وﯾﮋﮔﯽ ﻫﺎي ﻓﯿﺰﯾﮑﯽ-ﺷﯿﻤﯿﺎﯾﯽ و رﯾﺰﺳﺎﺧﺘﺎري ﭼﻮب ﭘﻠﯿﻤﺮ اﺻﻼح ﺷﺪه ﺑﺎ ﺗﺮﮐﯿﺒﺎت ﺳﯿﻼﻧﯽ

Physicochemical and microscopic properties of wood polymer modified with silane compounds

سابقه و هدف يكي از انواع روش هاي بهبود خواص زيستي و مكانيكي چوب، اشباع آن با مونومر است. متيل متاكريلات يكي از متداول ترين مونومرهاي وينيلي است كه كاربرد گسترده اي در تهيه كامپوزيت هاي چوب پليمر دارد. اما برخي مونومرهاي وينيلي، غيرقطبي هستند و بدون اثر محسوس بر گروه هاي هيدروكسيل چوب، صرفا حفرات سلولي و ديگر فضاهاي خالي چوب را به صورت فيزيكي پر مي كنند. بنابراين، چوب پليمر حاصل علي رغم كاهش سرعت جذب آب، همچنان آب دوست باقي مي ماند. تشكيل پيوند بين مونومرهاي غيرقطبي و گروه هاي هيدروكسيل چوب از طريق اعمال اصلاح تركيبي و تاثير بر ساختار شيميايي چوب، بهبود ويژگي هاي فيزيكي را محسوس تر خواهد نمود. پژوهش حاضر با هدف بررسي اثر اصلاح ديواره اي با تركيبات سيلاني (تترااتوكسي سيلان و وينيل تري اتوكسي-سيلان) بر خواص فيزيكي، ساختار شيميايي و آناتومي چوب اصلاح شده با پليمر متيل متاكريلات انجام شد. مواد و روش ها اشباع چوب صنوبر در يك فرايند خلاء-فشار دومرحله اي، نخست با تركيب سيلاني و متعاقبا مونومر متيل متاكريلات در حضور آغازگر بنزوييل پراكسايد انجام شد. براي اصلاح ديواره اي، نمونه هاي اشباع شده با تترااتوكسي سيلان در دماي 120 درجه سانتي-گراد قرار گرفتند. سپس نمونه هاي اصلاح ديواره اي شده با متيل متاكريلات اشباع شدند. در خصوص نمونه هاي حاوي سيلان وينيلي، اصلاح با تركيب سيلاني و مونومر وينيلي همزمان انجام شد. جذب آب و تغييرات ابعاد، ساختار شيميايي و آناتومي چوب پليمر حاصل به ترتيب طي آزمون غوطه وري در آب، طيف سنجي زير قرمز تبديل فوريه (FTIR) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني بررسي گرديد. يافته ها تغييرات طيف زيرقرمزتبديل فوريه مويد اصلاح ديواره سلولي چوب توسط تركيبات سيلاني بود. اصلاح چوب با تلفيق تترااتوكسي سيلان/وينيل تري اتوكسي سيلان/متيل متاكريلات به بيشترين افزايش در شدت پيك گروه كربونيل انجاميد. حضور پليمر متيل -متاكريلات در حفرات سلولي و افزايش مقدار آن در ساختار چوب اصلاح ديواره اي شده به وسيله تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني تاييد شد. اصلاح با تركيب سيلاني به بهبود نرخ تبديل مونومر به پليمر انجاميد كه اين بهبود در اصلاح با تركيب وينيلي سيلان محسوس تر بود. سطح حاوي وينيل تري اتوكسي سيلان، علي رغم واكنش پذيري كمتر، به دليل امكان بسپارش و برقراري پيوند با متيل-متاكريلات، افزايش وزن بيشتري را در نمونه ي اصلاح تلفيقي نشان داد. كارايي آبگريزي نمونه هاي حاوي متيل متاكريلات با افزايش زمان غوطه وري در آب كاهش يافت، كه اين تنزل در تلفيق با اصلاح ديواره اي كمتر شد. بيشترين اثر ضدواكشيدگي در نمونه هاي اصلاح تلفيقي تترااتوكسي سيلان/ وينيل تري اتوكسي سيلان/ متيل متاكريلات بدست آمد. نتيجه گيري تلفيق اصلاح ديواره اي چوب با تركيبات سيلاني و اشباع حفرات سلولي با متيل متاكريلات سبب افزايش سازگاري پليمر با ديواره سلول، و همچنين اشغال حفرات و فضاهاي خالي درون چوب توسط پليمر گرديد. اصلاح با هر دو تركيب سيلاني/ پليمر متيل-متاكريلات بيشترين بهبود را در ويژگي هاي فيزيكي چوب پليمر ايجاد كرد. وينيل تري اتوكسي سيلان در مقايسه با تترااتوكسي سيلان به بهبود محسوس تر خواص فرآورده چوب پليمر حاصل انجاميد.

Background 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 non-polar 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 non-polar 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, Fourier-transform 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 anti-swelling 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.