می‌ شود. در حقیقت، استفاده از cnc به عنوان ماده ای دوستدار محیط‌زیست و برگرفته از ساختار چوب، نتایج امیدوارکننده ای را نشان می دهد. بهبود ویژگی آب‌گریزی و افزایش مقاومت به آبشویی از جمله فاکتورهایی هستند که در حفاظت از چوب و فرآورده های چوبی ضروری و اساسی بوده و بسیاری از ویژگی های محصول نهایی را تحت تاثیر قرار می دهند؛ بنابراین تحقیق حاضر یک روش جامع در رابطه با جداسازی نانو کریستال سلولز بوده و پتانسیل نانو مواد سلولزی را برای استفاده در طیف وسیعی از کاربردهای با تکنولوژی بالا نشان می‌دهد.

investigation of the contact angle of wood impregnated with cellulose nanocrystals and its functionalized compounds

problem definition and objectives: global research to find novel and eco-friendly materials to improve the unfavorable properties of wood and wood products has increased significantly in recent years. cellulose is one of the most abundant and cheapest biodegradable and renewable plant resources available in nature. cellulose nanocrystal (cnc) is a structural component of plants, which has been considered as a reinforcement of polymer matrices due to its low density, high aspect ratio, favorable mechanical properties, low thermal expansion and ability to form a network. generally, water-absorbing capacity of cellulose is largely dependent on the availability of free hydroxyl groups. the free hydroxyls of cellulose have a strong attraction with many solvents, but the adsorbed water exists only in the amorphous regions, not in the crystalline regions. therefore, this research has been carried out with the aim of developing new, harmless and eco-friendly protective materials, with an emphasis on increasing the resistance against water absorption on the surface of wood. the main purpose of this work is investigation of the contact angle of wood impregnated with cellulose nanocrystals and its functionalized compounds.methodology: in this research poplar wood (populus nigra) was used to prepare test specimens. cellulose nanocrystals were prepared by acid hydrolysis and then it was functionalized with different compounds such as pdms, cu (oh)2, zno and agno3. the impregnation of wood specimens was done in a cylinder under pressure with each compounds mentioned above. resistance to water was investigated by performing the leaching test and the contact angle of water in impregnated wood specimens with cellulose nanocrystal and its functionalized compounds along with the films prepared from each of the mentioned compounds. the statistical analysis of the results was done in the form of analysis of variance-completely randomized design and factorial.results: based on the obtained results, resistance to washing increased by 68% and 52% in cnc/pdms and cnc treatments, respectively, and decreased by 23% in cnc/ag treatment. also, the highest contact angle of water was observed in the cnc/pdms film (the average value of 98º), which showed an increase of 180% compared to the pure cnc film. furthermore, the results of water contact angle in wood treated with cnc and its functionalized compounds showed that the highest contact angle was obtained in the wood specimens treated with cnc/pdms combination, by 40% increase compared to the control specimens.conclusion: generally, this result suggests a potential application of cnc functionalized with pdms as surface protective of wood from the degradation induced by water. in fact, utilize of cnc as an environmentally friendly material which derived from wood structure, shows promising results. improved water repellency and increased resistance to washing are among the factors that are essential and fundamental in the protection of wood and wooden products and affect many features of the final product. therefore, the current research is a comprehensive method regarding the cellulose nanocrystals isolation and demonstrates the potential of cellulose nanomaterials to be used in a wide range of high-tech applications.