چوب صنوبر سوپرپارامغناطیس فورفوریله: ویژگی های ریخت شناسی، فیزیکی و مکانیکی

چوب مغناطیسی یکی از فرآورده های نانوفناوری چوب است که پتانسیل های کاربردی بالایی را در حوزه های مختلف صنعتی نشان داده است. چوب سوپرپارامغناطیس فراورده ای است که عموما با سنتز درجای نانوذرات مغناطیسی درون بافت چوب تولید می شود. در این میان، چوب گونه های تند رشد توجه بیشتری را به خود معطوف نموده اند. از سوی دیگر، برخی ویژگی های ذاتی چوب، نظیر جذب آب و عدم ثبات ابعادی و نیز آسیب پذیری در برابر عوامل مخرب بیولوژیکی و هوازدگی می تواند دامنه کاربرد چوب مغناطیسی را به عنوان یک ماده پیشرفته ی مهندسی محدود نمایند. این مطالعه با هدف ارزیابی تاثیر تیمار فورفوریلاسیون بر اصلاح رفتارهای فیزیکی و مکانیکی چوب صنوبر سوپرپارامغناطیس تولید شده با روش سنتز درجای نانوذرات مغناطیسی انجام شد. 

سنتز درجای نانوذرات مگنتیت درون چوب صنوبر (Populous deltoides)، با استفاده محلول کلریدهای آهن II و III، با نسبت مولی 2:1، درون یک سیلندر خلاء/فشار انجام شد. پس از آن، چوب تیمار شده با زهکشی کاتیون های آهن و جایگزینی آن با محلول یک مولار هیدروکسید سدیم به چوب مغناطیسی تبدیل شد. پس از شستشوی محلول سود اضافی و خشک کردن، چوب صنوبر مغناطیسی، تحت سیستم خلاء-فشار، با دو غلظت متفاوت از محلول اشباع فورفوریل الکل تیمار و به دنبال انجام تیمارهای حرارتی لازم به چوب-پلیمر تبدیل شد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدان، پراش پرتوایکس، مغناطیس سنجی نمونه ارتعاشی، آزمون خمش استاتیک، و آزمون جذب آب و واکشیدگی ضخامت بلند مدت، جهت ارزیابی رفتار آزمونه ها استفاده شد. 

تبدیل چوب صنوبر به چوب مغناطیسی، درصد افزایش وزن حاصل از فرایند فورفوریلاسیون را کاهش داد. مغناطش اشباع چوب مغناطیسی در نتیجه تیمار فورفوریلاسیون و تبدیل شدن به چوب-پلیمر کاهش معناداری را نشان داد. تغییر غلظت محلول فورفوریل الکل تاثیر معناداری را بر مغناطش اشباع چوب-پلیمرهای مغناطیسی تولید شده نشان نداد. تیمار فورفوریلاسیون، مقاومت خمشی و مدول خمشی آزمونه ها را کاهش داد. رفتار خمشی آزمونه های چوب-پلیمر مغناطیسی و غیر مغناطیسی حاصل از تیمار با غلظت مشابه فورفوریل الکل تفاوت معناداری را نشان نداد. بررسی میکروسکوپی سطح شکست دیواره ی الیاف چوب در آزمونه های خمش اثر تیمار فورفوریلاسیون در تغییر رفتار دیواره الیاف از منعطف به ترد را نشان داد که منطبق با نتایج آزمون خمش بود. از سوی دیگر، با افزایش درصد جذب ماده پلیمری در ساختار چوب، جذب آب بلند مدت و واکشیدگی ضخامت آزمونه ها کاهش یافت. آزمونه های چوب-پلیمر مغناطیسی جذب آب و واکشیدگی ضخامت بیشتری در مقایسه با نمونه های چوب-پلیمر غیرمغناطیسی نشان دادند.

بر اساس نتایج این مطالعه، در صورت لزوم استفاده از چوب صنوبر مغناطیسی در محیط های با رطوبت بالا، تبدیل آن به چوب-پلیمر مغناطیسی با استفاده از فورفوریل الکل توصیه می شود، مشروط بر آنکه ویژگی های مکانیکی مورد نیاز را دارا باشد.