رفتار مكانيكي و مقاومت زيستي چوب- پليمرآكريلونيتريل اصلاح‌شده با آلكوكسي سيلان

Mechanical behavior and biological resistance of Acrylonitrile wood-polymer modified by alkoxysilan

سابقه و هدف: اصلاح چوب با استفاده از مواد و روش‌هاي دوستدار طبيعت، خواص چوب را براي بسياري از كاربردها بهبود مي‌بخشد. پليمرهاي مصنوعي به طور گسترده‌اي براي اصلاح چوب مورد استفاده قرار گرفتند كه در آن چوب به وسيله مونومرها اشباع و تبديل مونومر به پليمر منجر به توليد چوب‌-‌‌پليمر گرديد. در اصلاح با مونومر وينيلي آكريلونيتريل، گروه‌هاي هيدروكسيل ديواره همچنان آزاد بوده و قادر به جذب رطوبت هستند. بنابراين حضور ماده‌اي براي اصلاح با اثر جفت‌كنندگي ديواره كه بتواند بين مونومر و ديواره ارتباط برقرار كند مي‌تواند باعث افزايش عمر مفيد چوب گردد. در اين تحقيق اثر تركيب 3- تري‌متوكسي‌سيليل‌پروپيل‌متاكريلات بر خواص مكانيكي و زيستي چوب‌پليمر حاوي آكريلونيتريل بررسي‌گرديد. مواد و روش‌ها: الوار راست‌تار و فاقد عيب صنوبر، پس از خشك شدن به نمونه‌هاي آزمون مكانيكي و زيستي به‌ترتيب بر اساس استانداردهاي ASTM-D143 و EN113 تبديل شدند. نمونه‌هاي آزموني در 7سطح شاهد، اصلاح‌شده با تركيب سيلاني در زيرگروه‌هاي حاوي اتانول اسيدي تحت دماي 110 و 150 درجه‌سانتي‌گراد، اتانول حاوي آغازگر بنزوييل‌پراكسايد و بدون آغازگر در دماي 150درجه‌سانتي‌گراد، آكريلونيتريل و سطح تلفيقي سيلان/آكريلو‌نيتريل گروه‌بندي‌گرديدند. اشباع نمونه‌ها به روش خلاء- فشار در سيلندر آزمايشگاهي انجام شد. در پژوهش حاضر براي تجزيه و تحليل داده‌ها از آزمون آناليز واريانس در قالب طرح كاملاً تصادفي استفاده شد. همچنين گروه‌بندي ميانگين‌ها نيز با آزمون چنددامنه‌اي دانكن انجام گرديد. يافته‌ها: بر اساس نتايج طيف‌سنجي زيرقرمز، اصلاح سيلان و حضور مونومر آكريلونيتريل در چندسازه تائيدشد. نمونه‌هاي سطح تلفيقي سيلان/ آكريلونيتريل بيشترين مقاومت خمشي، فشار موازي الياف و سختي را نشان‌دادند. حضور آكريلونيتريل در حفره باعث افزايش خواص مكانيكي شد. در واكنش سيلان با چوب، افزايش دما به‌دليل تشديد واكنش، به افزايش مقاومت‌ها منتهي‌گرديد. حضور آغازگر در اصلاح، باعث پليمر شدن بخشي از تركيب سيلاني در حفرات سلولي چوب، علاوه بر اصلاح ديواره، و بهبود محسوس‌تر خواص مكانيكي نسبت به سطح سيلاني فاقد آغازگر شد. اصلاح سيلان/ آكريلونيتريل در معرض قارچ پوسيدگي سفيد Trametes versicolor بهبود معني‌دار مقاومت به پوسيدگي را نشان‌داد. نتيجه‌گيري كلي: استفاده از تركيب سيلاني باعث بهبود خواص مكانيكي و زيستي فرآورده چوب‌پليمر حاصل از آكريلونيتريل گرديد. بيشترين بهبود خواص مكانيكي در اصلاح تركيبي سيلان/ آكريلونيتريل، به علت برهمكنش بيشتر سيلانول‌هاي تركيب سيلاني با گروه‌هاي هيدروكسيل چوب و همچنين حضور آكريلونيتريل در حفره سلول چوبي تعيين شد. اصلاح تركيبي سيلان/ آكريلونيتريل افزايش محسوسي در مقاومت زيستي در معرض قارچ پوسيدگي سفيد ايجاد كرد كه علت آن را مي‌توان به پر شدن حفره و منافذ ديواره، رطوبت كمتر و در نهايت كاهش توانايي رشد، انتقال آنزيم و دسترسي ريسه‌هاي قارچ به ديواره نسبت داد.

Background and objectives: Wood modification is trying to use eco-friendly materials and methods to improve the wood properties for many applications. Synthetic polymers are widely used for wood modification via impregnation by monomers and the conversion to polymer that was resulted in wood‌—polymer production. In modification by Acrylonitrile vinyl monomer, the hydroxyl group of cell wall are free and they could absorb moisture exposed to the environmental condition. So, the presence of a modifier with coupling effect between monomer and cell wall could increase the wood service life. In this research, the effect of 3-(trimethoxysilyl) propyl methacrylate on mechanical and biological properties of Acrylonitrile wood-polymer was investigated. Material and Methods: Mechanical and biological test samples of straight grain and no defect timber of dried Poplar wood were prepared according to ASTM-D143 and EN113 standards respectively. Test samples were divided in 7 levels: control, modified with silan compound in subgroups of acidified Ethanol at 110 and 150˚C, ethanol with and without Benzoyl peroxide as initiator at 150°C, Acrylonitrile/ Benzoyl Peroxide and combined level of silan/Acrylonitrile. Samples impregnation was carried out using vacuum-pressure method in the cylinder. A complete randomized design was used to examine the effect of different treatments. Also averages grouping was performed by Duncan multiple range test. Results: Silan modification and presence of Acrylonitrile in the composite were confirmed by infrared spectroscopy. Samples of silan/Acrylonitrile combination level showed maximum of bending strength, compression strength parallel to grain and hardness. The presence of Acrylonitrile in lumen enhanced the mechanical properties. In reaction between wood and silan, temperature increases due to the intensification of reaction, led to an increase in resistance. Benzoyl Peroxide initiator presence in silan modification resulted in more improvement in mechanical properties due to Cell wall modification and Polymerization some of silan in the lumens. Silan/Acrylonitrile modified samples was showed the significant improvement in decay resistance exposed to Trametes Versicolor Conclusion: Silan compound enhanced the mechanical and biological properties of Acrylonitrile wood‌-‌polymer. The maximum improvement of mechanical properties was observed in combined modification of Silan/Acrylonitrile because of more interaction between silanol of silan compound and hydroxyl group of wood, and the presence of Acrilonytrile in wood cell lumen. Silane/acrylonitrile modification created significant enhancement in the biological resistance against white rot fungi that attributed to filling lumen and cell wall pores, less moisture content, and reduction of hyphae development, enzymes transfer and fungal hyphae access to the wood cell wall