کاربرد فناوری نانو در صنعت چوب

ساختمان آنلاین1398-08-23

0 خواندن این مطلب 6 دقیقه زمان میبرد

مقدمه

چوب، کامپوزیت طبیعی است که به دلیل ضعف خود در برابر برخی عوامل نظیر رطوبت و آتش، حمله باکتری ها و قارچها، دوام طبیعی و مقاومت های فیزیکی و مکانیکی، نیازمند اعمال اصلاحاتی به منظور بهبود ویژگی های خود می باشد. صنعت چوب با توجه به نیازهای خود از استفاده کنندگان مواد نانو ساختار به شمار می رود، تدابیری که به کمک فناوری نانو برای چوب اندیشیده شده است، در مراحل آغازین پیشرفت قرار دارد و در آینده می تواند صنایع چوب کشور را با تحول زیادی روبرو کند. از جمله کاربردهای فناوری نانو در این زمینه استفاده از نانو پوشش های چوب در جهت بهبود خواص و افزایش عمر چوب است. مزایای نانو پوشش های چوب عبارتند از پایداری در برابر رطوبت، اشعه فرابنفش، فساد میکروبی و مقاومت در برابر آتش.

فناوری نانو، توانمندی تولید مواد، ابزار و سیستم های جدید با کنترل سطوح مولکولی و اتمی برای استفاده از خواصی است که در آن سطوح ظاهر می شود. نانو نه یک ماده است نه یک جسم، فقط یک مقیاس است نانومواد به موادی گفته می شود که حداقل یکی از ابعاد آنها در مقیاس ۱ تا ۱۰۰ نانومتر باشد.

در این نوشتار، انواع نانو پوشش های چوب و کاربردهایشان به اختصار توضیح داده شده است.

افزایش مقاومت چوب در برابر جذب رطوبت و نور

سطوح چوب و کامپوزیت های چوبی همواره در معرض فرسایش به وسیله نور(مانند اشعه فرابنفش) و رطوبت است و در برابر این دو عامل بسیار آسیب پذیر است. در مقایسه با سایر مواد و مصالح ساختمانی تاثیر رطوبت بر روی ویژگی های میکانیکی و مقاومتی چوب اهمیت بیشتری دارد. چوب می تواند مقادیر قابل توجهی آب، تا حدود ۲۰۰ درصد وزنی خود جذب کند. انقباض و تورم ناشی از تغییرات رطوبت می تواند سبب ساز مشکلاتی نظیر ایجاد ترک در چوب شود.

پیشرفت های اخیر در علم و فن آوری، امکان استفاده از محصولات ارگانوسیلیکون را برای ضدآب کردن انواع مختلف محصولات چوبی فراهم ساخته است. بنابراین با ایجاد نانو پوشش های مناسب بر روی سطح چوب و مسدود کردن منافذ و جلوگیری از تماس رطوبت با سطح چرب می توان از نفوذ رطوبت جلوگیری و مقاومت چوب را در برابر نفوذ رطوبت با استفاده از نانوذرات افزایش داد.

انواع روش های ضد آب کردن چوب

بطور کلی برای ضد آب کردن چوب از مواد پوشش دهنده با نفوذ کننده استفاده می شود.

پوشش دهنده ها

مسائل اقتصادی و استفاده آسان تر از پوشش های ضد آب، باعث کاربرد گسترده این پوشش ها در صنایع مختلف از جمله صنعت چوب شده است. در سطح دنیا محصولاتی چون رنگهای آکلریکی، سنتزی و پلیمرهای سیلیکونی معمولا برای ضد آب کردن سطوح استفاده می شوند. اندازه ذرات این پوشش دهنده ها بیش از ۱۰۰ نانومتر است که این مسئله باعث می شود که نتوانند به داخل منافذ چوب نفوذ کنند، بلکه لاپه ای ایجاد کنند که سطح چوب را بپوشاند و مانع جذب آب شود.

نفوذ کننده ها

بیشتر نفوذ کننده ها پایه حلالی هستند و شامل مواد منومری محلول با اندازه کوچکتر از ۶ نانومتراند. این مواد به منافذ و شبکه های چوب نفوذ و خاصیت آب گریز بودن سطح را ایجاد می کنند.

معرفی نانو پوشش های چوب با خاصیت ضد آب و مقاوم در برابر نور

سیلان ها

مواد منومری هستند که به عنوان دسته ای از محصولات ضد آب سازی شناخته شده اند، محصولات استفاده شده برای ضد آب کردن به آلکیل آلکوکسی سیلان معروف اند، در ساختار آلکیل آلکوکسی سیلان ها در گروه وجود دارد:

الف) گروه الکیل (R)، وجود این گروه ها در سطح خاصیت آب گریزی را ایجاد می کند.

ب) گروه آلکوکسی(OR)، این گروه با چوب و محصولات چوبی واکنش می دهند.

بیشتر مصالح ساختمانی از جمله چوب، بر روی این سطح خود گروه های هیدروکسیل (OH) دارند. این گروه های OH می توانند با گروه های آلکوکسی سیلان واکنش دهند و با زیرلایه پیوندهای جهانی سیلوکسان هیدروژنی تشکیل دهند.

نانو پوشش های چوب

نمونه ای از محصولات تجاری مواد آب گریز

لیگنول

پوشش نانو بنیان محافظ چوب که با نام تجاری لیگنول به بازار عرضه شده است، نوعی پوشش چند منظوره اشباع کننده پایه آبی است که برای حفاظت چوب از عوامل جوی (به ویژه در سطوح عریان و فضای بیرون ساختمان) کاربرد دارد.

ساز و کار این پوشش بر پایه استفاده از ذرات نانوبنیانی است که در حفره های سطحی چوب نفوذ کرده و راه را بر نفوذ آب و دیگر عوامل مهاجم می بندد. همچنین مواد جذب کننده پرتوی فرابنفش در ترکیب این ماده بر پایداری و دوام آن می افزاید و هیچ تغییری در شفافیت پوشش ایجاد نمی کند.

ویژگی های این پوشش

آبگریزی عالی و در نتیجه پیشگیری از اثرات نامطلوب بارش باران بر روی سطوح چوبی
محافظت کامل در برابر پرتوهای فرابنفش و جلوگیری از تیره شدن چوب در اثر آفتاب خوردگی
غیر فعال بودن این پوشش ها و عدم واکنش با مواد شیمیایی اطراف خود
قابلیت استفاده در سازه های دریایی، اسکله ها و ساختمان های ساحلی

زایکوسیل

زایکوسیل، محصولی برخاسته از فناوری نانو و محلول در آب، برگرفته از ساختمان برگ نیلوفر آبی با ساختار شیمیایی ارگانوسیلان است.

ویژگی های این پوشش

۱۰۰ درصد سیلان
پایدار در برابر اند UV و حرارت
طول عمر ۲۰ تا ۳۰ سال
نفوذ کننده در منافذ و ترک های بسیار ریز
دوستدار محیط زیست، بی رنگ و بی بو
غیر قابل اشتعال

استفاده از نانوذرات فلزی برای بهبود مقاومت چوب

علاوه بر وجود رطوبت، پرتوهای فرابنفش از عواملی هستند که موجب پوسیدگی و از بین رفتن مصالح چوبی می شوند.

استفاده از نانوذرات دی اکسید تیتانیم، اکسید روی و دی اکسید زیرکونیم می تواند باعث افزایش مقاومت چوب در برابر نور و عوامل جوی شود.

اصلاح و بهبود مقاومت چوب در برابر باکتری ها و قارچ ها با استفاده از فناوری نانو

وجود رطوبت در چوب باعث رشد و تکثیر انواع قارچ ها و باکتری ها می شود، زیرا رطوبت، اکسیژن و غذای مورد نیاز برای آن ها درون چوب فراهم است. حال می توان با استفاده از نانوذرات، محیط را برای حمله باکتری ها و قارچ ها ناامن نمود. به طور کلی محصولات چوبی در معرض حمله عوامل محیطی همچون قارچ های لکه آبی، پوسیدگی سفید و قرمز و همچنین انواع مختلف کپک ها قرار دارند. جلوگیری از تماس باکتری ها با سطح چوب می تواند روش مناسبی برای به حداقل رساندن تکثیر کلونی های میکروبی با تشکیل کپک در چوب باشد.

نانو پوشش های چوب آنتی باکتریال، مقاوم در برابر آب، هوا، مواد ار گانیکی و غیر ار گانیکی هستند و یکی از پوشش های اصلی صنعت ساختمان به شمار می روند.

انواع نانو پوشش های چوب آنتی باکتریال

نانوذرات سیلیکا

نانوذرات سیلیکا، تکثیر باکتری ها و کلونی های قارچ ها را به طور چشمگیری کاهش می دهد. ذرات کروی سیلیکا، با قطر حدود ۱۰ نانومتر، از طریق یک لایه اتصالی پلی کاتیونی و با استفاده از یک فرایند ساده به سطوح متصل می شوند. از این روش می توان برای ساخت روکش های نانوکامپوزیتی پلیمری با خاصیت خود تمیز شوندگی و حذف آلاینده های میکروبی استفاده نمود.

نانوذرات نقره

نانو ذرات نقره به دلیل خاصیت منحصر به فرد ضد میکروبی بودن امروزه مورد توجه زیادی قرار گرفته اند، با توجه به اینکه نانوذرات دارای سطوح بسیار زیادی هستند، این افزایش سطح باعث خواهد شد که یک گرم از نانوذرات نقره برای ضد باکتری کردن یک صد متر مربع از سطح یک ماده کافی باشد، بنابراین می توان با نانوذرات نقره سطوح چوبی را در برابر قارچ ها و باکتری ها ایمن نمود.

نانوکپسول ها

نانو کپسول ها توان آزادسازی مداوم آفت کش ها و قارچ کش ها را دارند و در صورتی که در پوشش های مورد مصرف در مبلمان های چوبی نظیر پلی استر، سیلر و کیلر استفاده شوند، طبق برنامه زمانبندی مشخص آزاد سازی مواد قارچ کش را انجام دهند. نانوذره دی اکسید تیتانیوم نقش کلیدی در آزادسازی مواد قارچ کش ایفا می کند.

افزایش مقاومت چوب در برابر شعله و آتش با استفاده از نانوفناوری

یکی از کاربردهای مهم فناوری نانو در جهت بهبود خواص چرب، بالابردن مقاومت این مواد در برابر آتش است، این مواد عموما در دماهای بالا ایمن نیستند، اما با استفاده از فناوری نانو امکان دیرسوز نمودن آنها وجود دارد.

ویژگی بازدارنده های آتش

کاهش قابلیت اشتعال
کاهش پخش حرارت
کاهش گسترش شعله

اصلاح خواص مقاومتی چوب با نانو لوله های کربنی

محصولات چوبی (مبلمان، دکوراسیون و غیره) در هنگام استفاده تحت تاثیر تنش ها و کرنش های متفاوتی قرار می گیرند و نیروهای خمشی، کششی، فشاری و برشی بر آنها وارد می شود. حال می توان با استفاده از نانولوله های کربن ، خواص مقاومتی این چوب ها را افزایش داد.