نوع مقاله : تبدیل مکانیکی چوب و اتصالات چوبی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه صنایع چوب و کاغذ، دانشگاه زابل، زابل، ایران

2 دانشیار، گروه صنایع چوب و کاغذ دانشگاه زابل، ایران

3 دانشیار، گروه صنایع چوب و کاغذ، دانشگاه زابل، زابل، ایران

10.22092/ijwpr.2025.366640.1778

چکیده

سابقه و هدف: سازه­های چوبیِ تاریخی به­وضوح، هویت، معماری، فرهنگ و سبک زندگی مردمِ یک دوره از تاریخ را به تصویر می­کشد و به­عنوان گنجینه­ای گران­بها در اختیار نسل­های بعد قرار می­گیرد. ازاین‌رو، از هم­گسیختگی اتصالات سازه­های چوبی تاریخی، مشکل بزرگی برای حفظ این آثار ارزشمند در مدت طولانی است. این پژوهش باهدف اصلاح و تقویت چسب پلی وینیل استات (PVAc) با استفاده از الیاف نانوسلولزی (NFC) و نانوالیاف شیشه (GNF) جهت بهبود اتصالات کام و زبانه در سازه­های سنتی گره­چینی چوبِ راش انجام شده است.
مواد و روش­ها: در این تحقیق، به­منظور مطالعه تأثیرات میزان تقویت­کننده­ها بر خواص چسب PVAc، نانوالیاف سلولزی و نانوالیاف شیشه در سه سطح مختلف شامل 0، 3 و 6 درصد بر مبنای وزن خشک چسب در قالب 9 تیمار (هر تیمار با 3 تکرار) مورد بررسی قرار گرفتند. اتصال کام و زبانه با استفاده از چسب پلی وینیل استات بدون نانوالیاف سلولزی و نانوالیاف شیشه به­عنوان نمونه­های شاهد در نظر گرفته شد. پس از آماده­سازی نمونه­ها، آزمون­های کمی و کیفی شامل مقاومت کششی، مقاومت به خمش (مدول‌گسیختگی و مدول‌الاستیسیته)، آزمون کُهنگی تسریع­شده و طیف­سنجی FTIR انجام گرفت.
نتایج: بر طبق نتایج، اختلاف معنی­داری بین تیمارهای موردمطالعه ازنظر میزان مقاومت کششی و مقاومت به خمش (مدول‌گسیختگی و مدول‌الاستیسیته) وجود داشت (05/0>P). در بین تیمارهای موردمطالعه، بیشترین میزان مقاومت کششی (MPa 9/13)، مدول‌گسیختگی (MPa 5/130) و مدول‌الاستیسیته (MPa 36/11785) در تیمار PVAc اصلاح­شده حاوی 3 درصد نانوالیاف سلولز و 3 درصد نانوالیاف شیشه مشاهده شد. علاوه بر این، نتایج به‌دست‌آمده تفاوت معنی­داری بین تیمارهای موردمطالعه ازنظر میزان کُهنگی تسریع­شده نشان داد (05/0>P). کمترین میزان کهنگی تسریع­شده در تیمار PVAc اصلاح­شده با 3 درصد نانوالیاف سلولز و 3 درصد نانوالیاف شیشه (0/4) مشاهده گردید که نشان داد افزودن نانوالیاف سلولز و نانوالیاف شیشه به چسب PVAc باعث کاهش میزان کهنگی تسریع­شده در محل اتصالات می­شود. طیف­سنجی FTIR نشان داد که با وارد شدن نانوالیاف سلولزی به داخل ماتریس پلی وینیل استات (PVAc)، بین گروه­های هیدروکسیلی (OH) زنجیره­های پلیمری و گروه­های هیدروکسیلی نانوسلولز پیوند هیدروژنی به­وجود می­آید که موجب تشکیل شبکه­های سه­بُعدی منسجم و یکپارچه می­شود.
نتیجه‌گیری: این مطالعه نشان داد که با افزودن نانوالیاف سلولزی در سطح 3 درصد و نانوالیاف شیشه در سطح 3 درصد به چسب PVAc، خواص مکانیکی اتصالات در سازه­های چوبی راش افزایش می­یابد. با توجه به این موضوع، استفاده ترکیبی از نانوالیاف سلولزی (NFC) و نانوالیاف شیشه (GNF) به­منظور بهبود خواص مقاومتی اتصالات در سازه­های چوبی سنتی توصیه می­شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

-Akhtari, M. and Arefkhani, M., 2010. Investigation effect of Weathering on Acetylated Beech Wood by FTIR Spectroscopy and Electron Microscopic. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 25(1): 48-61. DOI: 10.22092/ijwpr.2010.117265
-Andrady, A.L., Heikkilä, A.M., Pandey, K.K., Bruckman, L.S., White, C.C., Zhu, M. and Zhu, L., 2023. Effects of UV radiation on natural and synthetic materials. Photochem Photobiol Sci., 22(5): 1177-1202. DOI: 10.1007/s43630-023-00377-6
-Aniñon, M.J.C. and Garciano, L.E.O., 2024. Advances in Connection Techniques for Raw Bamboo Structures—A Review. Buildings, 14(4):1126. DOI: 10.3390/buildings14041126
-Ayadi, N., Lejeune, F., Charrier, F., Charrier, B. and Merlin, A., 2003. Color stability of heat-treated wood during artificial weathering. Holz als Roh-und Werkstoff, 61(3): 221-226.
-Bardak, T., Tankut, A.N., Tankut, N., Aydemir, D. and Sozen, E., 2017. The bending and tension strength of furniture joints bonded with polyvinyl acetate nanocomposites. Maderas. Ciencia y tecnología, 19(1): 51-62. DOI: 10.4067/S0718-221X2017005000005
-Chaabouni, O. and Boufi, S., 2017. Cellulose Nanofibrils/Polyvinyl Acetate Nanocomposite Adhesives with Improved Mechanical Properties. Carbohydrate Polymers, 156: 64-70. DOI: 10.1016/j.carbpol.2016.09.016
-Deng Q., Li J., Yang J., Li D., 2014. Optical and flexible α-chitin nanofibers reinforced poly(vinyl alcohol) (PVA) composite film: Fabrication and property. Compos. A Appl. Sci. Manuf., 67: 55-60. DOI: 10.1016/j.compositesa.2014.08.013
-Dirckx, O., Triboulot-Trouy, M. C., Merlin, A. and Deglise, X., 1992. Modifications de la couleur du bois d'Abies grandis exposé à la lumière solaire. In Annales des sciences forestières. EDP Sciences, 49(5):  425-447.
-Ehsani, A, H., Shirzadian Gilan, M., Ghafouri Sayad, A. and Shokrgozar Navi, A., 2012. Presentation and analysis of the appropriate method to increase the strength of adhesive joints in the case of the same volume of adhesive. Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering, 6(2): 19-24.
-Elmaghraby N.A., Omer A.M., Kenawy E.R., Gaber M., Ragab S. and Nemr A.E., 2023. Composite nanofiber formation using a mixture of cellulose acetate and activated carbon for oil spill treatment. Environmental Science and Pollution Research, 30(13): 38683-38699. DOI: 10.1007/s11356-022-24982-7
-Ghosh, S. C., Militz, H. and Mai, C. (2009). Natural weathering of Scots pine (Pinus sylvestris L.) boards modified with functionalised commercial silicone emulsions. BioResources, 4(2): 659-673.
-Gürsoy, S. and Ayrilmis, N. (2023). Effect of Lignin Modification of Recycled and Fresh Wood Fibers on Physical, Mechanical, and Thermal Properties of Fiberboard. Forests, 14(10):2007. DOI: 10.3390/f14102007
-Hasani Khorshidi, F. and Emadi, M., 2017. Studying effect of accelerated aging on adhesion resistance of half polyester and polyurethane transparent coatings applied on maple and pine species. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 32(2): 205-214. DOI: 10.22092/ijwpr.2017.109580
-Jatoi A.W., Kumar P., Kim I.S., Ni Q.Q. (2019). Sonication induced effective approach for coloration of compact polyacrylonitrile (PAN) nanofibers. Ultrason Sonochem, 51:399-405. DOI: 10.1016/j.msec.2020.110679.
-Jatoi A.W., Ogasawara H., Kim I.S., Ni Q-Q. (2020). Cellulose acetate/multi-wall carbon nanotube/Ag nanofiber composite for antibacterial applications. Mater Sci Eng C., 110:110679. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2018.07.035.
-Jiang, W., Haapala, A., Tomppo, L., Pakarinen, T., Sirviö, J.A. and Liimatainen, H. (2018). Effect of Cellulose Nanofibrils on the Bond Strength of Polyvinyl Acetate and Starch Adhesives for Wood. BioResources, 13: 2283-2292. DOI: 10.15376/biores.13.2.2283-2292
-Kaboorani, A. and Riedl, B., 2011. Effects of adding nano-clay on performance of polyvinyl acetate (PVA) as a wood adhesive. Composites: Part A., 42: 1031-1039.
-Kaboorani, A., Riedl, B., Blanchet, P., Fellin, M., Hosseinaei, O. and Wang, S., 2012. Nanocrystalline cellulose (NCC): A renewable nano-material for polyvinyl acetate (PVA) adhesive. Europen Polymer Journal, 48: 1829-1837.
-Keshtegar, B. A., Madhoushi, M., Rashidi, A. and Mashkour, M., 2019. The influence of reinforcement of polyvinyl acetate adhesive (PVAc) with carbon nanofiber (CNF) on the bending moment capacity of the corner joint of the furniture. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 34(2): 242-254. DOI: 10.22092/ijwpr.2019.125633.1532
-Kamboj, G., Gaff, M., Smardzewski, J., and Haviarová, E., 2022. Effect of Cellulose Nanofiber and Cellulose Nanocrystals Reinforcement on the Strength and Stiffness of PVAc Bonded Joints. Composite Structures, 295(126): 2022295. DOI: 10.1016/j.compstruct.2022.115821
-Mittal, K.L., 2012. Adhesion Aspects of Polymeric Coatings, Springer Science and Business Media, USA, pp. 569-582.
-Lee, J.O., Kim, B.K., Ha, C.S. and Song, K.W., 1994. Rheological and mechanical properties of PP/PE binary and PP/PE/EPDM ternary blends. Polymer Korea, 18: 68-68.
-López-Suevos, F., Eyholzer, C., Bordeanu, N. and Richter, K., 2010. DMA Analysis and Wood Bonding of PVAc Latex Reinforced with Cellulose Nanofibrils. Cellulose, 17: 387-398. DOI: 10.1007/s10570-010-9396-8
-Madhooshi, M., Mehdinia, M. and Yousefi, H., 2017. Study of physical and mechanical properties of cellulosic and lignocellulosic nanofibers reinforced epoxy resin. Journal of Wood and Forest Science and Technology, 23(2): 295-273. DOI: 10.22069/jwfst.2017.11103.1580
-Moghaddasi Jahromi, Z., 2017. Importance and how to protect and maintain ancient monuments and historical buildings. Conference of Islamic and historical architecture and urban planning researches in Iran. Shiraz, Iran.
-Najafianashrafi, M., Moradpour, P., Jahan latibari, A. and Edalat, H., 2023. Adhesive Modification and Improvement of Properties of Polyvinyl Acetate Using Nano silica. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 38(2): 128-140. DOI: 10.22092/ijwpr.2023.361007.1743
-Örs, Y., Atar, M. and Özçifçi, A., 2000. Bonding Strength of Poly(vinyl acetate)-Based Adhesives in Some Wood Materials Treated with Impregnation. Journal of Applied Polymer Science, 76: 1472-1479.
-Qiao, L. and Easteal, A.J., 2001. Aspects of the Performance of PVAc Adhesives in Wood Joints. Pigment and Resin Technology, 30: 79-87.
-Roffael, E., 2006. Volatile Organic Compounds and Formaldehyde in Nature, Wood and Wood Based Panels. Holz als Roh-und Werkstoff, 64: 144-149. DOI: 10.1007/s00107-005-0061-0
-Salari, A., 2018. Modifying the characteristics of polyvinyl acetate resin (PVAc) using nanocellulose and polyvinyl alcohol. Thesis (Ph.D.). Department of Science and Wood and Paper Industries, Tehran University of Agriculture and Natural Resources, Karaj, 134 p.
-Salari, A., Faezipour, M., Karimi, A., Jonoobi, M. and Moradpour, P., 2018. Investigation of the effect of modified poly vinyl acetate on the stress carrying capacity of corner joints in the wood members joined with dowel. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 9(3): 323-336.
-Sedlarik, V. N., Saha, I., Kuritka, P. and Saha, P., 2007. Environmentally friendly biocomposites based on waste of the dairy industry and poly(vinyl alcohol). Journal of Applied Polymer Science, 106(3): 1869-1879.
-Teacă, C.A., Rosu, D., Bodîrlău, R. and Rosu, L., 2013. Structural Changes in Wood under Artificial UV Light Irradiation Determined by FTIR Spectroscopy and Color Measurements – A Brief Review. BioResources, 8(1): 1-17. DOI: 10.15376/biores.8.1.1478-1507
-Turkoglu, T., Baysal, E., Kureli, I., Toker, H. and Ergun, M.E., 2015. The Effect of natural weathering on hardness and gloss of impregnated and vanished scots pine and oriental beech wood. Wood Research, 60(5): 533-544.
-Ülker, O., 2016. Wood Adhesives and Bonding Theory. InTech., pp. 20-53. DOI: 10.5772/65759
-Vineeth, S. K., Gadhave, R.V. and Gadekar, P. T., 2019. Nanocellulose Applications in Wood Adhesives—Review. Open Journal of Polymer Chemistry, 9: 63-75. DOI: 10.4236/ojpchem.2019.94006
-Zamani, K., Kanousi, M., Khazaian, A. and Mohammadi, J. 2019. Study on the physical and mechanical changes of beech wood due to storage in the forest and activity of the fungus. Journal of Wood and Forest Science and Technology, 25(4): 35-50. DOI: 10.22069/jwfst.2018.15079.1751