این مطالعه که در مجله ACS Applied Polymer Materials منتشر شده، نشان میدهد چگونه باقیماندههای صنایع جنگلداری میتوانند با استفاده از پلیمرهای زیستی بهجای پلاستیکهای مشتقشده از سوختهای فسیلی، به مواد سبک و ضربهگیر تبدیل شوند.
تبدیل ضایعات کارخانههای چوببری به مواد با ارزش افزوده بالا
برای ارزیابی این ایده، پژوهشگران از پودر چوب فرآوریشده تجاری و همچنین ضایعات خام کارخانههای چوببری استفاده کردند. خاکاره با اتصالدهندههای مبتنی بر سلولز، اسید سیتریک و سایر ترکیبات طبیعی مخلوط شد و سپس طی فرآیند قالبگیری، انجماد، خشککردن انجمادی و عملیات حرارتی، به فومهای متخلخل با ساختار سلول باز تبدیل شد.
عملکرد مکانیکی این مواد تا حد زیادی به نوع ترکیب شیمیایی سلولز استفادهشده در هر فرمول بستگی داشت. نمونههای ساختهشده با سلولز کربوکسیمتیل (CMC) ساختارهایی سخت و مقاوم ایجاد کردند، در حالی که سلولز هیدروکسیپروپیل (HPC) فومهایی نرمتر و انعطافپذیرتر تولید کرد. با ترکیب این دو اتصالدهنده، تیم تحقیقاتی توانست موادی تولید کند که عملکرد فشاری آنها به فومهای بستهبندی پلیاستایرن معمولی نزدیک باشد.
یکی از یافتههای امیدبخش این بود که فومهای ساختهشده از ضایعات درشت کارخانههای چوببری عملکردی مشابه نمونههای ساختهشده از خاکاره تصفیهشده تجاری داشتند. این موضوع نشان میدهد که ضایعات چوب با حداقل فرآوری نیز میتوانند به ماده اولیهای کاربردی تبدیل شوند و نیاز به فرآوری بیشتر و هزینه مواد اولیه را کاهش دهند.
عملکرد قوی در شرایط دشوار
پژوهشگران همچنین بررسی کردند که این فومها در برابر رطوبت، حلالها و ضربه چگونه عمل میکنند.
این مواد زیستپایه در آب ساختار خود را حفظ کردند و در برابر تخریب ناشی از حلالهای آلی مانند استون مقاومت نشان دادند؛ رفتاری که تفاوت چشمگیری با فومهای معمولی پلیاستایرن دارد. همچنین یک پوشش نازک از موم زنبورعسل جذب رطوبت را در شرایط رطوبت بالا کاهش داد، بدون اینکه عملکرد مکانیکی فوم دچار افت شود.
آزمایشهای ضربه نیز نتایج امیدوارکنندهای به همراه داشت. پژوهشگران با استفاده از وزنهای به وزن ۱۰ پوند (۴٫۵ کیلوگرم) دریافتند که فوم مبتنی بر خاکاره نسبت به پلیاستایرن با ضخامت مشابه، انرژی ضربه بیشتری جذب میکند و باعث میشود وزنه حدود ۲۱ درصد کمتر بازگردد. این نتایج نشان میدهد که این ماده میتواند سطح محافظت موردنیاز در کاربردهای بستهبندی ایمن را فراهم کند.
کاربردهایی فراتر از بستهبندی
به گفته نویسنده مسئول این مطالعه، Todd Emrick از دانشگاه University of Massachusetts Amherst، انگیزه اصلی این پژوهش، نیاز به مواد بستهبندی محافظتی پایدارتر برای محافظت از محصولات در حین حملونقل بوده است.
اگرچه این فناوری هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارد، پژوهشگران معتقدند این ماده در آینده میتواند در بخشهایی مانند تجهیزات الکترونیکی مصرفی، بستهبندی مواد غذایی، صنایع شیمیایی، محصولات زیستی و مصالح ساختمانی مورد استفاده قرار گیرد.
برای ارزیابی دوام بلندمدت و امکان تولید در مقیاس صنعتی، تحقیقات بیشتری مورد نیاز است. با این حال، این پژوهش فرصت امیدوارکنندهای را برای تبدیل ضایعات کمارزش چوب به مواد تجدیدپذیر و با عملکرد بالا نشان میدهد. برای صنعت محصولات جنگلی نیز این موضوع میتواند مسیری جدید برای ایجاد ارزش افزوده از محصولات جانبی کارخانههای چوببری، فراتر از کاربرد سنتی آنها بهعنوان سوخت یا زیستتوده کمکیفیت، فراهم کند.
درباره مطالعه
این مطالعه با عنوان «فومهای زیستپلیمری متشکل از خاکاره: ساخت و یکپارچگی ساختاری» در تاریخ ۲۰ مه ۲۰۲۶ در مجله ACS Applied Polymer Materials (جلد ۸، شماره ۱۱) منتشر شد. این پژوهش که توسط محققان دانشگاه ماساچوست امهرست هدایت شده است، استفاده از خاکاره و زیستپلیمرهای مبتنی بر سلولز را برای توسعه فومهای تجدیدپذیر جهت بستهبندی محافظتی و سایر کاربردهای سبکوزن بررسی میکند.