نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• رحمت مدندوست ¹
• مسعود کافی ²
• حیدر دشتی ²
• جواد ترکمن ³

¹ دانشگاه گیلان

² گروه عمران، دانشکده فنی و مهندسی، واحد چالوس، دانشگاه آزاد اسلامی، چالوس، ایران

³ گروه جنگلداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: الیاف سلولزی، به ویژه الیاف گیاهی، به دلیل ویژگی‌هایی چون تجدیدپذیری، هزینه پایین تولید، وزن سبک و خواص مکانیکی مناسب، به عنوان جایگزین‌هایی پایدار برای مواد مصنوعی در صنایع کامپوزیت، خودروسازی و ساختمان‌سازی اهمیت یافته‌اند. گیاه بامبو با رشد سریع، ساختار فیبری منظم، استحکام بالا و زیست‌ تخریب‌پذیری، منبعی برجسته برای کامپوزیت‌های زیستی است. دیواره سلولی بامبو شامل سلولز، همی‌سلولز و لیگنین است که سلولز هسته سخت و همی‌سلولز دیواره انعطاف‌پذیر اولیه را تشکیل می‌دهد. با این حال، آب‌دوستی ذاتی و چسبندگی ضعیف الیاف بامبو، چالش‌های مهمی را در کاربردهای کامپوزیتی ایجاد می‌کند که نیازمند اصلاحات شیمیایی و حرارتی است. هدف اصلی این پژوهش، ارزیابی اثربخشی روش‌های تیمار اصلاحی شامل اسید بوریک (H3BO3)، سود(NaOH) و آب جوش بر خواص فیزیکی و ساختاری بامبو است. برای ارزیابی دقیق نتایج، از روش‌های طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FTIR) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده شده است.
مواد و روش‌ها: نمونه‌های بامبو سه ساله (Phyllostachys vivax) از شهر لاهیجان، استان گیلان تهیه و پس از خشک شدن در هوای آزاد، قطعات ۳×۳ سانتی‌متری از ناحیه نزدیک یقه ساقه جدا شدند. نمونه‌ها در چهار گروه شاهد (SP-RA)، تیمار آب جوش (SP-WA)، اسید بوریک (SP-BO) و سود (SP-SO) دسته‌بندی شدند. قبل از تیمار، نمونه‌ها در آون در دمای 2 ± 103 سانتیگراد خشک شده و جرم، حجم و جرم مخصوص اندازه‌گیری شد. شرایط تیمار به شرح زیر بود: ۶ ساعت غوطه‌وری در آب جوش (حرارتی)، ۱ ساعت غوطه‌وری در محلول ۶ درصد اسید بوریک در 60 درجه سانتیگراد و ۱۰ ساعت غوطه‌وری در محلول ۱ درصد سود در 70 درجه ساتنیگراد. درصد واکشیدگی سطح و ضخامت با استفاده از تصاویر میکروسکوپ استریو و نرم‌افزار Image-J محاسبه شد. درصد جذب آب در فواصل زمانی ۲۴، ۴۸، ۷۲ ساعت و سپس هفتگی اندازه‌گیری ‌شد. تغییرات ساختار مولکولی باFTIR (محدوده 500-3500 cm-1) و ریزساختار نمونه‌ها با تصاویرSEM (بزرگنمایی µm 20) پس از پوشش‌دهی طلا مورد مقایسه قرار گرفت.
نتایج: بررسی‌های فیزیکی نشان داد که نمونه‌های شاهد پس از خشک شدن در آون، کاهش متوسطی در جرم (۸.۳۸%) و حجم (۳.۹۱%) را تجربه کردند. نمونه‌های تیمار شده با آب جوش و هیدروکسید سدیم به دلیل کاهش چشمگیر حجم و جرم ناشی از تجزیه مواد استخراجی، افزایش چگالی را نشان دادند. در مقابل، تیمار اسید بوریک با کاهش جرم کمتر و افزایش حجم ۶.۸۰% همراه بود که منجر به کاهش چگالی گردید.
نتایج جذب آب پس از ۲۸ روز غوطه‌وری نشان داد که تمامی تیمارهای حرارتی و شیمیایی، درصد جذب آب را افزایش داده‌اند. تیمار بوریک اسید به دلیل خاصیت رطوبت‌جذبی بور، بیشترین جذب آب و تیمار سود به دلیل حذف لیگنین و همی‌سلولز، افزایش تخلخل را نشان دادند. در خصوص واکشیدگی، تیمارهای آب جوش و سود آن را افزایش دادند، اما تیمار بوریک اسید به دلیل تشکیل پیوندهای عرضی، درصد واکشیدگی را به طور مؤثری کاهش داد.
نتایج FTIR نشان داد تیمار هیدروکسید سدیم حذف همی‌سلولز و کاهش لیگنین را تأیید کرد. در طیف اسید بوریک، کاهش شدت پیک گروه هیدروکسیل و ظهور پیک‌های جدید مربوط به پیوندهای عرضیB-O مشاهده شد. تصاویر SEM، ساختار فشرده در نمونه شاهد، و به ترتیب افزایش جزئی تخلخل در آب جوش، رسوب بور در تیمار اسید بوریک و تخلخل بالا در تیمار هیدروکسید سدیم را تأیید کردند. این مشاهدات، تأثیر اسید بوریک در جذب آب بالا و واکشیدگی کم و تأثیر هیدروکسید سدیم در واکشیدگی زیاد و چسبندگی بهتر را به خوبی نشان دادند.
نتیجه‌گیری: این پژوهش ثابت کرد که تیمارهای شیمیایی و حرارتی به طور مؤثری ساختار دیواره سلولی بامبو را تغییر می‌دهند. تیمار اسید بوریک با کاهش چشمگیر واکشیدگی (علیرغم افزایش جذب آب)، پایداری ابعادی مطلوبی را برای کاربردهای مقاومتی مانند بتن فراهم می‌کند. در مقابل، سدیم هیدروکسید با افزایش واکشیدگی و تخلخل، چسبندگی الیاف به ماتریس کامپوزیت را بهبود می‌بخشد. این نتایج به طور جامع توسط آنالیزهای طیفی و میکروسکوپی تأیید شدند. این یافته‌ها چالش‌های آب‌دوستی الیاف گیاهی را برطرف کرده و پتانسیل بالای بامبو را در کامپوزیت‌های زیستی برجسته می‌سازند. تحقیقات آتی باید بر ترکیب بهینه تیمارها و ارزیابی صنعتی محصولات تمرکز کند.

کلیدواژه‌ها

• واژه های کلیدی: بامبو
• جذب آب
• واکشیدگی
• طیف سنجی
• میکروسکوپ الکترونی

موضوعات

• حفاظت و اصلاح چوب