تاثیر فن آورى نانو در آینده صنعت چوب

[pesare baba 2250]

شناخت و استفاده موفقیت آمیز از فن آورى نانو در صنعت چوب، تولید محصولات جدید و با ارزش افزوده بسیار بالا را ممکن مى سازد. کمیسیون اروپا به منظور ترسیم نقشه راه،تحقیق و توسعه و تشخیص پیشرفت هاى جدید در حوزه فن آورى نانو و شناسایى زمینه هاى مرتبط و مناسب براى کاربرد هاى عملى این فن آورى در بخش تولیدات چوبى، مطالعه جامه اى را انجام داده است. در این مطالعه مشخص شد که فن آورى نانو با ساخت موادى با عملکرد بسیار بالا مى تواند ابزارى بسیار مهم براى پیشرفت زمینه هاى بسیارى از جمله موارد زیر باشد:

1- تغییر محصولات چوبى از منبع محور به دانش محور

2 - پیشرفت هاى غیر منتظرة واقعى در عملکرد مواد زیستى ساخته شده از منابع چوبى

3- تغییر رویکرد از محصولات چوبى حجیم به مواد جدید بیوکامپوزیتى مناسب

4 - یکپارچه نمودن SEM ها، به عنوان مثال،اجتماع تولید کنندگان محصولات با عملکرد بالا با فعالان صنعت چوب و کاغذ

 

چوب و محصولات چوبى :

معمولاً مقاومت چوب ها در برابر بعضى از عوامل محیطى مانند قارچ ها،حشرات ،رطوبت و آتش متغیر است و لازم مى باشدکه اصلاحاتى را در این ماده بوجود آوریم تا کاربرد و دوام آن افزایش یابد. براى این منظور اغلب اصلاحات ظاهرى از قبیل روکش دهى با مواد شیمیایى انجام مى گیرد، اما برخى از روش هاى اصلاحى متعارف، با محیط زیست سازگار نیستند و حتى اثرات سمى دارند به همین دلیل نیاز مبرم به کشف روش هاى جدید و زیست سازگار براى اصلاح و بهبود ویژگى هاى

عملکردى چوب، احساس مى شود. چوب هایى که با استفاده از فن آورى نانو تولید مى شوند بسیار مستحکمتر و سخت تر از محصولات روش هاى سنتى خواهند بود. اگر چه ممکن است کامپوزیت هاى چوبى داراى برخى از محدودیت هاى عملکردى باشند اما اصلاح آنها آسان است. از جمله ویژگى هایى که با استفاده از فن آورى نانو افزایش مى یابد پایدارى در برابر رطوبت ، اشعه فرابنفش، فساد میکروبى و انواع ویژگى هاى ظاهرى از قبیل سختى و مقاومت در برابر آتش است.

 

سطوح چوب ماسیو و کامپوزیت هاى چوبى همواره در معرض فرسایش بوسیله نور(مانند اشعه فرابنفش) و رطوبت است و در برابر این دو عامل بسیار آسیب پذیر است. بنابراین حفاظت از مواد چوبى، با استفاده از روکش هاى غیر شفاف یا نیمه شفاف ابداع گردید، اما این روش موجب حذف زیبایى هاى ظاهرى چوب مى شود، در صورتیکه مصرف کنندگان مایلند چوبها توأماً از دوام بالا و زیبایى ظاهرى برخوردار باشند. یک راه حل این مشکل مى تواند استفاده از روش اصلاح ظاهرى شفاف باشد. عملکرد در برابر آتش نیز یکى از عوامل کاهش کاربرد محصولات چوبى است. دستیابى به عملکرد پیشرفته تر محصولات چوبى در برابر آتش نیز کار مشکلى نیست بسیارى از بازدارند ه هاى آتش نیز که هم اکنون مورد استفاده قرار مى گیرند، در کاهش پارامترهاى مختلف عکس العمل چوب در برابر آتش از جمله قابلیت اشتعال، پخش حرارت و گسترش شعله مؤثرند. عملکرد چوب در برابر آتش مى تواند تا حد عملکرد پشم هاى معدنى و صفحات فولادى افزایش یابد. هرچند بسیارى از این اصلاحات ممکن است روى بسیاری از ویژگى هاى چوب تاثیر گذار باشند، به هر حال دوام بالاى چوب در برابر آتش مى تواند با استفاده از روش هاى متداول حفاظت از چوب در برابر پوسیدگى هاى زیستى بدست آید.

 

ایجاد رفتار بازدارندگى در برابر آتش در چوب،اغلب موجب افزایش نفوذ پذیرى در برابر رطوبت، تغییر رنگ ویا فساد تدریجى چوب مى شود. همچنین این گونه اصلاحات مى تواند موجب کاهش دوام چوب بویژه در کاربرد هاى بیرونى، کاهش استحکام مکانیکى و مقاوم شدن در برابر چسب و رنگ شود، در صورتى که عمده ترین کاربرد چوب هاى اصلاح شده با خاصیت بازدارندگى آتش، در مصارف بیرونى است. زمانى که چوب اصلاح شده در معرض رطوبت زیاد قرار گیرد ،ممکن است مواد شیمیایى بازدارنده آتش به سطح چوب منتقل و در نهایت شسته شده و به کلى از چوب خارج شوند. حتى با میزان اندکى رطوبت ، در حد رطوبت داخلى، عملکرد حفاظتى چوب در برابر آتش ممکن است رو به زوال بگذارد، زیرا مواد شیمیایى بازدارنده آتش از قسمت هاى فوقانى چوب به سمت قسمت هاى عمیق با غلظت کمتر حرکت کرده، قابلیت اشتعال محصولات افزایش مى یابد.

 

فرصت هاى فن آورى نانو :

1- محافظت در برابر اشعه فرابنفش : سطح چوب ماسیو در برابر عوامل مخربى مانند تابش( اشعه فرابنفش و نور مرئى) بسیار آسیب پذیر است و عموماً نیاز به حفاظت در برابر این قبیل عوامل دارد. اصلاح سطح چوب با استفاده از نانو مواد مى تواند پیشرفتى غیر منتظره و بسیار با اهمیت در راستاى افزایش دوام و عملکرد، به همراه حفظ ظاهر زیباى چوب، بدون استفاده از روکش باشد. رنگ دانه هاى معدنى مانند دى اکسید تیتانیم(

TiO2

) و اکسید روى

(

ZnO

) را معمولاً به منظور افزایش دوام شیمیایى و مکانیکى و نیز بهبود شکل ظاهرى به مواد با ساختار پلى مرى اضافه مى کنند.

 

با اضافه کردن تنها 5% از نانو ذرات دى اکسید تیتانیم به چوب آن را در برابر تابش اشعه فرابنفش محافظت نموده و از سرایت پوسیدگى به لایه هاى مختلف چوب جلوگیرى میکند و علاوه بر آن ظاهر چوب را نیز زیباتر مى کند.

 

2- ممانعت از تکثیر میکروب ها: چوب و کامپوزیت هاى چوبى، بویژه در مصارف بیرونى ، اغلب در معرض تهاجمات باکتریایى مانند لکه هاى آبى، کپک ها و قارچ هاى نابود کننده چوب قرار دارند. جلوگیرى از تماس باکترى ها با سطح چوب مى تواند روش مناسبى براى به حداقل رساندن تکثیر کلونى هاى میکروبى یا تشکیل کپک در چوب باشد.

 

اصلاح سطح چوب با استفاده از نانو ذرات سیلیکا، تکثیر باکترى ها و کلونى هاى قارچ ها را به طور چشمگیرى کاهش مى دهد. ذرات کروى سیلیکا، با قطر در حدود 10 نانومتر، از طریق یک لایه اتصالى پلى کاتیونى و با استفاده از یک فرایند غرقابى ساده به سطوح شیشه اى متصل مى شوند. از این روش مى توان براى ساخت روکش هاى نانوکامپوزیتى پلیمرى با خاصیت خود پالایى و حذف آلاینده هاى میکروبى استفاده نمود گرچه این روش هنوز در چوب ماسیو استفاده نشده است، اما تحقیقات در زمینه بررسى روش هاى پیش نیاز براى استفاده رایج از نانوذرات و یا آرایش آنها درون دیواره هاى سلولى چوب، ادامه دارد.

 

آزاد سازى تدریجى ترکیبات با اهمیت :

نانوذرات توان آزاد سا زى مداوم آفت کش ها و قارچ کش ها در یک ساختار پلیمرى را نیز دارند. این روش ها که در آن قارچ کش ها و آفت کش ها به صورت کپسول هایى درون روکش قرار مى دهند، به منظور آزادسازى زمان بندى شده ابداع شده است. ساختار هاى میکروحفره اى ساخته شده از نانوذرات دى اکسید تیتانیم نقش بسیار کلیدى در سازوکارهاى آزاد سازى مرحله اى به عهده دارند. پوشش هاى داراى این ذرات در برابر نفوذ و تکثیر جلبک ها نفوذ ناپذیرند.

 

نگهدارى چوب :

استفاده از Timber -که یک قطعه چوب تلقیح شده با مس، کروم و آرسنیک است- براى مصارف مسکونى ممنوع شده است و صنعت تولید کننده آن براى یافتن جایگزینى براى آن تلاش مى کند. نشانه هاى بسیارى مبنى بر توانایى فن آورى نانو در تولید محصولات مؤثرتر، با دوام تر و با خواص ضد میکروبى به ویژه براى مصارف خارجى وجود دارد. با استفاده از روش هاى اشباع مناسب، نانوذرات قادرند به درون ساختار چوب نفوذ کنند و این در حالى است که تاثیر وجود نانوذراتى مانند دى اکسید تیتانیوم، اکسید روى و یا اکسید مس در نگهدارنده هاى چوب، در افزایش دوام چوب اثبات شده است.

 

عملکرد در برابر آتش :

از نانوکامپوزیت هاى مقاوم به آتش به طور عمده در تولید پلاستیک ها، استفاده شده است. همچنین از مقاومت نانوکامپوزیت ها در مقابل آتش مى توان در تولید محصولات چوبى بهره برد. اما تاکنون نتایج کمى در این زمینه به دست آمده است. مؤثرترین بازدارنده هاى آتش نانوکامپوزیتى، ساختارى است شامل تنها یک مونومر و یا پلیمر هاى منبسط شده که میان لایه هاى سیلیکا قرار داده شده است. چنانچه بتوان پلاستیک ها و خاک رس را طى یک فرآیند مناسب به خوبى با هم مخلوط کرد، یک چنین ساختارى به آسانى ایجاد مى شود. اما این روش تاکنون در تولید محصولات چوبى جامد به کار نرفته است. با این وجود اطلاعات موجود در مورد محصولات چوبى نشان مى دهد، کاهش اندازه ذرات مقاومت به آتش را تا چند برابر افزایش میدهد. با به کارگیرى فن آورى نانو مى توان ویژگى هاى بسیار شگفت انگیزى را در محصولات چوب به وجود آورد. به عنوان مثال نانوذرات قادرند به درون غشاى سلولى نفوذ کرده، ساختارى بسیار مستحکم با احتراق پذیرى کم ایجاد نماید و به. طور همزمان خصوصیات میکروحفره اى چوب را نیز حفظ کنند.همچنین مى توان چوب را بعنوان ماتریسى براى تولید مواد سرامیکى متخلخل جدید با عملکرد بسیار بالا در برابر آتش، به کار برد.

 

موارد کابرد نانو در آینده صنعت چوب :

1- تحقیقات اکتشافى در نانوساختارهاى چوب و خمیر

2- ساختارهاى مهم شامل سیستم متخلخل دیواره فیبر

3- سازماندهى و توزیع اجزاى دیوار فیبر

4- اصلاح آنزیمى اجزاى فیبر

5- اصلاحات فیزیکى و شیمیایى اجزاى بافت شامل افزودن و اصلاح سیستم متخلخل دیواره فیبر

6- تحقیق و توسعه اکتشافى با هدف بهره بردارى صنعتى از نانو الیاف سلولزیژ

7- اصلاح شیمیایى الیاف سلولزى تجمیع و توزیع

8- اندازه گیرى خواص مقاومتى و شبکه اى الیاف در کاغذ و خمیرسازى.

9- کاربرد الیاف سلولزى وخاک رس لایه بندى شده در نانو کامپوز

10- فرآیندهاى یت ها به منظور ایجاد حفاظ هاى آب، نفت و گاز

11-تحقیق و توسعه اکتشافى براى اصلاح سطوح در الیاف چوبى و سلولزى

12- روش هاى چند لایه اى پلى الکترولیتى

13- خود آرایى پلى ساکاریدها و مشتقات پلى ساکاریدى

14- پیوندهاى سطحى پلى مرها

15- بلوکه کردن پلى مرها با هدف اصلاح سطوح

موانع به کارگیرى فن آورى نانو در تولید محصولات چوبى :

صنعت چوب عمدتاً شامل صنایع کوچک یا متوسط دیگرى است که اغلب توانایى سرمایه گذارى تحقیقاتى براى توسعه فن آورى ها و افزایش کیفیت محصولات را ندارند. این صنعت هنوز به درک مناسبى از ارزش افزوده در ابعاد وسیع نرسیده است. در حال حاضر بیشتر ین بازده صنعت چوب، با استفاده از مواد توده اى حاصل مى شود. بیشترین تولید کنندگان محصولات چوبى هنوز از انتظارات و نیازهاى مصرف کنندگان آگاه نیستند. به عبارت دیگر ،اکثر مصرف کنندگان به استفاده از مواد کاملاً طبیعى علاقه مند هستند و هیچ حمایتى از محصولات با استفاده از مواد غیر طبیعى نمى کنند.

 

تاثیر فناوری نانو بر صنعت کاغذ :

صنعت کاغذ و مقوا سازی ، صنعتی سرمایه بر است وزمان لازم برای به کارگیری فرایندهای جدید در آن عموما بسیار زیاد است . با این شرایط ، تعویض تجهیزات پرهزینه فقط هنگام بازسازی های عمده و راه اندازی خطوط تولید جدید صورت می گیرد . تا کنون تنها تعداد اندکی از کاربردهای فناوری نانو در صنعت کاغذ به کار گرفته شده است که یکی از مشهورترین آنها استفاده از نانو/ میکرو ذرات (سیلیکای کلوئیدی ، هیدروکسید آلومینییم کلوئیدی ) به صورت ترکیب با پلی الکترولیت های کاتیونی است . کلیه این فناوری ها از دهه 80 آغاز ومحصولات جدید ، در دهه 90 توسعه یافته اند . دیگر فناوری های در حال توسعه شامل استفاده از حفاظ های نانو کامپوزیتی برای استفاده در بسته بندی غذا و عایق های روغن و چربی است . فناوری نانو را می توان پل ارتباطی ماشین آلات کاغذ سازی وسایر تجهیزات فرایندی به شمار آورد . می توان نانو *****اسیون را در تصفیه آب های فرایندی ( مورد استفاده در ماشینها ودستگاههای آسیابی تولید کاغذ ومقوا ) به کار برد و از نانو روکشهای ضد خش برای تولید پرس ها ونیز ساخت اجزای مختلف ماشین آلات کاغذ سازی استفاده کرد .

 

منبع: مهندسى علوم و صنایع چوب و کاغذ