تأثیر اصلاح شیمیایی آرد چوب بر خواص مکانیکی استاتیکی و دینامیکی چندسازة حاصل از پلی‏پروپیلن

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه سلولزی و بسته‌بندی، پژوهشکدة شیمی و پتروشیمی، پژوهشگاه استاندارد، کرج، ایران

2 کارشناس ارشد علوم و صنایع چوب و کاغذ دانشگاه آزاد اسلامی واحد چالوس، چالوس، ایران

3 دانشیار علوم و صنایع چوب و کاغذ دانشگاه آزاد اسلامی واحد چالوس، چالوس، ایران

چکیده

در این تحقیق، تأثیر اصلاح شیمیایی آرد چوب بر ویژگی‏های مکانیکی چندسازه حاصل از پلی‏پروپیلن با استفاده از تحلیل گرمایی‌ـ مکانیکی‌ـ دینامیکی انجام شد. برای این منظور، آرد چوب‏ به وسیلة مواد شیمیایی شامل قلیا، اسید‌استیک و بنزیل کلراید اصلاح شد و سپس آرد چوب اصلاح‌شده با پلی‏‏پروپیلن با نسبت وزنی 60‌ درصد در دستگاه مخلوط‌کن داخلی در دمای اختلاط 180 درجة سانتی‏گراد و سرعت اختلاط 60 دور در دقیقه ترکیب شد. نمونه‏های آزمونی با استفاده از روش قال‌بگیری تزریقی ساخته شدند. آزمون‏های مکانیکی استاتیکی شامل خمش و کشش بر نمونه‏ها انجام گرفت. آزمون گرمایی‌ـ مکانیکی‌ـ دینامیکی در محدودة دمایی 60- تا 150+ درجة سانتی‏گراد با نرخ حرارت‌دهی 5 درجة سانتی‏گراد بر دقیقه و فرکانس 1 هرتز انجام شد. تغییرات اصلاح شیمیایی آرد چوب با استفاده از طیف‌سنجی مادون قرمز بررسی شد. نتایج نشان داد که با اصلاح شیمیایی آرد چوب، استحکام مکانیکی، مدول ذخیره و مدول اتلاف نمونه‏ها افزایش یافت، در‌حالی‏که فاکتور اتلاف مکانیکی کاهش یافت. همچنین، دمای انتقال شیشه‏ای و انتقال آلفا در نمونه‏‏های اصلاح‌شده به دماهای بالاتر انتقال یافت. کاهش شدت گروه هیدروکسیل در محدودة جذبی cm-1 3425-3420 و تشکیل پیوندهای استری در باند جذبی cm-1 1740 بیانگر تغییر ساختار شیمیایی الیاف به‏واسطة اصلاح شیمیایی است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Chemical Modification of Wood Flour on the Static and Dynamic Mechanical Properties of Polypropylene Based Composites

نویسندگان [English]

  • Behzad Kord 1
  • Mehrdad Roudkoli Nejati 2
  • Abdollah Najafi 3
1 Assistant Professor, Department of Paper and Packaging Technology, Faculty of Chemistry and Petrochemical Engineering, Standard Research Institute (SRI), Karaj, I.R. Iran
2 : MSc, Department of Wood Science and Technology, Chalous Branch, Islamic Azad University, Chalous, I.R. Iran
3 Associate Professor, Department of Wood Science and Technology, Chalous Branch, Islamic Azad University, Chalous, I.R. Iran
چکیده [English]

 In this study, the effect of chemical modification of wood flour on the mechanical properties of polypropylene based composites was investigated using by dynamic mechanic thermal analysis. To meet this objective, the wood flour treated with chemical components including alkaline, acetic acid and benzoyl chloride, and then the chemically treated fibers were compounded with polypropylene at 180 °C, 60 rpm and 60 wt%, in an internal mixer. The samples were made by injection molding. Static mechanical tests including bending and tensile were performed. DMTA test in the range of -60 to 120 0C with 5 0C/min temperature rate and 1 Hz frequency was done. Changes in the chemical structure of chemically treated fibers were tracked by Fourier transform infra-red (FTIR) spectroscopy. Results indicated that the mechanical strength, storage modulus and loss modulus of samples increased by chemical modification; however, the mechanical loss factor decreased. Also, the glass transition temperature and alpha transition in the chemically treated samples transmitted to higher temperatures. The reduction in the intensity of O-H bond at 3400 cm-1 and the formation of the ester bond at 1740 cm-1 represents the change in the chemical structure of the fibers as a function of chemical modification.

کلیدواژه‌ها [English]

  • chemical modification
  • Composite
  • fourier transform infra-red
  • Mechanical properties
  • Transition
 

[1]. Rowell, R.M., Sandi, A.R., Gatenholm, D.F., and Jacobson, R.E. (1997). Utilization of natural fibers in plastic composites: Problem and opportunities in lignocellulosic composites. Journal of Composite, 18: 23-51.

[2]. Oksman, K., and Sain, M. (2008). Wood-Polymer Composites, Woodhead Publishing Ltd, Great Abington, Cambridge, UK.

[3]. Dominkovics, Z., Danyadi, L., and Puka'nszky, B. (2007). Surface modification of wood flour and its effect on the properties of pp/wood composites. Composites Part A, 38(8): 1893-1901.

[4]. Borysiak, S., and Doczekalska, B. (2006). Influence of chemical modification of wood on the crystallization of polypropylene. Holz uls Roh-und werkstoff, 64: 451-459.

[5]. Matuana, L.M., Balatinec, J., Park, C.B., and Sodhi, R. (2001). Surface charactristices of estrified cellulosic fibers by XPS and spectroscopy. Wood Science and Technology, 35: 191-201.

[6]. Gauthier, T.C., Joly, A.C., Coupas, H., and Escoubes, M. (1998). Interfaces in polyolefin-cellulose fiber composites; chemical coupling, morphology, correlation with adhesion and aging in moisture. Polymer Composites, 19(3): 287-300.

[7]. Oksman, K., and Lindberg, H. (1998). Influence of thermoplastic elastomers on adhesion in polyethylene-wood flour composites. Journal of Applied Polymer Science, 68(11): 1845-1855.

[8]. Susheel, K., Kaith, B.S., and Inderjeet, K. (2009). Pretreatments of natural fibers and their application as reinforcing material in polymer composites. Polymer Engineering Science, 49: 1253-1272.

[9]. Li, X., Tabil, L.G., and Panigrahi, S. (2007). Chemical treatments of natural fiber for use in natural fiber-reinforced composites. Journal of Polymer Environment, 15, 25-33.

[10]. Raj, R.G., and Kokta, B.V. (1989). Effect of chemical treatment of fiber composites. Journal of Adhesion Science Technology, 3(1): 55-64.

[11]. Mishra, S., Tripathy, S.K., and Mohanty, A.K. (2001). Graft copolymerization of acrylonitile on chemically modified sisal fibers. Macromolecular Material and Engineering, 286(2); 107-113.

[12]. Li, X., Tabil, L.G., and Panigrahi, S. (2007). Chemical treatments of natural fiber for use in natural fiber-reinforced composites, Journal of Polymer Environment, 15; 25-33.

[13]. Jacob, M., and Anandjiwala, R.D. (2008). Recent developments in chemical modification and characterization of natural fiber-reinforced composites. Polymer Composites, 12(5): 187-207.

[14]. Ghasemi M., and Farsi M. (2010). Interfacial behavior of wood plastic composite: Effect of chemical treatment on wood fibers. Iranian Polymer Journal, 19(10): 811-818.

[15]. Kevin P. Menard, K. (2008). Dynamic Mechanical Analysis: A Practical Introduction, Second Edition, CRC Press, Florida, USA.

[16]. Oksman, K., Lindberg, H., and Holmergen, A. (1998). The nature and location of SEBS-MA compatibilizer inpolyethylene-wood flour composites. Journal of Applied Polymer Science, 69: 201-209.

[17]. Sandi, A.R., and Caulfield, D.F. (2009). Transcrystalline interphases in natural fiber-PP composites: effect of coupling agent. Composite Interfaces, 7(1): 31-43.

[18]. Tajvidi, M., Ebrahimi, G.H., and Enayati, A.A. (2003). Dynamic mechanical analysis of compatibilizer effect on mechanical properties of wood flour-polypropylene composites. Iranian Journal of Natural Resources, 56(1, 2): 47-59.

[19]. Standard test method for flexural properties of unreinforced and reinforced plastics and electrical insulating materials, Annual Book of ASTM Standard, D 790, 2010.

[20]. Standard test method for tensile properties of plastics, Annual Book of ASTM Standard, D 638, 2010.

[21]. Standard test method for assignment of the glass transition temperature by dynamic mechanical analysis, Annual Book of ASTM Standard, E1640 2005, 2013.