ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ رﻓﺘﺎر ﺣﺮارﺗﯽ و زاوﯾﻪ ﺗﻤﺎس ﻗﻄﺮه در ﭼﻮب ﭘﻠﯿﻤﺮ ﻓﻮرﻓﻮرﯾﻠﻪ ﺷﺪه ﺻﻨﻮﺑﺮ

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

سابقه و هدف چوب پليمرهاي مختلف، ويژگي هاي متفاوتي را در مقايسه با چوب ماسيو دارند، تحقيقات انجام شده تا كنون بيشتر به بررسي تغييرات فيزيكي و مكانيكي ايجاد شده در اين فراورده ها پرداخته است از اين رو اين پژوهش به منظور بررسي رفتار حرارتي و زاويه تماس قطره در چوب پليمر فورفوريله شده صنوبر انجام گرفت. مواد و روش ها نمونه هاي چوب پليمر با اشباع تحت فشار و پليمريزاسيون منومر فورفوريل الكل با كاتاليزور حرارت ساخته شدند. نمونه هاي چوبي در دو سطح فورفوريلاسيون كم و زياد با افزايش درصد وزني به ترتيب 08/25% و 83/58% آماده و ساخته شدند. ثبات ابعاد نمونه ها با غوطه وري طولاني مدت در آب طبق استاندارد ASTM D-4442، زاويه تماس قطره با روش قطره گذاري آب ديونيزه و رفتار حرارتي نمونه ها نيز با تكنيك هاي TGA (آناليز وزن سنجي حرارتي) و DTG (مشتق توزين حرارتي) بررسي شدند. يافته ها نتايج نشان داد كه واكشيدگي حجمي و جذب آب نمونه هاي فورفوريله شده نسبت به نمونه هاي شاهد كاهش مي يابد. زاويه تماس قطره نيزدر نمونه هاي فورفوريله شده نسبت به نمونه هاي شاهد افزايش نشان داد و بيشترين زاويه تماس قطره در فورفوريلاسيون سطح زياد به دست آمد. با محدود شدن فضاهاي جذب رطوبت و نفوذ كمتر آب در داخل خلل و فرج چوب زاويه تماس قطره و خاصيت ترشوندگي چوب پليمرحاصل كاهش يابد. نتايج آناليز گرمايي (DTG) نمونه هاي فورفوريله شده نشان داد در فاز اول مقدار انرژي آزاد شده با توجه به بالا بودن دماي سوختن سلولز و پايداري نمونه ها كمتر است. در فاز دوم چوب پليمر فورفوريله شده پايداري حرارتي بيشتري را نسبت به شاهد از خود نشان داده و با افزايش سطح فورفوريلاسيون اين پايداري افزايش يافت. در فاز سوم، تركيباتي كه حاصل از تخريب حرارتي سلولز است، كاهش پيدا كرده و ماده قابل اشتعال كمتري توليد شده و انرژي آزاد شده نيز كاهش يافته است. در فاز سوم انرژي لازم براي شكستن پيوندها فراهم شده و صرف مشتعل كردن گازها و قطران مي شود. نتيجه گيري بر اساس يافته ها، چوب صنوبر فورفوريله شده نسبت به آزمونه هاي شاهد جذب آب و واكشيدگي حجمي كمتر داشته و دچار تغييرات فيزيكي كمتري مي شود و بنابراين مي توان همچنين اين فراورده داراي ثبات حرارتي بالاتري نسبت به چوب ماسيو است كه كاربرد آن را در مواردي كه در معرض دماهاي بالاتر هستند ايمن تر مي سازد.انتظار داشت در ساخت محصولات چوبي و مبلمان شهري، در ناحيه اتصالات نيز كمتر تحت تاثير تغييرات شرايط جوي دچار گسيختگي شود.

Background 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 long-term immersion according to ASTM D-4442 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 wood-polymer 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 wood-polymer 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 wood-polymer 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 wood-polymer 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.