نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته دکتری، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه زابل، زابل، ایران

2 استاد، صنایع چوب ،گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه زابل،زابل، ایران

3 دانشیار، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکدة منابع طبیعی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

4 دانشیار ، گروه عمران دانشکدة فنی و مهندسی، دانشگاه زابل، زابل، ایران

5 دانشیار گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکدة منابع طبیعی، دانشگاه زابل، زابل، ایران

چکیده

 سابقه و هدف: نخل خرما، یکی از منابع مهم مواد لیگنو­سلولزی در ایران است. ساختار چوب نخل­ خرما از گیاهان تک‌لپه‌ای و بسیار متمایز از چوب درختان دولپه­ای است. این ماده اولیه نیاز به مطالعه داشت، ازاین‌رو با رویکرد اصلاح نخل خرما دوستدار محیط‌زیست و رفتار برخی ویژگی‌های مکانیکی برای کاربرد در صنعت چوب و مبلمان تحقیق انجام شد.
 مواد و روش‌ها: چهار نفر نخل خرما از استان سیستان و بلوچستان در شهر زابل تهیه شد. تنه­ها در امتداد تنه به چهار قسمت دو متری برای سبکی و سهولت جابجایی در کارگاه برش چوب دانشکده منابع طبیعی دانشگاه زابل قطع‌زنی شد. نمونه­های آزمونی از موقعیت­های مختلف در امتداد مقاطع عرضی و در ارتفاعات مختلف درون تنه تهیه گردید. نمونه­های مذکور برای آزمون مکانیکی و اصلاح حرارتی تهیه و آماده شد. برای تعیین خواص مکانیکی قبل از اصلاح، آزمون­های مقاومت کشش موازی بسته­های آوندی، مقاومت کشش عمود بر بسته­های آوندی، مقاومت برشی موازی بسته­های آوندی و مقاومت فشار موازی بسته­های آوندی انجام شد. نمونه­های آزمونی برای تیمار حرارتی در محفظه حرارتی (آون) در 11 دمای متفاوت (120 تا°C ۲۱۰) با حفظ دمای ثابت به مدت 2 ساعت و زمان یکسان اصلاح شد. رفتار برخی ویژگی‌ها ازجمله مقاومت خمشی، مدول الاستیسیته، زبری‌سنج و آزمون مقاومت به پیچ و میخ بعد و قبل از عملیات اصلاح حرارتی برای قابلیت در صنعت مبلمان آزمایش شد. تجزیه‌وتحلیل واریانس تیمار حرارتی در دماهای مختلف انجام شد.
 نتایج: نتایج نشان داد میانگین خواص مکانیکی قبل از اصلاح، آزمون­های مقاومت کششی موازی بسته­های آوندی، مقاومت کششی عمود بر بسته­های آوندی، مقاومت برشی موازی بسته­های آوندی و مقاومت فشار بر موازی بسته­های آوندی به ترتیب با میانگین 07/85، 31/1، 58/3 و 79/19 ﻛﻴﻠﻮﮔﺮم ﺑﺮ ﺳﺎﻧﺘﻲ‌ﻣﺘﺮﻣﺮﺑﻊ تعیین شد. در عملیات اصلاح، دود روشن و بوی بسیار معطر با رایحه خوشبو در آزمایشگاه پخش شد. این پدیده یکی از علائم تغییرات خواص نخل خرما بعد از اصلاح بود. همچنین رفتار برخی ویژگی‌ها ازجمله مقاومت خمشی (MOR) نمونه­های اصلاح‌نشده و اصلاح‌شده نخل خرما، به ترتیب با میانگین 109/39 و 719/70 ﻛﻴﻠﻮﮔﺮم ﺑﺮ ﺳﺎﻧﺘﻲﻣﺘﺮﻣﺮﺑﻊ ثبت شد. بالاترین عدد میانگین مدول الاستیسیته (MOE) به ترتیب برابر با 38/ 2356 و 57/2677 ﻛﻴﻠﻮﮔﺮم ﺑﺮ ﺳﺎﻧﺘﻲﻣﺘﺮﻣﺮﺑﻊ ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ شد. فرایند اصلاح در دماهای مختلف نشان داد، در محدوده دمایی oC160 افزایش MOR و افزایش MOE رخ داده است. ولی با افزایش دمای تیمار حرارتی در نمونه­های بعدی مقدار MOR و MOE کاهش نشان داد. در تیمار oC210 نمونه­ها تقریباً حالت سوختگی سطحی داشت. همچنین آزمون مقاومت به پیچ نسبت به میخ بعد از اصلاح افزایش مقاومت نشان داد. نتایج آزمون زبری‌سنج بعد از اصلاح، در محدوده دمایی oC150 و 160 شاهد میزان تغییرات سطوح کم و نرمی ایجاد کرده بود.
 نتیجه‌گیری: با اشاره به این تحقیق سرآغاز ورود به ایجاد دانش اساسی برای اصلاح حرارتی چوب نخل خرما است. به‌طورکلی، راه‌های امیدوارکننده‌ای برای تطبیق ویژگی‌های این ماده لیگنوسلولزی برای مطابقت با کاربردهای مختلف و درعین‌حال حفظ طبیعت تجدیدپذیر و سازگار با محیط‌زیست آن ارائه می‌دهد. استقبال از این پیشرفت­ها ممکن است راه را برای توسعه این مواد نوآورانه و پایدار در سال­های آینده در صنعت چوب، مبلمان و پوشش­های داخلی منزل هموار نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

-Adel, A., El-Shafei, A., Ibrahim, A. & Al-Shemy, M., 2018. Extraction of oxidized nanocellulose from date palm (Phoenix Dactylifera L.) sheath fibers: Influence of CI and CII polymorphs on the properties of chitosan/bionanocomposite films. Industrial Crops and Products, 124, 155-165. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2018.07.073
-Ali, M., Abdullah, U.H., Ashaari, Z., Hamid, N.H. & Hua, L.S., 2021. Hydrothermal modification of wood: A Review. Polymers, 13(16), 2612. https://doi.org/10.3390/polym13162612
-Amirou, S., Zerizer, A. and Pizzi, A., 2014. Investigation of Chemical, Physical and Mechanical Properties of Algerian Date Palm Wood. Materials Testing Volume 56 Issue 3. Published/Copyright: October 1. https://doi.org/10.3139/120.110548
-Alawar, A., Hamed, A.M. & AlKaabi, K., 2009. Characterization of treated date palm tree fiber as composite reinforcement. Composites Part B: Engineering, 40(7), 601-606. https://doi.org/ 10.1016/j.compositesb.2009.04.018
-Awad, S., Zhou, Y., Katsou, E., Li, Y. & Fan, M., 2021. A critical review on date palm tree (Phoenix Dactylifera L.) fibres and their uses in bio-composites. Waste and Biomass Valorization, 12(6), 2853-2887. https://doi.org/10.1007/s12649-020-01105-2
-Corleto, R. Gaff, M. Niemz,P. Sethy, A, K.Todaro, L. Ditommaso,G. Razaei, F. Sikora,A. Kaplan,L. Das, S. Kamboj,G. Gasparík,M. Kacík, F. Jan, M. 2 0 2 0.Effect of thermal modification on properties and milling behaviour of African padauk (Pterocarpus soyauxii Taub.) wood. j mater res technol. 9(xx):9315–9327. https://doi.org/10.1016/j.jmrt. 2020.06.018
-Esteves, B.M. & Pereira, HM., 2009. Wood modification by heat treatment: A review. Bioresources. 4(1):370-404. https://doi.org/10. 15376/biores.4.1.370-404
-Fathi, L., Bahmani, M., Saadat Nia, M.A., Poursertip, L. & Laden. 2017. A study on the biometric and mechanical structure of palm tree vascular groups (Case study: Ahvaz city). Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 8 (1), 109-118.
-Fruehwald-Koenig, K. & Heister, L., 2024. Macro- and micromechanical behavior of oil palm wood (Elaeis guineensis Jacq.): tensile, compression and bending properties. European Journal of Wood and Wood Products 82:1879–1899. https://doi.org/10.1007/ s00107-024-02131-w
-Gaff, M., Kačík, F. and Gašparík, M., 2019. Impact of thermal modification on the chemical changes and impact bending strength of European oak and Norway spruce wood. Composite Structures. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.02.091
-Gibson, LJ., 2012. The hierarchical structure and mechanics of plant materials. J R Soc Interface 9:2749–766.  https://doi.org/10.1098/rsif.2012.0341
-Gholamiyan, H., 2020. The possibility of designing and constructing standard tables and chairs with palm trunk. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, Vol. 10, No. 4, Winter. In Persian.
-Gholamiyan, H., Gholampoor, B. & Rezvani, M.H., 2021.Identifying the effect of plasma treatment on the palm texture with application attitude in the furniture industry. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, Vol. 12, No. 1, Spring. In Persian
-Gonzalez, OM. & Nguyen, KA., 2016. Cocowood fibrovascular tissue system - another wonder of plant evolution. Front Plant Sci 7:1141. https://doi.org/ 10.3389/fpls.2016.01141
-Hajhassani, R, Mohebbi, B., Najafi, S.K. and Navi, P., 2017.Evaluation of physical and mechanical properties of wood modified by steam-thermal process. Iranian Quarterly Journal of Wood and Paper Science Research. Volume 32, Issue 1, Page 12-1
-Hasanagic, R., Mujanic, S., Alibasic, N., Suljadzic, A., Koricic, H., Fathi, L. & BahmanI, M., 2024. Analysis of the Hygroscopicity of Thermally Modified Wood: Alterations, Characterizations, and Implications for Enhanced Performance. In: Ademovic, N., Aksamija, Z., Karabegovic, A. (eds) Advanced Technologies, Systems, and Applications IX. IAT 2024. Lecture Notes in Networks and Systems, vol 1143. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-71694-2_46
-Hoelz, K., Dorner, PT. & Hohlweg, J., 2022. Influence of thread parameters on the withdrawal capacity of wood screws to optimize the thread geometry. Eur. J. Wood Prod. 80, 529–540. https://doi.org/10. 1007/s00107-022-01792-9
-Harati-Moghadam, Z., Mansouri, H.R. and Kazemi Najafi, S., 2019. Production of phenol-urea-formaldehyde resin (PUF) and investigation of its resistive properties in particleboard. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 9 (4): 609-619
-He, Zh., Wang, Zh., Qu, L., Qian, J. & Yi, S., 2019.Modeling and simulation of heat-mass transfer and its application in wood thermal modification. Results in Physics,Volume 13, 102213. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2019.102213
-Hill, C., Altgen, M. & Rautkari, L., 2021. Thermal modification of wood—A review: Chemical changes and hygroscopicity. Journal of Materials Science, 1-34. https://doi.org/10.1007/s10853-020-05722-z
-Hosseinkhani, H., 2015. Production of gypsum board reinforced with palm pruning fiber (Phoenix dactylifera). Scientific-Research Quarterly of Iranian Wood and Paper Sciences Research, - 1 (30): 60-71. In Persian.
-Jahan Latibari, L., hosenzadeh, A., Nourbakhsh, A., Kargarfard, A., and Golbabaei, f., 1996. Investigation of the characteristics of particle board made from palm waste. Iranian Wood and Paper Science Research. 148 (1): 110-50. In Persian
-ISO 13061-2., 2014. Physical and mechanical properties of wood - Test methods for small clear wood samples - Part 2: Determination of density for physical and mechanical tests. International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland; 2014. https://doi.org/10.3403/ 30497458u 
-Kaclkova, D., Kubovsky, I., Ulbrikova, N. & Kaclk, F., 2020. The Impact of Thermal Treatment on Structural Changes of Teak and Iroko Wood Lignins. Applied Sciences, 10(14), 5021. https://doi.org/10.3390/app10145021
-Kamboj, G. Gasparík, M. Gaff, M. Kacík, F. Sethy, A. K. Corleto, R. Macku, J. 2020. Surface quality and cutting power requirement after edge milling of thermally modified meranti (Shorea spp.) wood. Journal of Building Engineering, 101213 https://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101213
-Koelli, N., 2016. Density and Moisture Distribution in Oil Palm Trunks from Peninsular Malaysia. BSc-Thesis, University of Hamburg
-Lim, S. & Fujii, T., 1997. A note on the structure of oil palm trunk by scanning electron microscopy. J Trop for Prod 3:105–109
-Maleki-Galandouz, M., Bayat-Kashkouli, A., FarrokhPayam, S.R., Hosseini Tabatabai, M.R. & Gholamian, H., 2023. The effect of heat treatment on the physical, chemical and anatomical characteristics of date palm wood. Journal of wood and paper industries of Iran. Volume 14, Number 2, Fall 1402, Page 1-111. In Persian. 10.22034/ijwp.2023.1996125.1603
-Mohebby, B., Sharifnia-Dizboni, H. and Kazemi- Najafi, S., 2009. Combined hydro-thermo- mechanical modification (CHTM) as an innovation in mechanical wood modification. In: Proceeding of 4th European Conference on Wood Modification (ECWM4). 27-29th April, Stockholm, Sweden, pp. 353-360. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2011.03.011
-Ruggeberg, M.R., Speck, T., Paris, O., Lapierre, C., Pollet, B., Koch, G. and Burgert, I., 2008. Stiffness gradients in vascular bundles of the palm Washingtonia robusta, Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 275, 2221–2229. https://doi.org/10.1098/rspb.2008.0531
-Saadtnia, M.A., Sattari, N., Roohnia, M. and Bahmani, M., 2018. Acoustically quality evaluation of date palm samples from the pith to the bark. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 9 (1):  65-74. (In Persian).
-Strekalkin, A., Lukina, A., Lisyatnikov, M. & Martinov, V., 2024. Studies of Screw Behavior in Modified Wood. In: Vatin, N., Roshchina, S., Serdjuks, D. (eds) Proceedings of MPCPE 2022. MPCPE 2022. Lecture Notes in Civil Engineering, vol 335. Springer, Cham. https://doi.org/10. 1007/978-3-031-30570-2_19
-Sikora, A., Kaclk, F., Gaff, M., Vondrová, V., Bubeníková, T. and Kubovsky, I., 2018. Impact of thermal modification on color and chemical changes of spruce and oak wood. Journal of Wood Science, 64(4), 406-416. https://doi.org/10.1007/s10086-018-1721-0
-Srivaro, S., Rattanarat, J., Noothong, P., 2018b. Comparison of the anatomical characteristics and physical and mechanical properties of oil palm and bamboo trunks. J Wood Sci 64:186–192. https://doi.org/10.1007/s10086-017-1687-3
-Sydor, M., 2019. Geometry of wood screws: a patent review. Eur J Wood Prod 77(1):93–103. https://doi.org/10.1007/s00107-018-1362-4
-Tomlinson, PB., 1990. The structural biology of palms. Oxford University Press, Oxford.
-Wu, J., Wang, X. & Fei, B., 2021. The mechanical properties and thermal conductivity of bamboo with freeze–thaw treatment. J Wood Sci 67, 66.
-Wang, X., Cheng, D. & Huang, X., 2020. Effect of high-temperature saturated steam treatment on the physical, chemical, and mechanical properties of moso bamboo. J Wood Sci 66, 52. https://doi.org/10.1186/s10086-020-01899-8
-Yan, J., Zhang, L. & Li, X., 2022. Effect of temperature on color changes and mechanical properties of poplar/bismuth oxide wood alloy during warm-press forming. J Wood Sci 68, 25. https://doi.org/10.1186/s10086-022-02032-7
-Zhang, J., Koubaa, A., Xing, D., Liu, W., Wang, Q., Wang, X. M. & Wang, H., 2020. Improving lignocellulose thermal stability by chemical modification with boric acid for incorporating into polyamide. Materials and Design 191,108589. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108589