اصلاح سطحی و بهبود مقاومت برشی خط چسب در تراشه‌های حاصل از برگچة نخل خرما با استفاده از تیمارهای شیمیایی انتخابی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه تکنولوژی و مهندسی چوب، دانشکدة مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

2 گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکدة منابع طبیعی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.

10.22059/jfwp.2026.407901.1384

چکیده

مقدمه: استفاده از بقایای کشاورزی به‌عنوان منبعی جایگزین برای تولید فرآورده‌های مهندسی چوب، به‌دلیل کمبود منابع چوبی و دغدغه‌های زیست‌محیطی، اهمیت روزافزونی پیدا کرده است. برگچة نخل خرما نیز ظرفیت بالقوه‌ای برای استفاده در تولید فرآورده­ های مهندسی شده چوبی مانند تخته تراشة جهت­دار (OSB) و الوار تراشه­ای جهت­ دار (OSL) دارد. با این حال، به­ نظر می­ سد وجود لایة کوتیکول در سطح برگچة نخل خرما که غنی از مواد استخراجی چرب و موم ­ها است، مانع اصلی برقراری پیوند مؤثر میان سطح برگچه و رزین‌های صنعتی است. هدف این پژوهش، اصلاح ساختار سطحی برگچة نخل خرما از طریق تیمارهای شیمیایی به‌منظور بهبود چسبندگی و ارتقای ویژگی‌های مکانیکی در تولید کامپوزیت­های زیستی بود.
روش پژوهش: در این مطالعه، برگچه‌های نخل خرما با ترکیبات شامل هیدروکسید سدیم (NaOH)، اسید سولفوریک (H₂SO₄) و ان-‌هگزان (n-Hexane) جداگانه و به‌صورت ترکیبی تیمار شدند. ارزیابی ویژگی‌های سطحی و ساختاری از طریق آزمون زاویة تماس قطرة آب، طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (FESEM) و استریومیکروسکوپ انجام شد. به‌منظور بررسی کارایی تیمارها در بهبود پیوند با رزین‌ها، آزمون مقاومت برشی خط چسب براساس استانداردASTM D7998 با دو نوع رزین فنل فرمالدهید (PF) و ایزوسیانات (pMDI) انجام شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که تیمارهای شیمیایی موجب تغییرات چشمگیر در ویژگی‌های سطحی برگچه شدند. زاویة تماس قطره در نمونه‌های تیمارشده کاهش یافت که نشان‌دهندة بهبود ترشوندگی سطح بود. نتایج FTIR حاکی از حذف یا تضعیف گروه‌های کربونیل و کربوکسیل در اثر تیمارهای شیمیایی مختلف بود که نشان‌دهندة از بین رفتن ترکیبات چرب و  مومی می­باشد. تصاویر FE-SEM و استریومیکروسکوپ نشان دادند که تیمارها موجب تغییر بافت، تخلخل و حذف پوشش‌های سطحی شدند. آزمون مقاومت برشی خط چسب نیز در تراشه ­های تیمارشده ترکیبی ان-‌هگزان–هیدروکسید (NH)، نتیجة بهتری داشت. در استفاده از رزین ایزوسیانات، مقاومت برشی در تیمار NH تا 1/9 مگاپاسکال افزایش یافت که نشان‌دهندة تعامل قوی میان سطح تیمارشده و رزین بود، در حالی‌که نمونة شاهد تنها حدود 28/0 مگاپاسکال ثبت شده بود.
نتیجه‌گیری: یافته‌های پژوهش حاضر نشان داد که بر­گچه­های نخل خرما حاوی مقادیر قابل‌توجهی از ترکیبات مومی بوده که چسبندگی را با اختلال مواجه می­سازند. اصلاح سطح برگچة­ نخل خرما با استفاده از تیمارهای شیمیایی می‌تواند به‌طور معنی ­داری چسبندگی رزین با سطح برگچه و مقاومت مکانیکی را ارتقا دهد. البته در انتخاب نوع تیمار شیمیایی علاوه بر مقاومت چسبندگی، وضعیت فیزیکی برگچه ­ها و همچنین توجه به مسائل زیست‌محیطی برای دستیابی به تولید پایدار حائز اهمیت می­باشند. به‌طور کلی، این تحقیق مسیر بهره‌برداری پایدار از بقایای کشاورزی را در توسعة کامپوزیت‌های زیستی حاصل از برگچة نخل خرما هموار می‌سازد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Surface modification and improvement of adhesive bondline shear strength in strands derived from date palm leaflets using selective chemical treatments

نویسندگان [English]

  • Nourmohammad Rahmatollahi 1
  • Hamidreza Edalat 1
  • Mehrab Madhoushi 1
  • Sahab Hedjazi 1
  • Ghanbar Ebrahimi 2
1 Department of Paper Science and Engineering, Faculty of Wood & Paper Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
2 Department of Wood and Paper Science, Faculty of Natural Resources, University College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.
چکیده [English]

Introduction: The shortage of wood resources and growing environmental concerns have led to increasing attention toward agricultural residues as alternative raw materials for engineered wood products. Date palm leaflets offer potential for use in products such as oriented strand board (OSB) and laminated strand lumber (OSL). However, the cuticular layer, rich in waxes and extractives, hinders effective bonding with industrial resins. The objective of this study was to modify the surface structure of date palm leaflets through chemical treatments to enhance adhesion and improve the mechanical performance of bio-based composites.
Method: In this work, palm leaflets were subjected to individual and combined chemical treatments including sodium hydroxide (NaOH), sulfuric acid (H₂SO₄), and n-hexane. Surface and structural properties were characterized using water drop contact angle measurements, Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), field emission scanning electron microscopy (FESEM), and a stereomicroscope. To assess the effectiveness of treatments on adhesive bonding, lap shear strength tests were conducted using two types of resins, phenol formaldehyde (PF) and polymeric diphenylmethane diisocyanate (pMDI), according to ASTM D7998.
Results: The results indicated significant modifications in the surface properties of treated samples. Contact angle measurements revealed reduced values after treatment, confirming improved wettability. FTIR spectra showed the weakening or removal of carbonyl and carboxyl functional groups due to different chemical treatments, demonstrating successful fat and wax elimination. FESEM and stereoscopic observations demonstrated changes in texture and porosity, as well as the removal of surface coatings. The shear strength test of the glue line also indicated that the combined n-hexane–hydroxide (HN) treatment produced the greatest improvement in bonding performance. When isocyanate resin was used, the shear strength in the HN treatment increased to 1.9 MPa, indicating a strong interaction between the treated surface and the resin, while the control sample recorded only about 0.28 MPa.
Conclusion: The findings of the present study showed that date palm leaflets contain a significant amount of waxes that disrupt adhesion. Modifying the surface of date palm leaflets using chemical treatments can significantly improve resin adhesion to the leaf surface and enhance mechanical strength. In addition to adhesion strength, the physical condition of the leaflets and environmental considerations are important for achieving sustainable production. Overall, this research paves the way for sustainable utilization of agricultural residues in the development of biobased composites.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biobased composites
  • Chemical modification
  • Cuticle
  • Dewaxing
  • Resin bonding
  • Surface chemistry

مراجع

[1] Hosseinkhani, H. (2015). MDF production from date palm pruning residues in pilot plant scale. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 29(4), 591-604. (In Persian)
[2] Ghori, W., Saba, N., Jawaid, M. & Asim, M. (2018). A review on date palm (phoenix dactylifera) fibers and its polymer composites. Materials Science and Engineering, 33(2), 89-100.
[3] Rami, K., Wissam, I. & Saviour, A. (2021). New Constituents from the Leaves of Date Palm (Phoenix dactylifera L.) of Saudi Origin. Journal of Molecules, 26(4192), 39-48.
[4] Abdeldjebar. R., Hamouine, A., Fouchal, B. & Labbaci. (2018). Effects of Treated Date Palm Fiber on Durability of Stabilized Earth Blocks (SEB). International Journal of Civil Engineering and Technology (IJCIET), 9(5), 293-305.
[5] Karthik, A., Bhuvaneshwaran, M., Senthil Kumar, M.S., Palanisamy, S. & Ayrilmis, N. (2024). A Review on Surface Modification of Plant Fibers for Enhanced Properties of Biocomposites. Chemistry Select, 9(21), 234-245.
[6] Lee, C. H. (2021). Importance of Interfacial Adhesion Condition on the Properties of Plant-Fiber-Reinforced Polymer Composites. Journal of Polymers, 32(7), 421-434.
[7] Al Bulushi, K., Thomas, M., Attard, M. & Andrew, J. (2018). Optimisation and economic evaluation of the supercritical carbon dioxide extraction of waxes from waste date palm (Phoenix dactylifera) leaves. Journal of Cleaner Production, 24(8), 78-89.
[8] Wang, W., Wang, X., Zhang, Y., Yu, Q. & Tan, X. (2020). Effect of sodium hydroxide pretreatment on physicochemical changes and enzymatic hydrolysis of herbaceous and woody lignocelluloses. Industrial Crops & Products, 199(155041), 121-139.
[9] Jiang, H., Nie, J., Zeng, L., Zhu, F., Gao, Z., Zhang, A., Xie, J. & Chen, Y. (2024). Selective Removal of Hemicellulose by Diluted Sulfuric Acid Assisted by Aluminum Sulfate. Jornal of Molecules, 20(9), 98-109.
[10] Onoja, A., Usman, S., Abdullahi, A., Jacob, A., Ocheme, G., Sheneni, V. & Audu, A. (2023) Extraction and Characterization of Oil from Date Palm Seed (Phoenix Dactylephera) using n-hexane. FUDMA Journal of Sciences, 121(8):184-198.
[11] Dawood, N. (2021). Surface modification of date palm leaves by cold plasma treatment. Journal of King Saud University, 33(101465), 203-230.
[12] ASTM D5946-04. (2018). Standard Test Method for Corona-Treated Polymer Films Using Water Contact Angle Measurements. ASTM International, West Conshohocken, PA.
[13] Oushabi, A., Sair, S., Abboud, Y., Tanane, T. & El Bouari, A. (2017). An experimental investigation on morphological, mechanical and thermal properties of date palm particles reinforced polyurethane composites as new ecological insulating materials in building. Case Studies in Construction Materials,7(2), 128-137.
[14] Khelil, R., Jarde, E., Hurtado, F., Hadji. & Snaullt, M (2016). Structural and composition of the wax of the datepalm, Phoenix dactylifera L., from the septentinal Sahra. Scientia Horticturea, 201(12), 238-246.
[15] Madhoushi, M., Malakani, A., Ebrahimi, Gh. & Rashidi, A. (2022). Influence of spherical-shaped carbon nanoparticles on the mechanical properties of a foamed sugarcane bagasse/ polypropylene composite. Industrial Crops & Products, 172(114041), 112-122.
[16] Edalat, H.R., Faezipour, M., Doosthoseini, K. & Tabarsa, T. (2017). The effect of adhesive concentration and strand moisture on adhesive penetration pattern in core and middle layers of Oriented Strand Board (OSB). Journal of Wood & Forest Science and Technology, 24(1), 131-143. (In Persian)
[17] ASTM International. (2015). ASTM D7998-15: Standard Test Method for Determining Bond Strength of Adhesives in Laminated Wood Products. ASTM International, West Conshohocken, PA, USA.
[18] Fitrianum, F., Lubis, M.A.R., Hadi, Y.S., Sari, R.K., Maulana, M.I., Kristak, L., Iswanto, A.H., Mardawati, E., Reh, R. & Sedliacik, J. (2023). Adhesion and Cohesion Strength of Phenol-Formaldehyde Resin Mixed with Different Types and Levels of Catalyst for Wood Composites. Journal of Composites Science, 7(8), 310-323.
[19] Sahula, L., Sedivka, P., Zachara, T. & Boruvka, V. (2023). The effect of chemical modification of the surface of the glued surface on the strength of the structural joint of wood strand. Central European Forestry Journal, 45(8), 101-119.
[20] Al-Rajabi, M & Haan, T. (2022). Green extraction method of cellulose fibers from oil palm empty fruit bunches. Jurnal Kejuruteraan, 56(6), 212-224.
[21] Vigneshwaran, S., Sundarakannan, R., John, K.M., Joel Johnson, R.D., Prasath, K.A., Ajith, S. & Uthayakumar, M., (2020). Recent advancement in the natural fiber polymer composites: A comprehensive review. Journal of Cleaner Production, 277(124109), 182-198.
[22] Miklecic, J., Loncaric, A., Veselicic, N. & Jirous-Rajkovic, V. (2022). Influence of wood surface preparation on roughness, wettability and coating adhesion of unmodified and thermally modified wood. Journal of Drvna industrija, 65(4), 83-98.
نشریه جنگل و فرآورده های چوب
دوره 79، شماره 1
خرداد 1405
صفحه 1-18

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار