مروری برکاربرد پسماندهای کشاورزی در ساخت تخته خرده چوب

 

جواد ترکمن

استادیار دانشگاه گیلان

صومعه سرا - دانشکده منابع طبیعی دانشگاه گیلان-ص.پ.1144

چکیده:

هدف از این تحقیق نشان دادن اهمیت استفاده از پسماندهای کشاورزی نظیرپوسته برنج،ساقه پنبه، سرشاخه های سیب ، انار، انگور، زردآلو، بادام و...درساخت تخته خرده چوب با اشاره به پژوهشهای انجام شده در مراکزتحقیقاتی و دانشگاهی کشور است.در این تحقیقات از ضایعات بصورت خالص و یا بانسبتهای مختلف در ترکیب با چوب صنوبراستفاده شده است . رزین مورد استفاده در این پژوهشها اوره فرم آلدئید می باشد که در مجاورت کلریدآمونیم بعنوان هاردنرو تحت حرارت و فشار پرس پلیمر می شود. با درنظرگرفتن فاکتورهای ثابت و متغیرمختلف طی فرایندی از این ضایعات تخته خرده

DIN چوب ساخته شده است.جهت ارزیابی خواص فیزیکی و مکانیکی تخته های حاصله نمونه ها مطابق استاندارد

تهیه شده است.داده های حاصل از اندازه گیری خواص فیزیکی(جذب آب،همکشیدگی و واکشیدگی ضخامت پس از 2و24 ساعت غوطه وری)وخواص مکانیکی(مقاومت خمشی،چسبندگی داخلی و مدول الاستیسیته)با استفاده از طرح آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی مورد تجزیه و تحلیل قرارگرفتند.نتایج حاصل ازاین پژوهشها نشان داده است که تحت شرایط خاص از نظرمیزان چسب درجه حرارت و زمان پرس می توان بطورکامل یا مخلوط با ذرات خرده چوب صنوبرتخته هایی ساخت که شرایط استاندارد را از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی دارا باشد.

 

واژه های کلیدی: تخته خرده چوب،پسماندهای کشاورزی ،چسب اوره فرم آلدئید،خواص فیزیکی و مکانیکی

 

مقدمه

صنعت تخته خرده چوب سازی در میان سایر صنایع چوب جزو صنایع جدید محسوب می گردد ودر واقع می توان شروع آنرا از سال1920 دانست که روز به روز دامنه کاربرد این صنعت افزایش یافته و نیاز به آن بیشتر احساس می شود.یکی از منابعی که در سالهای اخیر مورد توجه قرارگرفته ضایعات مزارع کشاورزی می باشد که هرساله مقدارآن افزایش می یابد و منبعی خوب برای ساختن تخته خرده چوب می باشد.امروزه به دلیل کاهش سطح جنگلهای تحارتی تولید مواد چوبی به خصوص چوبهای هیزومی کاهش یافته است.بطوریکه میزان برداشت چوب آلات هیزومی از جنگلهای شمال از مقدار656 هزار مترمکعب درسال 1375 به مقدار294 هزار مترمکعب در سال1385 رسیده است.از سوی دیگرافزایش روز افزون تقاضای فرآورده های صفحه ای به خصوص تخته خرده چوب موجب افزایش تولید این محصول گردیده است.

بطوریکه مقدار تولید تخته خرده چوب از 333 هزار مترمکعب در سال 1375 به مقدار 637 هزار مترمکعب در سال 1385 افزایش یافته است.بنابراین تامین ماده اولیه برای صنعت تخته خرده چوب به یک مشکل جدی تبدیل شده است. از این رو بایستی به دنبال تامین و جایگزینی بخشی از مواد اولیه مورد مصرف در صنعت تخته خرده چوب با منابع غیرجنگلی ارزان قیمت بود.پسماند گیاهان کشاورزی از نوع زراعی و ضایعات حاصل از هرس گیاهان باغی می تواند جایگزین مناسب و مطمئن برای چوبهای جنگلی باشند.بنابراین هدف این مقاله مروری بر تحقیقات انجام شده در مورد کاربرد ضایعات کشاورزی در ساخت تخته خرده چوب در ایران می باشد.

 

روش ساخت تخته خرده چوب

در تمام بررسیهای انجام شده که در این مقاله به آنها اشاره می شود جهت ساخت تخته خرده چوب از سرشاخه های حاصل از هرس درختان باغی نظیر سیب،انار،انگور،بادام،زردآلو همچنین ضایعات زراعی نظیر پنبه و پوسته برنج در ترکیب با خرده چوبهای حاصل از چوب درختان صنوبر و جنگلی استفاده شده است.سرشاخه ها و ضایعات مذکور پس از بسته بندی و انتقال به آزمایشگاه با استفاده از یک خردکن غلطکی از نوع پالمن به خرده های چوب درشت و بعد به وسیله یک آسیاب حلقوی به خرده های چوب قابل استفاده در ساخت تخته خرده چوب تبدیل شدند.رطوبت خرده چوبها بوسیله یک خشک کن آزمایشگاهی تا رسیدن به سطح 1 درصد کاهش داده شد و درکیسه های پلاستیکی مقاوم به نفوذ رطوبت بسته بندی و برای ساخت تخته های آزمایشگاهی نگهداری شدند.برای چسب زنی خرده چوبها از یک دستگاه چسب زن آزمایشگاهی استفاده شده است. محلول چسب همراه با کاتالیزور(از کلرید آمونیوم به مقدار یک درصد بر اساس وزن خشک چسب مصرفی بعنوان سخت کننده استفاده شده است) بر روی ذرات خرده چوب اسپری شده است. به منظور تشکیل کیک خرده چوب از یک قالب چوبی به ابعاد 40×40 سانتیمتر استفاده شده است.خرده چوبهای چسب زنی شده به وسیله ترازوی آزمایشگاهی توزین و بصورت لایه های یکنواخت در داخل قالب پاشیده شدند.پس از تشکیل کیک خرده چوب با استفاده از پرس آزمایشگاهی فشرده شده و با پلیمر شدن رزین تحت حرارت و فشار تخته های آزمایشگاهی ساخته می شود.در این بررسیها خرده چوبهای حاصل از سرشاخه های درختان و ضایعات زراعی به نسبتهای مختلف با ذرات چوب صنوبر و چوبهای جنگلی مورد استفاده قرار گرفته است. معمولا با توجه به قیمت تمام شده مقدار چسب اوره فرم آلدئید مصرفی را در دو سطح 10 و 12 درصد در نظر می گیرند.با توجه به اینکه زمان و درجه حرارت پرس روی کیفیت پلیمریزاسیون چسب موثر است این دو فاکتور متغیر در نظر گرفته شده است.ولی بطور کلی سایر فاکتورها از نظر دانسیته و رطوبت ثابت می باشد.بعد از پایان مرحله پرس به منظور مشروط سازی و یکنواخت سازی رطوبت تخته ها و همچنین متعادل سازی تنشهای داخلی تخته های ساخته شده به مدت 15 روز درشرایط آزمایشگاهی نگهداری گردیدند.نمونه های آزمونی برای تعیین ویژگیهای فیزیکی و مکانیکی تخته ها مطابق استانداردDIN تهیه گردیدند. مقاومت خمشی(MOR) مدول الاستیسیته(MOE)چسبندگی داخلی(IB)واکشیدگی ضخامت بعد از 2و24 ساعت غوطه وری درآب تعیین گردید.نتایج بدست آمده در قالب طرح کامل تصادفی و آزمون فاکتوریل مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و در صورت وجود اختلاف معنی دار میانگین ها با استفاده از آزمون دانکن گروه بندی و تاثیر مستقل و متقابل هریک از عوامل متغیر بر خواص مورد مطالعه در سطح اطمینان 95 و99 درصد مورد بحث قرارگرفت.

نتایج تحقیقات انجام شده

پنبه  (Cotton Stalks)

طبق آمارهای منتشرشده از سوی وزارت جهادکشاورزی(1383) بیش از 167000 هکتار از اراضی کشاورزی زیرکشت پنبه قرارداردکه سالانه مقادیرمعتنابهی پسماندهای لیگنوسلولزی حاصل از برداشت این محصول برجای می ماند.

کارگرفر و همکاران(1385)با استفاده از ساقه پنبه و چوب اکالیپتوس به نسبتهای صفر 75٬50٬25٬درصد ذرات ساقه پنبه اقدام به ساخت تخته های آزمایشگاهی کردند نتایج حاصل از اندازه گیری مقاومت خمشی(MOR)ومدول الاستیسیته (MOE) تخته ها نشان داد که با افزایش مقدار ساقه پنبه به ترکیب چوبی در سطح معنی داری این ویژگیها بهبود یافته است.بطوریکه این دو ویژگی برای تخته های ساخته شده در شرایط استفاده از 75 درصد ساقه پنبه و 25 درصد چوب اکالیپتوس حداکثر بوده است.

زردآلو Prunus Armenica

براساس آمار وزارت جهاد کشاورزی سطح زیرکشت باغات زرد آلو در حدود 50 هزار هکتار می باشد که بطور عمده در استانهای همجوار استانهای شمالی کشور متمرکز شده اند.براساس برآوردهای موجود از این باغات سالانه حدود 90 هزار تن ماده چوبی قابل استحصال می باشد.

عنایتی و همکاران(1388) ویژگیهای فیزیکی و مکانیکی تخته خرده چوب ساخته شده از مخلوط خرده چوب سرشاخه درختان زردآلو و چوبهای صنعتی را بررسی کردند.نسبت اختلاط آنها در چهار سطح(30٬15٬0 و45 درصد) انتخاب شده است.نتایج حاصل از اندازه گیری ویژگیهای مکانیکی تخته ها نشان داد که با افزایش درصد اختلاط خرده چوب زرد آلو مدول الاستیسیته(MOE) ومقاومت خمشی (MOR)تخته ها به طور معنی دار افزایش یافته است.در نهایت بهترین تیمار تخته های ساخته شده با 45 درصد خرده چوب زردآلو و زمان پرس 5 دقیقه شناخته شدند.

بادامAmygdalus Communis  

گونه بادام یکی از گونه های است که از پراکنش بالایی در ایران برخوردار است.مطابق آمار بدست آمده از سوی سازمان کشاورزی در سال 1377 مجموع سطح زیر کشت باغات بادام کل کشور در حدود 80 هزار هکتار است که 44 هزار هکتار آن را باغات آبی و 36 هزار هکتار را باغات دیم تشکیل می دهند.ازاین مقدار میزان قابل توجهی از بادام را استان اصفهان تولید می کند.که بطور مثال مقدار قابل توجه سرشاخه ها دراستان اصفهان بطور تقریبی 30 هزار تن در سال می باشد.

موحدی و همکاران(1382) از مخلوط سرشاخه های بادام و چوب صنوبرتخته خرده چوب ساختند نتایج این بررسی نشان داد که تخته های ساخته شده با نسبت خرده چوب بادام به صنوبر 30 به70 در فشارپرس 10 مگا پاسگال و درجه حرارت 160 درجه سانتی گراد بهترین نتیجه را داده است.

انگور(Vine Prunning)

طبق آمار های منتشرشده از سوی وزارت جهاد کشاورزی(1378)بیش از 250 هزار هکتار از اراضی کشور را باغهای انگور تشکیل می دهد که هرس درختان انگور به صورت سالانه ضرورت دارد.استفاده از این ضایعات که هر ساله پس از عملیات هرس سوزانده می شوند.بعنوان ماده اولیه برای تولید تخته خرده چوب در این مناطق از توجیه اقتصادی مناسبی برخوردار می باشد.

کارگرفرد و همکاران(1383) با استفاده از ضایعات حاصل ازهرس درختان انگور تخته خرده چوب ساختند. مدول الاستیسیته(MOE) ومقاومت خمشی (MOR)تخته ها با افزایش میزان مصرف چسب و زمان پرس در سطح معنی داری بهبود یافت بطوریکه این دو ویژگی برای تخته های ساخته شده درشرایط مصرف چسب 12 درصد و زمان 5 و6 دقیقه در حد استانداردDIN آلمان بوده است.

انارPomegrante

طبق آمارهای منتشره از سوی وزارت جهاد کشاورزی در سال 1384 بیش از 60 هزار هکتار از اراضی کشور را باغات انار تشکیل می دهد که هرس کردن این درختان بصورت سالانه ضرورت دارد.

سلیمانی و همکاران(1388)با استفاده از سرشاخه های انار در ترکیب با صنوبر تخته خرده چوب ساختند نتایج نشان داده است که با افزودن خرده چوب صنوبر به ترکیب چوبی مورد استفاده برای ساخت تخته ها مدول الاستیسیته (MOE) ومقاومت خمشی (MOR)تخته ها افزایش یافته است.از طرف دیگر درمیزان مصرف چسب 10 درصد با افزایش زمان پرس چسبندگی داخلی تخته ها بهبود یافته است.

سیبApple

برطبق آمارمنتشرشده توسط وزارت جهاد کشاورزی سطح زیرکشت درختان سیب در سال1384 درکشورحدود 162 هزار هکتار و ضایعات حاصل از هرس سالانه درختان سیب نزدیک به 120 هزار تن برآورد شده است که می تواند بخشی از کمبود مواد اولیه مورد مصرف در صنایع تخته خرده چوب را تامین نماید.

کارگرفرد وهمکاران(1385)درتحقیق خود به این نتیجه رسیدند مه تخته خرده چوب ساخته شده ازمخلوط خرده چوب سرشاخه سیب با صنوبر(50:50) مقاومت خمشی و مدول الاستیسیته بالاتری نسبت به تخته های ساخته شده از سرشاخه درخت سیب دارد.همچنین افزایش زمان پرس تاثیر مثبت برچسبندگی داخلی نمونه های ساخته شده داشته است.

عنایتی و همکاران(1378) برروی استفاده از سرشاخه های درخت سیب در ساخت تخته خرده چوب مطالعه کردند.دراین مطالعه از نسبتهای مختلف ذرات سرشاخه سیب با خرده چوب صنعتی استفاده نموده اند.نتایج بدست آمده از اندازه گیری ویژگیهای فیزیکی و مکانیکی تخته ها نشان داد که وجود خرده چوب سیب در ساختار تخته ها بر روی اغلب خواص فیزیکی و مکانیکی آنها شامل مدول الاستیسیته٬ مقاومت خمشی٬ چسبندگی داخلی و میزان جذب آب بعد از 2 و 24 ساعت غوطه وری در آب تاثیر معنی داری داشته است.بطوریکه با افزایش سهم خرده چوب سیب در مخلوط خرده چوبهای مصرفی ویژگیهای فوق بهبود پیدا کردند.

پوسته برنج Rice Husk

امروزه بخش قابل توجهی از ضایعات کارخانجات برنج کوبی را پوسته تشکیل می دهد.سالانه در ایران بیش از 5/2 میلیون تن شلتوک تولید می شود که حدود 20 درصد آن بصورت پوسته قابل دسترس است.بنابراین حدود 500 هزار تن پوسته برنج سالانه در کشور وجود دارد که قسمت عمده آن(400 هزار تن) در استانهای گیلان و مازندران متمرکز است.

ترکمن و همکاران(1387) دریک بررسی با استفاده از پوسته برنج و رزین اوره فرم آلدئید تخته ساختند در این مطالعه میزان رزین اوره فرم آلدئید در مقادیر ٬7  8،  9  و10درصد درنظر گرفته شد و برای بهبود چسبندگی از رزین ایزوسیانات به مقدار 1 و 2 درصد استفاده شده است. جدول شماره 1 نشان می دهد که با افزایش مقدار رزین اوره فرم آلدئید و جایگزینی آن با دی ایزوسیانات تنمام خواص مکانیکی و فیزیکی تخته ها بهبود می یابد. بطوریکه بهترین خواص فیزیکی ومکانیکی در تخته ساخته شده با 10 درصد رزین(8 درصد اوره فرم آلدئید و 2 درصد دی ایزوسیانات) بدست آمده است.

ترکمن و همکاران(1387)برای اصلاح چسبندگی تخته ساخته شده با پوسته برنج و سدیم سیلیکات از رزین ایزوسیانات استفاده کردند.به منظور اصلاح چسبندگی به ازای هر 5 درصد کاهش در سدیم سیلیکات یک درصد دی ایزوسیانات اضافه شده است.جدول 2 نشان می دهدکه با افزایش جایگزینی سدیم سیلیکات با ایزوسیانات در تمام خواص مکانیکی و فیزیکی تخته ها بهبود حاصل شده است.در این بررسی اقتصادی ترین حالت برای ساخت تخته با پوسته برنج استفاده از 15 درصد سدیم سیلیکات به همراه 2 درصد ایزوسیانات است.

نتیجه گیری

در ایران سالانه مقادیر زیادی ضایعات مزارع مختلف مانند  پوسته برنج، گندم ، پنبه و سر شاخه های باغات میوه مانند سیب، بادام ٬ زردآلو  و غیره تولید می شود که می تواند به عنوان مواد اولیه در صنایع تخته خرده چوب به کار گرفته شود.نتایج تحقیقات انجام شده درسطح کشور نشان دهنده جایگزینی کامل یا بخش عمده چوبهای جنگلی با این ضایعات در ساخت تخته خرده چوب است.اگرچه در مقایسه با خرده چوب خالص خواص فیزیکی و مکانیکی تخته ها مطلوبیت بالایی ندارند اما با درنظر گرفتن مقدار و نوع رزین و همچنین شرایط ساخت از نظر زمان و درجه حرارت پرس می توان به تخته هایی با کیفیت بالا دست یافت که شرایط استاندارد جهانی را تامین نماید.

جدول 1- میانگین نتایج حاصل از اندازه گیری خواص مکانیکی و فیزیکی تخته ها

 

مقاومت خمشی

mpa

چسبندگی داخلی

mpa

جذب آب پس از 2 ساعت غوطه وری

(%)

جذب آب پس از 24 ساعت غوطه وری

(%)

واکشیدگی ضخامت پس از 2 ساعت غوطه وری(%)

واکشیدگی ضخامت پس از 24 ساعت غوطه وری(%)

Uf 10%

08/6

27/0

24/12

55/30

43/2

92/7

Iso 1%+uf 9%

69/8

36/0

33/7

08/20

27/2

30/6

Iso 2%+uf 8%

34/16

53/0

11/5

17/15

34/1

30/4

Iso 1%+uf 8%

39/8

34/0

47/8

27/25

79/1

98/4

Iso 2%+uf 7%

84/11

44/0

21/7

97/20

24/2

50/4

Iso 1%+uf 7%

18/6

40/0

14/9

68/32

27/2

11/8

Iso 2%+uf 6%

63/8

49/0

24/7

58/19

00/2

10/5

Iso 1%+uf 6%

22/5

23/0

11/14

30/35

84/1

94/6

Iso 2%+uf 5%

95/7

30/0

85/7

26/24

14/3

05/9

DF

2

2

2

2

2

2

SS

6/124

106/0

04/92

82/525

394/0

55/12

MS

3/62

053/0

02/46

91/262

197/0

27/6

F

8/8

24/6

60/11

04/11

692/0

36/2

تفاوت

**

**

**

**

ns

Ns

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول2- میانگین نتایج حاصل از اندازه گیری خواص مکانیکی و فیزیکی تخته ها

 

مقاومت خمشی

mpa

چسبندگی داخلی

mpa

جذب آب پس از 2 ساعت غوطه وری

(%)

جذب آب پس از 24 ساعت غوطه وری

(%)

واکشیدگی ضخامت پس از 2 ساعت غوطه وری(%)

واکشیدگی ضخامت پس از 24 ساعت غوطه وری(%)

Iso  5%

85/9

56/0

10

00/26

51/2

05/9

Iso 4%+ si5%

46/7

45/0

98/15

97/39

69/4

40/12

Iso 3%+si10%

63/7

39/0

94/27

00/72

1/10

80/18

Iso2%+si 15%

07/7

31/0

12/61

03/81

82/13

30/19

Iso 1%+si 20%

53/3

16/0

97/70

13/93

03/12

27/31

Si 25%

43/2

15/0

47/136

77/167

67/49

23/64

DF

5

5

5

5

5

5

SS

83/116

395/0

5/33600

4/37375

2/4509

4/6175

MS

37/23

079/0

1/6720

1/7475

84/901

1/1235

F

74/25

79/18

8/16898

7/5772

1/2201

24/4217

تفاوت

**

**

**

**

**

**

 

 

منابع

1-          ترکمن.ج و سیدمهدی فاطمی(1387) بررسی خواص تخته خرده ساخته شده با پوسته برنج ورزین اوره فرم آلدئید با استفاده از دی ایزوسیانات مجله علوم و تکنولوژی پلیمر سال بیست و یکم شماره 2 ص.99تا 105.

2-                  ترکمن.ج و سید مهدی فاطمی(1387) اصلاح چسبندگی تخته ساخته شده با پوسته برنج وسدیم سیلیکات با استفاده از ایزوسیانات مجله علوم و تکنولوژی پلیمر سال بیست و یکم شماره 1 ص.19تا24.

3-سلیمانی.ه٬ ابولفضل کارگرفرد و امیرنوربخش(1388) بررسی استفاده از سرشاخه های انار در ساخت تخته خرده چوب.دو فصلنامه علمی-پژوهشی تحقیقات علوم چوب و کاغذ ایران جلد 24 شماره 1 صفحه 158تا166.

4-                 عنایتی.ع ٬ مرضیه رئیسی و حمید رضا عدالت(1388)بررسی ویژگیهای فیزیکی و مکانیکی تخته خرده چوب ساخته شده از مخلوط خرده چوب سرشاخه درختان زرد آلو و چوب های صنعتی دو فصلنامه علمی-پژوهشی تحقیقات علوم چوب وکاغذ ایران.جلد 24 شماره 2 صفحه 244تا253.

5-                 عنایتی.ع   حسین یوسفی و داود رسولی(1387) امکان استفاده از سرشاخه های سیب در ساخت تخته خرده چوب.دو فصلنامه علمی – پژوهشی تحقیقات علوم چوب و کاغذ ایران.جلد 23 شماره 1 صفحه 63 تا73.

6-                  کارگرفرد.ا٬ عبد الرحمن حسین زاده و امیر نوربخش(1385) استفاده از ضایعات چوبی حاصل از هرس درختان سیب در تولید تخته خرده چوب.پژوهش و سازندگی در منابع طبیعی شماره 73. ص 27تا 32.

7-                 کارگرفرد.ا٬امیر نوربخش و فرداد گلبابایی(1385) بررسی امکان کاربرد ساقه پنبه در ساخت تخته خرده چوب. دو فصلنامه علمی – پژوهشی تحقیقات علوم چوب و کاغذ ایران جلد 21 شماره 2 صفحه 95تا104.

8-                 کارگرفرد.ا و امیر نوربخش (1383) استفاده از ضایعات حاصل از هرس درختان انگور در تهیه تخته خرده چوب . مجله پژوهشی تحقیقات علوم چوب و کاغذ ایران.جلد19 شماره 2 ص 159 تا 173.

9-                 موحدی.ع و تقی طبرسا(1382) بررسی تعیین مناسبترین شرایط استفاده از مخلوط سرشاخه های بادام و صنوبر در چسبندگی داخلی تخته خرده چوب.پژوهش و سازندگی در منابع طبیعی شماره 60 ص 36تا43.

 

 

 

 

Review study on use of Agriculture residues in Particleboard manufacture

 

Javad Torkaman

Faculty of Natural Resources,The University of Guilan, P.O. Box 1144, Sowmehsara, Rasht, Iran

E-mail: j_torkaman@yahoo.com

Abstract:

The aim of this research is show useful utilization of agriculture residues such as:rice husk, cotton stalks, amigdal, apple, apricot, pomegranate  in manufacture of particle board according to studies of  the university and research institute of  Iran country. In  these  researches residues were used in net form or different portion in poplar wood compound.The urea formaldehyde adhesive was apply in this research with NH4CL as hardner  in press temperature  and pressure.Variable and constant factors consider in making of particle boards.

The preparation of test samples for the measurement of mechanical and physical performance under the study including bending strength ,shear strength parallel to the plane ,water absorption and thickness swelling have been done in according to DIN.The result of the tests have been analyzed by the statistical method of Factorial in the form of completely random blocks to study the independent and mutual effects of variable factors on the physical and mechanical properties of the boards.

The results show that the amount of agriculture residues has direct effect on the boards. All of researches show that agriculture residues are suitable materials for particleboard manufacture and this products have standard condition.

 

Key words: Particle Board, Agriculture Residues, Mechanical and Physical properties, Urea Formaldehyde.