تاثير فن آورى نانو در آينده صنعت چوب
شناخت و استفاده موفقيت آميز از فن آورى نانو در صنعت چوب، توليد محصولات جديد و با ارزش افزوده بسيار بالا را ممکن مى سازد. کمسيون اروپا به منظور ترسيم نقشه راه،تحقيق و توسعه و تشخيص پيشرفت هاى جديد در حوزه فن آورى نانو و شناسايى زمينه هاى مرتبط و مناسب براى کاربرد هاى عملى اين فن اورى در بخش توليدات چوبى، مطالعه جامعه اى را انجام داده است. در اين مطالعه مشخص شد که فن آورى نانو با ساخت موادى با عملکرد بسيار بالا مى تواند ابزارى بسيار مهم براى پيشرفت زمينه هاى بسيارى از از جمله موارد زير باشد:
• تغيير محصولات چوبى از منبع محور به دانش محور
• پيشرفت هاى غير منتظرة واقعى در عملکرد مواد زيستى ساخته شده از منابع چوبى
• تغيير رويکرد از محصولات چوبى حجيم به مواد جديد بيوکامپوزيتى مناسب
• يکپارچه نمودن SEM ها، به عنوان مثال،اجتماع توليد کنندگان محصولات با عملکرد بالا با فعالان صنعت چوب و کاغذ
چوب و محصولات چوبى
معمولاً مقاومت چوب ها در برابر بعضى از عوامل محيطى مانند قارچ ها،حشرات ،رطوبت و آتش متغير است و لازم مى باشدکه اصلاحاتى را در اين ماده بوجود آوريم تا کاربرد و دوام آن افزايش يابد. براى اين منظور اغلب اصلاحات ظاهرى از قبيل روکش دهى با مواد شيميايى انجام مى گيرد، اما برخى از روش هاى اصلاحى متعارف، با محيط زيست سازگار نيستند و حتى اثرات سمى دارند به همين دليل نياز مبرم به کشف روش هاى جديد و زيست سازگار براى اصلاح و بهبود ويژگى هاى عملکردى چوب، احساس مى شود.
چوب هايى که با استفاده از فن آورى نانوو توليد مى شوند بسيار مستحکمتر و سخت تر از محصولات روش هاى سنتى خواهند بود. اگر چه ممکن است کامپوزيت هاى چوبى داراى برخى از محدوديت هاى عملکردى باشند اما اصلاح آنها آسان است. از جمله ويژگى هايى که با استفاده از فن آورى نانو افزايش مى يابد پايدارى در برابر رطوبت ، اشعه فرابنفش، فساد ميکروبى و انواع ويژگى هاى ظاهرى از قبيل سختى و مقاومت در برابر آتش است.
سطوح چوب ماسيو و کامپوزيت هاى چوبى همواره در معرض فرسايش بوسيله نور(مانند اشعه فرابنفش) و رطوبت است و در برابر اين دو عامل بسيار آسيب پذير است. بنابراين حفاظت از مواد چوبى، با استفاده از روکش هاى غير شفاف يا نيمه شفاف ابداع گرديد، اما اين روش موجب حذف زيبايى هاى ظاهرى چوب مى شود، در صورتيکه مصرف کنندگان مايلند توأماً از دوام بالا و زيبايى ظاهرى برخوردار باشند. يک راه حل اين مشکل مى تواند استفاده از روش اصلاح ظاهرى شفاف باشد. عملکرد در برابر آتش نيز يکى از عوامل کاهش کابرد محصولات چوبى است. دستيابى به عملکرد پيشرفته تر محصولات چوبى در برابر آتش نيز کار مشکلى نيست بسيارى از بازدارندهاى آتش نيز که هم اکنون مورد استفاده قرار مى گيرند، در کاهش پارامترهاى مختلف عکس العمل چوب در برابر آتش از جمله قابليت اشتعال، پخش حرارت و گسترش شعله مؤثرند. عملکرد چوب در برابر آتش مى تواند تا حد عملکرد پشم هاى معدنى و صفحات فولادى افزايش يابد. هرچند بسيارى از اين اصلاحات ممکن است روى سيار ويژگى هاى چوب تاثير گذار باشند، به هر حال دوام بالاى چوب در برابر آتش مى تواند با استفاده از روش هاى متداول حفاظت از چوب در برابر پوسيدگى هاى زيستى بدست آيد.
ايجاد رفتار بازدارندگى در برابر آتش در چوب،اغلب موجب افزايش نفوذ پذيرى در برابر رطوبت، تغيير رنگ ويا فساد تدريجى چوب مى شود. همچنين اين گونه اصطلاحات مى تواند موجب کاهش دوام چوب بويژه در کاربرد هاى بيرونى، کاهش استحام مکانيکى و مقاوم شدن در برابر چسب و رنگ شود، در صورتى که عمده ترين کاربرد چوب هاى اصلاح شده با خاصيت بازدارندگى آتش، در مصارف بيرونى است. زمانى که چوب اصلاح شده در معرض رطوبت زياد قرار گيرد ،ممکن است مواد شيميايى بازدارنده آتش به سطح چوب منتقل و در نهايت شسته شده و به کلى از چوب خارج شوند. حتى با ميزان اندکى رطوبت ، در حد رطوبت داخلى، عملکرد حفاظتى چوب در برابر آتش ممکن است رو به زوال بگذارد، زيرا مواد شيميايى بازدارنده آتش از قسمت هاى فوقانى چوب به سمت قسمت هاى عميق با غلظت کمتر حرکت کرده، قابليت اشتعال محصولات افزايش مى يابد.
فرصت هاى فن آورى نانو
محافظت در برابر اشعه فرابنفش :سطح چوب ماسيو در برابر عوامل مخربى مانند تابش( اشعه فرابنفش و نور مرئى) بسيار آسيب پذير است و عموماً نياز به حفاظت در برابر اين قبيل عوامل دارد. اصلاح سطح چوب با استفاده از نانو مواد مى تواند پيشرفتى غير منتظره و بسيار با اهميت در راستاى افزايش دوام و عملکرد، به همراه حفظ ظاهر زيباى چوب، بدون استفاده از روکش باشد. رنگ دانه هاى معدنى مانند دى اکسيد تيتانيم(TiO2) و اکسيد روى(ZnO) را معمولاً به منظور افزايش دوام شيميايى و مکانيکى و نيز بهبود شکل ظاهرى به مواد با ساختار پلى مرى اضافه مى کنند.
با اضافه کردن تنها 5% از نانو ذرات دى اکسيد تيتانيم به چوب آن را در برابر تابش فرابنفش محافظت نموده و از سرايت پوسيدگى به لايه هاى مختلف چوب جلوگيرى مى شود و علاوه بر آن ظاهر چوب را نيز زيباتر مى کند.
ممانعت از تکثير ميکروب ها: چوب و کامپوزيت هاى چوبى، بويژه در مصارف بيرونى ، اغلب در معرض تهاجمات باکتريايى مانند لکه هاى آبى، کپک ها و قارچ هاى نابود کننده چوب قرار دارند. جلوگيرى از تماس باکترى ها با سطح چوب مى تواند روش مناسبى براى به حداقل رساندن تکثير کلونى هاى ميکروبى يا تشکيل کپک در چوب باشد.
اصلاح سطح چوب با استفاده از نانو ذرات سيليکا، تکثير باکترى ها و کلونى هاى قارچ ها را به طور چشمگيرى کاهش مى دهد. ذرات کروى سيليکا، با قطر در حدود 10 نانومتر، از طريق يک لايه اتصالى پلى کاتيونى و با استفاده از يک فرايند غرقابى ساده به سطوح شيشه اى متصل مى شوند. از اين روش مى توان براى ساخت روکش هاى نانوکامپوزيتى پليمرى با خاصيت خود پالايى و حذف آلاينده هاى ميکروبى استفاده نمود گرچه اين روش هنوز در چوب ماسيو استفاده نشده است، اما تحقيقات در زمينه بررسى روش هاى پيش نياز براى استفاده رايج از نانوذرات و يا آرايش آنها درون ديواره هاى سلولى چوب، ادامه دارد.
آزاد سازى تدريجى ترکيبات با اهميت
نانوذرات توان آزاد سا زى مداوم آفت کش ها و قارچ کش ها در يک ساختار پليمرى را نيز دارند. اين روش ها که در آن قارچ کش ها و آفت کش ها به صورت کپسول هايى درون روکش قرار مى دهند، به منظور آزادسازى زمان بندى شده ابداع شده است. ساختار هاى ميکروحفره اى ساخته شده از نانوذرات دى اکسيد تيتانيوم نقش بسيار کليدى در سازوکارهاى آزاد سازى مرحله اى به عهده دارند. پوشش هاى داراى اين ذرات در برابر نفوذ و تکثير جلبک ها نفوذ ناپذيرند.
نگهدارى چوب
استفاده از Timber -که يک قطعه چوب تلقيح شده با مس، کروم و آرسنيک است- براى مصارف مسکونى ممنوع شده است و صنعت توليد کننده آن براى يافتن جايگزينى براى آن تلاش مى کند. نشانه هاى بسيارى مبنى بر توانايى فن آورى نانو در توليد محصولات مؤثرتر، با دوام تر و با خواص ضد ميکروبى به ويژه براى مصارف خارجى وجود دارد. با استفاده از روش هاى اشباع مناسب، نانوذرات قادرند به درون ساختار چوب نفوذ کنند و اين در حالى است که تاثير وجود نانوذراتى مانند دى اکسيد تيتانيوم، اکسيد روى و يا اکسيد مس در نگهدارنده هاى چوب، در افزايش دوام چوب اثبات شده است.
عملکرد در برابر آتش
از نانوکامپوزيت هاى مقاوم به آتش به طور عمده در توليد پلاستيک ها، استفاده شده است. همچنين از مقاومت نانوکامپوزيت ها در مقابل آتش مى توان در توليد محصولات چوبى بهره برد. اما تاکنون نتايج کمى در اين زمينه به دست آمده است. مؤثرترين بازدارنده هاى آتش نانوکامپوزيتى، ساختارى است شامل تنها يک مونومر و يا پليمر هاى منبسط شده که ميان لايه هاى سيليکا قرار داده شده است. چنانچه بتوان پلاستيک ها و خاک رس را طى يک فرآيند مناسب به خوبى با هم مخلوط کرد، يک چنين ساختارى به آسانى ايجاد مى شود. اما اين روش تاکنون در توليد محصولات چوبى جامد به کار نرفته است. با اين وجود اطلاعات موجود در مورد محصولات چوبى نشان مى دهد، کاهش اندازه ذرات مقاومت به آتش را تا چند برابر افزايش ميدهد. با به کارگيرى فن آورى نانو مى توان ويژگى هاى بسيار شگفت انگيزى را در محصولات به وجود آورد. به عنوان مثال نانوذرات قادرند به درون غشاى سلولى نفوذ کرده، ساختارى بسيار مستحکم با احتراق پذيرى کم ايجاد نمايد و به طور همزمان خصوصيات ميکروحفره اى چوب را نيز حفظ کنند.همچنين مى توان چوب را بعنوان ماتريسى براى توليد مواد سراميکى متخلخل جديد با عملکرد بسيار بالا در برابر آتش، به کار برد.
موارد کابرد نانو در آينده صنعت چوب
• تحقيقات اکتشافى در نانوساختارهاى چوب و خمير
• ساختارهاى مهم شامل سيستم متخلخل ديواره فيبر
• سازماندهى و توزيع اجزاى ديوار فيبر
• اصلاح آنزيمى اجزاى فيبر
• اصلاحات فيزيکى و شيميايى اجزاى بافت شامل افزودن و اصلاح سيستم متخلخل ديواره فيبر
• تحقيق و توسعه اکتشافى با هدف بهره بردارى صنعتى از نانو الياف سلولزيژ
• اصلاح شيميايى الياف سلولزى
• فرآيندهاى تجميع و توزيع
• اندازه گيرى خواص مقاومتى و شبکه اى الياف در کاغذ و خميرسازى.
• کاربرد الياف سلولزى وخاک رس لايه بندى شده در نانو کامپوزيت ها به منظور ايجاد حفاظ هاى آب، نفت و گاز
• تحقيق و توسعه اکتشافى براى اصلاح سطوح در الياف چوبى و سلولزى
• روش هاى چند لايه اى پلى الکتروليتى
• خود آرايى پلى ساکريدها و مشتقات پلى ساکاريدى
• پيوندهاى سطحى پلى مرها
• بلوکه کردن پلى مرها با هدف اصلاح سطوح
موانع به کارگيرى فن آورى نانو در توليد محصولات چوبى
صنعت چوب عمدتاً شامل صنايع کوچک يا متوسط ديگرى است که اغلب توانايى سرمايه گذارى تحقيقاتى براى توسعه فن آورى ها و افزايش کيفيت محصولات را ندارند. اين صنعت هنوز به درک مناسبى از ارزش افزوده در ابعاد وسيع نرسيده است. در حال حاضر بيشتر ين بازده صنعت چوب، با استفاده از مواد توده اى حاصل مى شود. بيشترين توليد کنندگان محصولات چوبى هنوز از انتظارات و نيازهاى مصرف کنندگان آگاه نيستند. به عبارت ديگر ،اکثر مصرف کنندگان به استفاده از مواد کاملاً طبيعى علاقه مند هستند و هيچ حمايتى از محصولات با استفاده مواد غير طبيعى 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 ارتباط ماشین آلات کاغذ سازی وسایر تجهیزات فرایندی به شمار آورد . می توان نانو فیلتراسیون 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 .
در صورت استفاده از نانو کامپوزیتهای پایه رسی در غشاء ها وروکشها ، خواص محافظتی بسیار مطلوب و پیشرفته ای به دست می آید که این مقوله هم اکنون بخش مهمی از فعالیت های تحقیق و توسعه را به خود اختصاص داده است .
منبع: مهندسى علوم و صنايع چوب و کاغذ