کد مقاله:
۱۸۳
- تاریخ درج:
۱۳۸۶/۰۷/۱۴
- مشاهده:
۵,۵۰۶
پيشنهادهاي ارائه شده، روي تحقيق و توسعه فناوري‌نانو در زمينه‌هاي توليدات چوبي، خمير (Pulp)، كاغذ، تخته و كاربردهاي جديد رشته‌هاي سلولزي تمركز دارند.
پيشنهادهاي ارائه شده، روي تحقيق و توسعه فناوري‌نانو در زمينه‌هاي توليدات چوبي، خمير (Pulp)، كاغذ، تخته و كاربردهاي جديد رشته‌هاي سلولزي تمركز دارند.
ديدگاه‌هاي موجود در اين زمينه شامل بهبود كارايي توليدات غير متعارف، پالايش هرچه بيشتر محصولات براي عملكرد بهتر و به دست آوردن صفحات رشته‌اي جديد و دستيابي به مواد و بسته‌بندي‌هاي جديد است.
با تمركز بر كاربردهاي كوتاه مدت فناوري‌نانو در زمينه توليدات چوبي، پيشنهادهاي زير جهت تحقيق و توسعه ارائه شد:
تحقيقات اكتشافي در نانوساختارهاي چوب و خمير؛
ساختارهاي مهم شامل سيستم متخلخل ديواره فيبر؛
سازمان‌دهي و توزيع اجزاي ديواره فيبر؛
اصلاح آنزيمي اجزاي فيبر؛
اصلاحات فيزيكي و شيميايي اجزاي بافت شامل افزودن و اصلاح سيستم متخلخل ديواره فيبر؛
تحقيق و توسعه اكتشافي با هدف بهره‌برداري صنعتي از نانوالياف سلولزي ؛
اصلاح شيميايي الياف سلولزي؛
فرآيندهاي تجميع و توزيع؛
اندازه‌گيري خواص مقاومتي و شبكه‌اي الياف در كاغذ و خميرسازي؛
كاربرد الياف سلولزي و خاك رس لايه‌بندي شده در نانوكامپوزيت‌ها به منظور ايجاد حفاظ‌هاي آب، نفت و گاز؛
تحقيق و توسعه اكتشافي براي اصلاح سطوح در الياف چوبي و سلولزي؛
روش‌هاي چند لايه اي پلي‌الكتروليتي؛
خود‌آرايي پلي ساكاريدها و مشتقات پلي‌ساكاريدي؛
پيوندهاي سطحي پليمرها؛
بلوكه كردن پليمرها با هدف اصلاح سطوح.
بنابر فرصت‌ها و چالش‌هايي كه فناوري‌نانو پيش روي ما قرار داده است، ايجاد يك شبكه هدفمند در صنعت محصولات چوبي، متشكل از دانشمندان و ساير اعضاي اين صنعت بسيار به جا به نظر مي‌رسد.
پيدايش فناوري‌هاي جديد در زمينه توصيف ويژگي‌هاي منحصر‌به فرد ساختمان الياف در مقياس نانو، فرصت‌هاي بسياري براي ما ايجاد نموده است. در هر حال، تجهيزات علمي مورد نياز براي دستيابي به نتايج مطلوب، بسيار گران بوده و كار با آنها نياز به افرادي با تخصص بالا دارد و اين‌گونه موارد محدوديت‌هايي را در مسير دستيابي به اهداف تعيين شده به وجود مي‌آورد.
معمولاً مقاومت چوب‌هاي اروپايي كمتر از انواع غير اروپايي است، لذا اين چوب ها به افزايش مقاومت نياز دارند. براي اين منظور اغلب اصلاحات ظاهري از قبيل روكش‌دهي با مواد شيميايي انجام مي‌گيرد، اما برخي از روش‌هاي اصلاحي متعارف، با محيط زيست سازگار نيستند و حتي اثرات سمي دارند. به همين دليل نياز مبرم به كشف روش‌هاي جديد و زيست سازگار براي اصلاح و بهبود ويژگي‌هاي عملكردي چوب، احساس مي‌شود.
چوب‌هايي كه با استفاده از فناوري‌نانو توليد مي‌شوند بسيار مستحكم‌تر و سخت‌تر از محصولات روش‌هاي سنتي خواهند بود. اگر چه ممكن است كامپوزيت‌هاي چوبي، داراي برخي محدوديت‌هاي عملكردي باشند اما اصلاح آنها آسان است. از جمله ويژگي‌هايي كه با استفاده از فناوري‌نانو افزايش مي‌يابد پايداري در برابر رطوبت، اشعه فرابنفش، فساد ميكروبي و انواع ويژگي‌هاي ظاهري از قبيل سختي و مقاومت در برابر آتش است.
سطوح چوب جامد و كامپوزيت‌هاي چوبي همواره در معرض فرسايش به‌وسيله نور (مانند اشعه فرابنفش) و رطوبت است و در برابر اين دو عامل بسيار آسيب‌پذير است. بنابراين حفاظت از مواد چوبي، با استفاده از روكش‌هاي غير شفاف و يا نيمه شفاف ابداع گرديد؛ اما اين روش موجب حذف زيبايي‌هاي ظاهري چوب مي‌شود، در صورتي كه مصرف‌كنندگان مايلند توأماً از دوام بالا و زيبايي ظاهري برخوردار باشند. يك راه حل اين مشكل مي‌تواند استفاده از روش اصلاح ظاهري شفاف باشد.
عملكرد در برابر آتش نيز يكي از عوامل كاهش كاربرد محصولات چوبي است. دستيابي به عملكرد پيشرفته‌ترمحصولات چوبي در برابر آتش نيز كار مشكلي نيست. بسياري از بازدارنده‌هاي آتش كه هم‌اكنون مورد استفاده قرار مي‌گيرند، در كاهش پارامترهاي مختلف عكس‌العمل چوب در برابر آتش از جمله قابليت اشتعال، پخش حرارت و گسترش شعله مؤثرند. عملكرد چوب در برابر آتش مي‌تواند تا حد عملكرد پشم‌هاي معدني و صفحات فولادي افزايش يابد.
هر چند بسياري از اين اصلاحات ممكن است روي ساير ويژگي‌هاي چوب نيز تأثير گذار باشند، به هر حال دوام بالاي چوب در برابر آتش مي‌تواند با استفاده از روش‌هاي متداول حفاظت از چوب در برابر پوسيدگي‌هاي زيستي به دست آيد.
ايجاد رفتار بازدارندگي در برابر آتش در چوب (FRT) ، اغلب موجب افزايش نفوذپذيري در برابر رطوبت، تغيير رنگ و يا فساد تدريجي چوب مي‌شود. همچنين اين‌گونه اصلاحات مي‌تواند موجب كاهش دوام چوب، به ويژه در كاربردهاي بيروني، كاهش استحكام مكانيكي و مقاوم شدن در برابر چسب و رنگ شود، در صورتي كه عمده‌ترين كاربرد چوب‌هاي اصلاح‌شده با خاصيت بازدارندگي آتش، در مصارف بيروني است.
زماني كه چوب اصلاح شده در معرض رطوبت زياد قرار گيرد، ممكن است مواد شيميايي بازدارنده آتش به سطح چوب منتقل و در نهايت شسته شده و به كلي از چوب خارج شوند. حتي با ميزان اندكي رطوبت، در حد رطوبت داخلي، عملكرد حفاظتي چوب در برابر آتش ممكن است رو به زوال بگذارد، زيرا مواد شيميايي بازدارنده آتش از قسمت‌هاي فوقاني چوب به سمت قسمت‌هاي عميق با غلظت كمتر حركت كرده، قابليت اشتعال محصولات افزايش مي‌يابد.
چالش‌ها
بهبود ويژگي‌هاي عملكردي چوب و همزمان با آن، حفظ جنبه‌هاي زيبايي ظاهري محصولات چوبي جامد؛
امكان‌هاي جديد به منظور غلبه بر ويژگي‌هايي از چوب كه موجب نامرغوبي آن مي‌شود مانند:
نفوذپذيري در برابر رطوبت؛
پوسيدگي ميكروبي؛
پوسيدگي در اثر حرارت؛
انواع جديدي از چسب‌ها و روكش‌هاي سطحي با مقاومت افزايش يافته براي:
شرايط متفاوت رطوبتي؛
شرايط متفاوت آب و هوايي؛
قرارگيري در معرض اشعه فرابنفش؛
تركيب محصولات چوبي با ديگر مواد مورد كاربرد در فناوري‌هاي جديد؛
بهبود عملكرد چوب در برابر آتش به منظور حفظ خواص عملكردي ذاتي چوب، اثرات اكوسيستمي و نيز تقويت منابع مواد خام تجديد پذير؛
آزادسازي تدريجي تركيبات ضد ميكروبي.
فرصت‌هاي فناوري‌نانو
محافظت در برابر اشعه فرا بنفش
سطح چوب جامد در برابر عوامل مخربي مانند تابش (اشعه فرا بنفش و نور مرئي) بسيار آسيب‌پذير است و عموماً نياز به حفاظت در برابر اين قبيل عوامل دارد. اصلاح سطح چوب با استفاده از نانومواد مي‌تواند پيشرفتي غيرمنتظره و بسيار با اهميت در راستاي افزايش دوام و عملكرد، به همراه حفظ ظاهر زيباي چوب، بدون استفاده از روكش باشد. رنگدانه‌هاي معدني مانند دي‌اكسيد تيتانيوم (TiO2) و اكسيد روي (ZnO) را معمولاً به منظور افزايش دوام شيميايي و مكانيكي و نيز بهبود شكل ظاهري به مواد با ساختار پليمري اضافه مي‌كنند. با اضافه كردن تنها 5 درصد از نانوذرات دي‌اكسيد تيتانيوم به چوب، آن را در برابر تابش فرابنفش محافظت نموده و از سرايت پوسيدگي به لايه‌هاي مختلف چوب جلوگيري مي‌شود و علاوه بر آن ظاهر چوب را نيز زيباتر مي‌كند.
ممانعت از تكثير ميكروب‌ها
چوب و كامپوزيت‌هاي چوبي، به ويژه در مصارف بيروني، اغلب در معرض تهاجمات باكتريايي مانند لكه‌هاي آبي، كپك‌ها و قارچ‌هاي نابود كننده چوب قرار دارند. جلوگيري از تماس باكتري‌ها با سطح چوب مي‌تواند روش مناسبي براي به حداقل رساندن تكثير كلوني‌هاي ميكروبي و يا تشكيل كپك در چوب باشد.
اصلاح سطح چوب با استفاده از نانوذرات سيليكا، تكثير باكتري‌ها و كلوني‌هاي قارچ‌ها را به‌طور چشمگيري كاهش مي‌دهد. ذرات كروي سيليكا، با قطر در حدود 10 نانومتر، از طريق يك لايه اتصالي پلي كاتيوني و با استفاده از يك فرايند غرق‌آبي ساده به سطوح شيشه‌اي متصل مي‌شوند. از اين روش مي‌توان براي ساخت روكش‌هاي نانوكامپوزيتي پليمري با خاصيت خودپالايي و حذف آلاينده‌هاي ميكروبي استفاده نمود. گرچه اين روش هنوز در چوب جامد استفاده نشده است، اما تحقيقات در زمينه بررسي روش‌هاي پيش‌نياز براي استفاده رايج از نانوذرات و يا آرايش آنها درون ديواره‌هاي سلولي چوب، ادامه دارد.
آزادسازي تدريجي تركيبات با اهميت
نانوذرات توان آزادسازي مداوم آفت‌كش‌ها و قارچكشها در يك ساختار پليمري را نيز دارند. اين روش كه در آن قارچكشها و آفت‌كش‌ها را به‌صورت كپسول‌هايي درون روكش قرار مي‌دهند، به منظور آزادسازي زمان‌بندي شده ابداع شده است. ساختارهاي ميكروحفره‌اي ساخته شده از نانوذرات دي‌اكسيد تيتانيوم نقش بسيار كليدي در سازوكار‌هاي آزادسازي مرحله‌اي به عهده دارند. پوشش‌هاي داراي اين ذرات در برابر نفوذ و تكثير جلبك‌ها نفوذناپذيرند.
نگهداري چوب
استفاده از Timber- كه يك پارچه تلقيح شده با مس، كروم و آرسنيك است- براي مصارف مسكوني ممنوع شده است و صنعت توليدكننده آن براي يافتن جايگزيني براي آن تلاش مي‌كند. نشانه‌هاي بسياري مبني بر توانايي فناوري‌نانو در توليد محصولات مؤثرتر، با دوام تر و با خواص ضد ميكروبي به ويژه براي مصارف خارجي (Out door) وجود دارد. با استفاده از روش‌هاي اشباع مناسب، نانوذرات قادرند به درون ساختار چوب نفوذ كنند و اين در حالي است كه تأثير وجود نانوذراتي مانند دي‌اكسيد تيتانيوم، اكسيد روي و يا اكسيد مس در نگهدارنده‌هاي چوب، در افزايش دوام چوب اثبات شده است.
عملكرد در برابر آتش
از نانوكامپوزيت‌هاي مقاوم به آتش به‌طور عمده در توليد پلاستيك‌ها، استفاده شده است. همچنين از مقاومت نانوكامپوزيت‌ها در مقابل آتش مي‌توان در توليد محصولات چوبي بهره برد. اما تاكنون نتايج كمي در اين زمينه به دست آمده است.
مؤثرترين بازدارنده‌هاي آتش نانوكامپوزيتي، ساختاري است شامل تنها يك مونومر و يا پليمرهاي منبسط شده كه ميان لايه‌هاي سيليكا قرارداده شده است. چنانچه بتوان پلاستيك‌ها و خاك رس را طي يك فرايند مناسب به خوبي با هم مخلوط كرد، يك چنين ساختاري به آساني ايجاد مي‌شود. اما اين روش تاكنون در توليد محصولات چوبي جامد به‌كار نرفته است.
با اين وجود اطلاعات موجود در مورد محصولات چوبي نشان مي‌دهد، كاهش اندازه ذرات، مقاومت به آتش را تا چند برابر افزايش مي‌دهد.
با به كارگيري فناوري‌نانو مي‌توان ويژگي‌هاي بسيار شگفت‌انگيزي را در محصولات به وجود آورد. به عنوان مثال نانوذرات قادرند به درون غشاي سلولي نفوذ كرده، ساختاري بسيار مستحكم با احتراق‌پذيري كم ايجاد نمايند و به‌طور همزمان خصوصيات ميكروحفره‌اي چوب را نيز حفظ كنند. همچنين مي‌توان چوب را به عنوان ماتريسي براي توليد مواد سراميكي متخلخل جديد با عملكرد بسيار بالا در برابر آتش، به‌كار برد.
موانع به‌كارگيري فناوري‌نانو در توليد محصولات چوبي
صنعت چوب عمدتاً شامل صنايع كوچك و يا متوسط ديگري است كه اغلب توانايي سرمايه‌گذاري تحقيقاتي براي توسعه فناوري‌ها و افزايش كيفيت محصولات را ندارند. اين صنعت هنوز به درك مناسبي از مفهوم ارزش افزوده در ابعاد وسيع نرسيده است. در حال حاضر بيشترين بازده صنعت چوب، با استفاده از مواد توده‌اي حاصل مي‌شود. بيشترين توليدكنندگان محصولات چوبي هنوز از انتظارات و نيازهاي مصرف‌كنندگان آگاه نيستند. به عبارت ديگر، اكثر مصرف‌كنندگان به استفاده از مواد كاملاً طبيعي علاقه‌مند هستند و هيچ حمايتي از پيشرفت محصولات با استفاده از مواد غيرطبيعي نمي‌كنند.
تحقيقات مقدماتي مورد نياز براي توليدات چوبي
موارد كوتاه مدت (3 سال)
توسعه علوم پايه از طريق افزايش كيفيت تحقيقات؛
شناخت شرايط فيزيكي و شيميايي به منظور نفوذ و تثبيت نانومواد در چوب جامد و ورقه‌هاي چوبي؛
توسعه روش‌هاي آماده‌سازي كامپوزيت‌هاي غير آلي چوبي با استفاده از فرآيندهاي سل‌ژل؛
بررسي امكان جايگزيني روش‌هاي غير متعارف بارورسازي چوب، با روش‌هاي مبتني بر نانومواد به منظور افزايش دوام چوب جامد؛
جستجو براي روش‌هاي افزايش مقاومت چوب به آتش با استفاده از تكنيك‌هاي نانومتري، كه علاوه بر افزايش عملكرد چوب در برابر آتش افزايش دوام چوب را نيز در پي داشته باشند؛
توسعه ابزارآلات ارزيابي تأثيرات اكوسيستمي روش‌هاي پيشنهاد شده براي اصلاح چوب.
موارد ميان مدت (تا سال 2010)
توسعه اكسيدهاي فلزي با ويژگي‌هاي بهبوديافته و با تمركز بر افزايش مقاومت چوب در برابر عوامل ميكروبي و اشعه فرا بنفش؛
انتخاب اكسيدهاي فلزي سازگار با محيط‌زيست؛
معرفي اكسيدهاي فلزي مورد استفاده در ديواره‌هاي سلولي چوب براي افزايش دوام چوب؛
اثبات تجربي مناسب بودن روش‌هاي اصلاحي چوب در يك مقياس بزرگ‌تر؛
مطالعات عميق‌تر در مورد تأثيرات روش‌هاي اصلاحي پيشنهاد شده روي ويژگي‌هاي كاركردي بنيادي چوب.
موارد بلند مدت (تا سال 2020)
اثبات كارايي روش‌ها در مقياس واقعي يا در يك واحد پايلوت؛
به‌كارگيري چوب اصلاح شده نانومقياس براي كاربردهاي ساختمان‌سازي و يا ديگر كاربردها، از جمله كشتي‌سازي و خودرو سازي؛
خلاصه
| كميسيون اروپا به منظور ترسيم نقشه راه (RoadMap) تحقيق و توسعه و تشخيص پيشرفت‌هاي جديد در حوزه فناوري‌نانو و شناسايي زمينه‌هاي مرتبط و مناسب براي كاربردهاي عملي اين فناوري در بخش توليدات چوبي، مطالعه جامعي را انجام داده است. در اين مطالعه مشخص شد كه فناوري نانو با ساخت موادي با عملكرد بسيار بالا مي‌تواند ابزاري بسيار مهم براي پيشرفت زمينه‌هاي بسياري از جمله موارد زير باشد: تغيير محصولات چوبي از منبع محور به دانش محور؛ پيشرفت‌هاي غيرمنتظرة واقعي در عملكرد مواد زيستي ساخته شده از منابع چوبي؛ تغيير رويكرد از محصولات چوبي حجيم به مواد جديد بيوكامپوزيتي مناسب؛ يكپارچه نمودن SEM ها، به عنوان مثال، اجتماع توليدكنندگان محصولات با عملكرد بالا، با فعالان صنعت چوب و كاغذ. اين گزارش، شامل بخشهاي مهم نقشه راه فناوري نانو در صنعت چوب اروپا است. |