بهبود عملکرد گچ‌برگ پلیمری بر پایة الیاف کاغذ باطلة اداری: تجزیه‌و‌تحلیل ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه صنایع چوب و کاغذ، دانشکدة منابع طبیعی، دانشگاه زابل، زابل، ایران.

10.22059/jfwp.2025.384904.1318

چکیده

در این پژوهش، هدف بررسی ‌و‌ تحلیل ویژگی‌های مکانیکی و فیزیکی گچ‌برگ‌های تقویت‌شده پلیمری به‌منظور توسعة نسل جدیدی از پانل‌های لیفی گچی سبک با ویژگی‌های استاندارد و بهبود یافته بود. گچ‌برگ‌های پلیمری از مقاومت زیادی در برابر رطوبت برخوردار بوده و محصولات متنوعی از آن در بازار معرفی و عرضه شده‌اند. برای تهیة نمونه‌ها، از روش دوغاب استفاده شد و الیاف کاغذ باطلة اداری و مواد افزودنی نظیر سیمان، آهک هیدراتة اصلاح ‌شده، پرلیت، پودر رزین پلی‌وینیل الکل و پلی‌وینیل استات به ماتریس گچی افزوده شد. در مرحلة اول، آزمون‌های مقاومت فشاری، خمشی و جذب آب (سطحی و کلی) به‌عنوان اصلی‌ترین آزمون‌های استاندارد انجام گرفت. در مرحلة دوم، گچ‌برگ‌های پلیمری تحت شرایط بهینة حاصل از مرحلة اول تولید شدند. شرایط بهینه براساس نتایج آزمون‌های مرحلة اول انتخاب و ترکیب شدند. نتایج این پژوهش نشان داد که تیمارهای حاوی پلی­وینیل الکل و سیمان بیشترین مقاومت فشاری و خمشی را از خود نشان دادند در حالی‌که ترکیب گچ و آهک هیدراتة اصلاح‌ شده کمترین جذب آب سطحی و جذب کلی را داشتند. به‌طور کلی، ترکیب گچ­برگ حاوی سیمان، آهک پوشش­دار شده و پلی­وینیل الکل بهترین تیمار از نظر ویژگی‌های فیزیکی (جذب آب سطحی و جذب آب کلی به‌ترتیب 28 و 29 درصد)، مکانیکی (مقاومت فشاری و خمشی به‌ترتیب 3/28 مگاپاسکال و 3/32 نیوتن بر میلی متر مربع)، طیف‌سنجی مادون قرمز و TGA-DTA (مقاومت به حرارت زیاد) می­ باشد و با توجه به داشتن حداقل ویژگی‌های استاندارد می‌توان از آن به‌عنوان گچ­برگ پلیمری سبک­سازی شده استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Improving the performance of office wastepaper fiber-based polymeric gypsum fiberboards: Analysis of physical and mechanical properties

نویسندگان [English]

  • Arqavan Doost
  • Ali Bayatkashkoli
  • Saeidreza Farrokh Payam
Department of Wood and Paper Industries, Faculty of Natural Resources, University of Zabol, Zabol, Iran.
چکیده [English]

We investigated the mechanical and physical properties of polymer-reinforced gypsum fiberboards to develop a new generation of lightweight gypsum fiber panels with standard and improved properties. Polymeric gypsum fiberboards exhibit high moisture resistance, and various products have been introduced to the market. To prepare the samples, the grout method was used, incorporating office wastepaper fibers and additives such as cement, modified hydrated lime, perlite, polyvinyl alcohol, and polyvinyl acetate resin powder into the gypsum matrix. In the first stage, compressive strength, bending strength, and water absorption (surface and total) tests were performed as the main standard tests. In the second stage, polymeric gypsum fiberboards were produced under the optimal conditions determined from the first stage. The optimal conditions were selected based on the first-stage results, and the selected materials were combined. The results showed that treatments containing polyvinyl alcohol and cement exhibited the highest compressive and bending strength, while the combination of gypsum and hydrated lime resulted in the lowest total and surface water absorption. Overall, gypsum fiberboards containing cement, coated lime, and polyvinyl alcohol proved to be the best treatment in terms of physical properties (surface and total water absorption: 28% and 29%, respectively), mechanical properties (compressive strength: 3.28 MPa, bending strength: 3.32 N/mm²), and thermal resistance (as confirmed by FTIR and TGA-DTA). These fiberboards meet the minimum standard characteristics and can be used as lightweight polymeric gypsum fiberboards.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fiber panels
  • Mechanical properties
  • Polymeric gypsum fiber board
  • Waste paper fibers

مراجع

[1] Pecas, P., Carvalho, H., Salman, H., & Leite, M. (2018). Natural fibre composites and their applications: a review. Journal of Composites Science, 2(4), 66.
[2] Karade, S.R. (2010). Cement-bonded composites from lignocellulosic wastes. Construction and Building Materials, 24(8), 1323-1330.
[3] Najim, T.S., Al-Zubaidy, A.A., & Yassin, S. A. (2011). Physical and mechanical properties of polymer-gypsum composite. In: Proceedings of First Polymers/Composites Symposium, May 5-6 Al-Mustansiria University, Baghdad, Iraq, pp. 1-13.
[4] Gomes, C.E.M., Sousa, A.K.D., Araujo, M.E.S.O., Ferreira, S.B., & Fontanini, P. (2019). Mechanical and Microstructural Properties of Redispersible Polymer-Gypsum Composites. Materials Research, 22(3), e20180119.
[5] Deng, Y.H., & Furuno, T. (2001). Properties of gypsum particleboard reinforced with polypropylene fibers. Journal of Wood Sciences, 47, 445–450.
[6] Chalak, S.R., Farrokh Payam, S.R., Bayatkashkouli, A., & Rahdar, H.A. (2024). Rengforcement the microstructure of gypsum board composite with modified calcium carbonate, sulfonate and starch in order to reduce water absorption and increase mechanical Strengthening. Journal of Forest and Wood Products, 76 (4), 341-353. (In Persian)
[7] Mucha, M., Mroza, P., & Kocemba, A. (2016). Polymer composites based on gypsum matrix. In AIP Conference Proceedings III International Conference on "Times of Polymers and Composites": From Aerospace to Nanotechnology. June 19–23 Naples, Italy, 1736 (1), DOI: 10.1063/1.4949694
[8] Gazineu, M.H.P., Dos Santos, V.A., Hazin, C.A., De Vasconcelos, W.E., & Dantas, C.C. (2011). Production of polymer-plaster composite by gamma irradiation. Progress in Nuclear Energy, 53(8), 1140-1144.
[9] Ciemnicka, J., Prałat, K., Koper, A., Makomaski, G., Majewski, Ł., Wojcicka, K., & Buczkowska, K.E. (2021). Changes in the strength properties and phase transition of gypsum modified with microspheres, aerogel and HEMC polymer. Materials, 14(13), 3486.
[10] Trocinski, A., Wieruszewski, M., Bartkowiak, M., Dziurka, D., & Mirski, R. (2024). The Influence of Hemp Fibers (Cannabis sativa L.) on the Mechanical Properties of Fiber–Gypsum Boards Reinforcing the Gypsum Matrix. Polymers, 16(18), 2644.
[11] Trocinski, A., Dziurka, D., Thomas, M., & Mirski, R. (2024). Physico-Mechanical Characteristics of Gypsum–Fiber Boards Manufactured with Hydrophobically Impregnated Fibers. Materials, 17(18), 4555.
[12] Chun, H., Xian, X., Hu, X. & Liu, X. (2014). Improvement on mechanical strength and water absorption of gypsum modeling material with synthetic polymers. Ceramics International, 40, 14899–14906.
[13] Liu, A., Zeng, W., Zhu, Z., Zhuo, S., Liu, X., He, C., & Qian, R. (2024). Determination and study of correlations of relative sensitivity factors in metal and metal oxide samples by glow discharge mass spectrometry. Microchemical Journal, 205, 111249.
[14] Gypsum – Gypsum Blocks Definitions, Requirements and Test Methods, Iranian National Standardization Organization, ICS, 91.100.10, INSO 2786, 2013.
[15] Gypsum Concrete- Specifications, Iranian National Standardization Organization, ICS, 91.100.10, INSO 5032, 2014.
[16] Gypsum Binders and Gypsum Plaster Part 1: Requirements, Institute of Standards and Industrial Research of Iran, ICS, 91.100.10; 01.040.91, ISIRI 12015, 2013.
[17] Gypsum – Gypsum Board with Fibrous Reinforcement Definitions, Requirements and Test Methods – part 2: Gypsum Fibre Boards, Iranian National Standardization Organization, ICS, 91.100.10, INSO 14478-2, 2013.
[18] Gypsum – Gypsum Plasterboards Definitions, Requirements and Test Methods, Iranian National Standardization Organization, ICS, 91.100.10; 01.040.91, INSO 14818, 2013.
[19] Gypsum – Gypsum Plasters and Gypsum Concrete – Physical Test Methods, Iranian National Standardization Organization, ICS, 91.100.15, INSO 5482, 2023.
[20] Gypsum – Gypsum, Gypsum Concrete and Gypsum Panel Products, Chemical Analysis- Test Methods, Iranian National Standardization Organization, ICS, 91.100.10, INSO 5029, 2017.
نشریه جنگل و فرآورده های چوب
دوره 77، شماره 4
اسفند 1403
صفحه 377-390

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار