1 / 51

NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA

NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA. Nanotehnologija nudi mogućnosti za transformisanje drvne industrije u skoro svim njenim aspektima

holly-duffy
Download Presentation

NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA

  2. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Nanotehnologija nudi mogućnosti za transformisanje drvne industrije u skoro svim njenim aspektima • Prvenstveno nudi novih pristup u proizvodnjiinženjerskih drvnih proizvodai materijala na bazi drveta kao nove generacije nano-lignoceluloznog materijala. • Stvaranje funkcionalnosti na lignoceluloznoj površini, u nanorazmeri, nanotehnologija otvara nove mogućnosti u izradi samo-sterilišućih površina ili površina koje se ponašaju kao provodnici, što je od bitne važnosti za proizvodnju nekih farmaceutskih proizvoda i elektronskih lignoceluloznih uređaja.

  3. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Pospešujući uklanjanje vode i vlage, smanjujući utrošak energije za sušenje, modifikujući vlakna i iverje u cilju specifičnih poboljšanja procesa proizvodnje, nanotehologija može da se upotrebi i za poboljšanje prerade drvnog materijala u gotove proizvode. • Iz tih razloga otvaraju se novija polja primene prvenstveno papira i lignoceluloznih kompozita kako proizvoda tako i materijala.

  4. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Pravci istraživanja i razvoja nanotehnologije u drvnoj industriji..! Tokom 2006 godine započeti su sledeći programi: • Korišćenje posebnih nanosvojstava drveta i sličnih lignoceluloznih materijala u cilju razvoja naprednih nanomaterijala; • Korišćenje nanoprocesa za modifikaciju lignoceluloznog materijala; • Korišćenje nanometroloških tehnika za istraživanje bazične strukture materijala, načine njihove degradacije i metoda za sprečavanje degradacije.

  5. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Oblasti istraživanja u drvnoj industriji na nanorazmeri..! • Polimerni kompoziti i nano-ojačani materijali. • Samo-sastavljanje i biomimetika (oponašanje bio procesa). • Nanostrukture zidova ćelija. • Nanotehnologija senzora, procesa i procesne kontrole. • Analitičke metode za karakterizaciju nanostruktura.

  6. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Nanotehnologija sutrašnjice..! Unapređenje gotovo svih procesa prisutnih u drvnoj industriji istraživanjem • Modifikacija drvnih vlakana u cilju postizanja naprednih strukturnih i funkcionalnih svojstava gotovog proizvoda. • Primene novih tipova adheziva i premaza koji pospešuju izdržljivost, vlagootpornost i vatrootpornost (neki od ovih tretmana već su danas dostupni). • Primene nanočestica u zaštiti drveta (postojeća sredstva zaštite stavljaju se van upotrebe u sve većem broju zemalja, usled štetnog uticaja po okolinu). • Interakcije nanofibrila celuloze sa drugim drvnim materijalom u cilju rekonstrukcije drveta u nove oblike i za nove oblasti primene.

  7. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA Karbonska i drvna vlakna zatopljena u plastičnoj matrici čine jedinstveni proizvod • Polimerni kompoziti i nano-ojačani materijali..! • Kombinovanje materijala na bazi drveta sa nano-materijalima u cilju razvoja novih, poboljšanih kompozitnih materijala sa jedinstvenim i multifunkcionalnim svojstvima.

  8. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Jedini ojačavajući (armirajući) materijal koji je jači od celuloznih nanokristala (CNT) jesu ugljenične nanocevi (naotubes - NT), ali su 100 puta skuplje. • Slike dobijene skenirajućim elektronskim mikroskopom (SEM), koje prikazuju ugljenične nanotube zatopljene u polietilensku matricu. • Polimerni kompoziti i nano-ojačani materijali..! Primeri:

  9. Karakteristike nanoceci • Toplotna provodljivost:predviđa se da je veća od 6000W/m⋅K(čisti dijamant 3320 W/m ⋅ K) • Temperaturna stabilnost:u vakuumu do 2800 ºC, a vazduhu do 750ºC (metalni vodovi u čipovima tope seizmeđu 600 i 1000 ºC) • Provodljivost struje:procjenjuje se na 1 mrd A/cm2! (bakrenažica izgori pri 1 mln A/cm2) • Emisija elektrona:aktivira se pri 1 do 3 V uz razmak elektroda 1 μm (molibdenovi šiljci zahtijevaju polje od 50 do 100 V/μm) • Cijena: 1500 $/g kod Bucky, Huston, SAD u 2000. godini (zlato iste godine 10 $/g). • Veličina:prečnik 0,6 do 1,8 nm, dužina 1 do 10 μm • Gustina: 1,33 do 1,40 g/cm3 • Čvrstoća na istezanje:najmanje 10 puta veća odčvrstoćelegiranog čelika, ili oko 20 putaveća • Čvrstoća na pritisak:dva reda veličine veća nego kod dosadnajčvršćih Kevlarvlakana • Tvrdoća: prosečno oko 2000 GPa, što jeskoro dvaputa više nego kod dijamanta,dosad najtvrđeg materijala na svijetu • Elastičnost: mnogo veća nego kod metala ili ugljeničnih vlakana

  10. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Celulozne nanočestice poseduju aktivnu površinu na koju mogu da se kaleme drugi hemijski materijali, sa ciljem poboljšanja površinske funkcionalnosti. • Slike dobijene transmisionim elektronskim mikroskopom (TEM), koje prikazuju • fibrile kristalne nanoceluloze (CNC) obložene nanoćesticama srebra. • Polimerni kompoziti i nano-ojačani materijali..! Primeri:

  11. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA Samo-slaganje je proces u kome se objekti međusobno spontano slažu u pravilne šeme. • Samo-slaganje i Biomimetika..! • Korišćenje prirodnog sistema drvnog bio-materijala kao uzornog materijala i modela za razvoj ili manipulisanje jedinstvenim nano-, mikro- i makro- polimernim kompozitima putem biomimetike (bio-podražavanja) i/ili direktnog slaganja molekula.

  12. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Samo-slaganje i Biomimetika..! • Zamislite da nasumično razbacane daske i okovi samostalno formiraju garderober.

  13. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Razumevanje načina samo-slaganja u drvetu od suštinske je važnosti za razvoj novih lignoceluloznih nanomaterijala. • Ćelijski zid je rezultat samo-slaganja lanaca celuloze u delimično kristalne nanofibrile. Poseduje jedinstvena svojstva. • Stvaranje novih, funkcionalnih, samoslažućih površina na postojećem lignoceluloznom materijalu. Biomimetički ugljenični materijal sa sposobnošći samo-čišćenja ili samo-održavanja Samo-slaganje i Biomimetika..!

  14. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Nanostrukture ćelijskog zida..! • Tretiranje ćelijskog zida drvnih vlakana u cilju modifikovanja ili poboljšanja njegovih fizičkih svojstava, kao i stvaranje drvnog materijala i drvnih vlakana superiornih svojstava, obradljivosti i upotrebnih karakteristika. Celulozni nanofibrili imaju modul elastičnosti od oko 1/4 u odnosu na karbonske nanocevi, međutim, proizvode se prirodnim putem, bez utroška energije i bez potrebe za visokim temperaturama. • Razumevanje arhitekture i procesa konsolidacije zida drvnih ćelija, kao osnovnog nosioca svojstava drveta i drvnih vlakana.

  15. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Nanostrukture ćelijskog zida..! • Zidovi drvnih ćelija jesu nanokompoziti celuloze, hemiceluloza, proteina i lignina. • Ćelijski zid sadrži jedinstveni proteinski kompleks koji koristi aktivirane molekule glukoze za slaganje celuloznih nanofibrila

  16. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Nanostrukture ćelijskog zida..! Opšti cilj: • Stvoriti mogućnost modifikacije nanoarhitekture sekundarnog zida ćelije drveta, kako bi se postigla poboljšanja specifična svojstava gotovog proizvoda. Ovo zahteva kontrolu procesa slaganja ćelijskog zida genetskim inženjeringom i manipulacijom uslova sredine.

  17. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Nanostrukture ćelijskog zida..! Specifični ciljevi: • Karakterizacija strukture ćelijskog zida sa aspekta prirode konstituenata i njihovog međudejstva. • Upoznavanje odnosa između genetskih podataka u nanorazmeri, sa jedne strane i mehanizama biosinteze konstituenata ćelijskog zida i njihove strukture i organizacije sa druge. • Identifikacija uticaja uslova sredine na svojstva prirodnog ćelijskog zida i stabilizovanje ovih svojstava u promenljivim uslovima. • Razvoj metoda za izolovanje konstituenata ćelijskog zida i lignina, bez promene njihove prirodne strukture.

  18. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Nanotehnologije u proizvodnji i procesnoj kontroli..! • Korišćenje nano-senzora za praćenje i kontrolu proizvodnje materijala na bazi drveta, kao i sakupljanje podataka o ponašanju gotovog proizvoda u uslovima sredine u kojima se koristi, a u cilju sagledavanja multifunkcionalnosti proizvoda.

  19. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Nanotehnologije u proizvodnji i procesnoj kontroli..! Ciljevi: • Razvoj drvnog materijala i proizvoda sa senzorskim gradivnim komponentama, putem manipulacije ili genetske modifikacije. • Razvoj lignoceluloznih senzora, hemijskom modifikacijom, sa mogućnošću registrovanja temperature ili samo-čišćenja. • Razvoj nanosenzora koji mogu biti ugrađeni u drvne proizvode sa zadatkom praćenja temperature, pritiska, vlažnosti, emisije i dr. • Obeležavanje individualnih vlakana. • Razvoj senzora za praćenje procesa u drvnoj industriji, u nano razmeri.

  20. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA Grafenksi tranzistor - Listovi grafena imaju debljinu jednog atoma ugljenika Tranzistor za kontrolu toplote u superprovodničkim sistemima, sa nanosenzorima Nanotehnologije u proizvodnji i procesnoj kontroli..!

  21. NANOTEHNOLOGIJE U PRERADI DRVETA • Analitičke metode karakterizacije nanostruktura..! • Tehnološki napredak mernih instrumenata pruža nova saznanja o nanostrukturi drveta: • Mikroskopija atomske sile (Atomic force microscopy - AFM) već se uveliko koristi za istraživanje topografije i nekih svojstava površine (hemizma, reaktivnosti). • Nanoutiskivanje za sada je jedina metoda koja omogućuje merenje mehaničkih svojstva ćelijskog zida.

  22. Tehnika utiskivanja Drvo ima široku primenu već hiljadama godina.Ipak, njegova hemijska složenost i hijerarhija njegove strukture onemogućuju istraživače da u potpunosti razumeju i kontrolišu njegova svojstva. • Ostalo je puno neotkrivenog u vezi ćelijskog zida, interakcije između slojeva ćelije i prirode interakcija u nanorazmeri (celuloze, hemiceluloze i lignina) • Tehnološki napredak mernih instrumenata dozvoljava dopunjavanje ovih saznanja. Mikroskopija atomskih sila (Atomic force microscopy - AFM) već se uveliko koristi za istraživanje topografije i nekih svojstava površine (hemizma, reaktivnosti). • Međutim, jedino tehnika nano-utiskivanja omogućuje merenje mehaničkih svojstva.

  23. Tehnika utiskivanja Šematski prikaz koji pokazuje opšte korake ispitivanja utiskivanjem: a) vrh utiskivača stvara kontakt sa površinom uzorka, b) biva utisnut u površinu i c) izvlači se nazad sa površine, ostavljajući trajni otisak Karakteristike tehnika utiskivanja Tvrdi materijal (utiskivač) pritiska površinu mekog materijala (substrata) silom koja omogućuje deformaciju mekog materijala.

  24. Tehnika utiskivanja Šematski prikaz koji pokazuje opšte korake ispitivanja utiskivanjem: a) vrh utiskivača stvara kontakt sa površinom uzorka, b) biva utisnut u površinu i c) izvlači se nazad sa površine, ostavljajući trajni otisak Mehanička svojstva, koja merimo utiskivanjem, određuju se na osnovu zapremine deformacije materijala ispod utiskivača (zone interakcije). Deformacija se može javiti u nekoliko vidova: elastična, viskoelastična, plastična, tečenje i lom; a može se opisati svojstvima (respektivno): modulom elastičnosti, modulom relaksacije, tvrdoćom, brzinom tečenja i čvrstoćom loma.

  25. Tehnika utiskivanja • Vidovi deformacija: • Elastične deformacije - kratkotrajne deformacije koje nastaju trenutno nakon primene ili otpuštanja napona i definisane su modulom elastičnosti. • Viskoelastične deformacije - kratkotrajne deformacije, zavisne od vremena i definisane su modulom relaksacije. • Plastične deformacije - trajne deformacije gde tvrdoća opisuje otpornost materijala ka trajnim deformacijama. • Tečenje - trajna, vremenski zavisna deformacija i definisana je brzinom tečenja. • Lom - javlja se kada materijal više nije u stanju da se deformiše pod bilo kojim od navedenih mehanizma, pri čemu dolazi do stvaranja raspuklina u materijalu kako bi se oslobodio primenjeni napon (čvrstoća loma).

  26. Tehnika utiskivanja • Za primer utiskivanja, prikazan na slici pod b, substrat je posedovao dovoljnu deformabilnost kako bi dozvolio utisnuće utiskivača (bez loma), pri čemu je ukupan otklon (ugib) hmah rezultat i elastičnih i plastičnih deformacija. • Nakon uklanjanja opterećenja (slika pod c), elastične deformacije su povraćene, dok zaostaje stalna deformacija. • Ukoliko bi materijal pokazivao viskoelastična svojstva, tada bi krajnji otklon hf, nastavio da se smanjuje tokom vremena posle nestanka napona. • Ukoliko bi materijal bio podložan tečenju, hfbi zavisio od brzine i vremena primenjenog opterećenja.

  27. Tehnika utiskivanja Šematski prikaz približnih opsega a) primenjeno opterećenje u odnosu na pomak utiskivača • Smanjenje zone interakcije (zapremine deformacije) omogućuje merenje mehaničkih svojstava na manjim uzorcima. Kako se smanjuje napon, tako se smanjuje i dubina penetracije i zona interakcije.

  28. Tehnika utiskivanja Šematski prikaz približnih opsega a) primenjeno opterećenje u odnosu na pomak utiskivača i b) zona ispitivanja u odnosu na merne veličine (veličine drvne strukture)

  29. Tehnika utiskivanja

  30. Tehnika utiskivanja • Tehnike makroutiskivanja • Koriste relativno velike utiskivače (na primer, kuglica prečnika 10 mm u testovima po Brinell-u); • Zasnivaju se na primeni velike sila i dubokog utiskivanja, što dovodi do toga da se mehanička svojstva mere pri većoj zoni interakcije, obično preko širokog opsega čelijskih struktura (prstenovi ranog i kasnog drveta, na pr.); • Vrednosti tako dobijene tvrdoće obično su proporcionalne gustini drveta; • Ovakav tip ispitivanja mehaničkih svojstava može biti direktno primenjen na otpornost drvenih podova ili parketa prema udaru (padajući objekti ili visoke potpetice) ili habanju (stolica za ljuljanje).

  31. Tehnika utiskivanja • Tehnike mikroutiskivanja • Koriste manje utiskivače i niže sile, što dovodi i do manje zone interakcije. • Ovom tehnikom mogu se ispitivati prstenovi ranog ili kasnog drveta, gde je zona interakcije dovoljno velika da obuhvati više ćelijskih zidova i prazne lumene ćelija, tako da merena svojstva zavise od svojstava obe pomenute strukture. • Ovaj tip ispitivanja mehaničkih svojstava može se primeniti za ispitivanje otpornosti prema abrazivnim česticama (kao što su pesak, prljavština, staklo), koje udaraju ili habaju drvnu površinu.

  32. Tehnika utiskivanja • Kod nanoutiskivanja, znatno manji naponi rezultuju u mnogo manjoj zoni interakcije, te je moguće izmeriti mehanička svojstva znatno manjih struktura. • Međutim, za razliku od makro- i mikroutiskivanja, dobijene rezultate je znatno teže uporediti sa fizičkim svojstvima masivnog drveta. • Zona interakcije je sada značajno mala, tako da na mehanička svojstva utiče ultrastruktura (vlaknasto -matrična struktura) i interakcija tri polimerne komponente (celuloza, hemiceluloza i lignin). • Nanoutiskivanjem je moguće izmeriti mehanička svojstva unutar ćelijskog zida, a posebno u S2 sloju i srednjoj lameli (SL).

  33. Tehnika utiskivanja • NANOUTISKIVANJE • Doprinesi boljem razumevanju mehaničkih i hemijskih svojstava drveta i pruža mogućnost poboljšanja: • mehaničkih svojstava, • adhezivnih veza, • dimenzionalne stabilnosti i drugih svojstava drveta.

  34. Tehnika utiskivanja • Prikaz serije od osam utisnuća unutar sloja S2 ćelijskog zida. • Strelice pokazuju prvo i poslednje utisnuće, pri čemu je njihovo smanjenje rezultat smanjenja maksimalne sile ustiskivanja. • Nanoutiskivanje podrazumeva korišćenje senzora u cilju kontinualne kontrole i praćenja primenjenog opterećenja i otklona (ugiba) tokom utiskivanja i povlačenja utiskivača iz materijala. • Utiskivači se uglavnom izrađuju od dijamanta, usled njegove visoke tvrdoće i modula elastičnosti. • Oblik utiskivača je uglavnom trostrana piramida sa radijusom vrha od 10 do 100 nm.

  35. Tehnika utiskivanja Šematski prikaz snimanja krive napon-otklon tokom nanoutiskivanja • Tokom procesa utiskivanja, istovremeno se mere primenjeno opterećenje (napon) (P) i otklon(ugib) utiskivača (h). • Iz dobijenih podataka odnosa opterećenje-otklon (P/ h), izračunavaju se modul elastičnosti, tvrdoća i tečenje.

  36. Tehnika utiskivanja • BIOLOŠKA ISTRAŽIVANJA • Drvne ćelije su sagrađene od nekoliko slojeva i srednje lamele, gde svaki sloj poseduje razlike u odnosu celuloze, hemiceluloze i lignina, kao i različite uglove vlakana celuloze, a samim tim i drugačija mehanička svojstva. • nanoutiskivanje omogućuje direktno merenje razlika njihovih mehaničkih svojstava, a dosadašnja istraživanja su se odnosila najviše na određivanje tvrdoće i modula elastičnosti na poprečnom preseku ćelijskog zida i to u sloju S2 (kao najdebljem) i u srednjoj lameli (SL). • Sloj S2 ima vlaknasto matričnu strukturu u kojoj vlakna celuloze predstavljaju ojačavajuću komponentu (orjentisani upravno na poprečni presek), a matrica je od hemiceluloze i lignina. • Sloj SL je bogat ligninom i sa veoma malo celuloze. • Eksperimentalni podaci dobijeni tehnikom nanoutiskivanja mogu se koristiti kao ulazni parametri za modelovanje mehaničkih svojstava ćelijskog zida, kao i celih drvnih ćelija.

  37. Tehnika utiskivanja • Wimmer et al. (1997) sproveo je istraživanja nanoutiskivanjem na kasnom drvetu crvene smrče. • Ustanovio je da je: • srednji modul elastičnosti S2 sloja skoro 2x veći od srednjeg modula elastičnosti SL • prosečna tvrdoća S2 je za oko 10% veća od prosečne tvrdoće SL . • Ovi rezultati pokazuju da razlike u sastavu i ultrastrukturi unutar ćelijskog zida utiču na mehanička svojstva.

  38. Tehnika utiskivanja • Wimmer et al. je koristio tehniku nanoutiskivanja u cilju određivanja uticaja anizotropnih svojstava ćelijskog zida na ukupna anizotropna svojstva masivnog drveta. • Wimmer et al. su ispitali uticaj tangencijalno i radijalno orijentisanih ćelijskih zidova na mehanička svojstva S2 sloja. • Ustanovili su da su tvrdoća i modul elastičnosti veoma slični na ispitivanim lokacijama, što ukazuje na minimalni doprinos ukupnoj anizotropnosti drveta.

  39. Tehnika utiskivanja • Nanoutiskivanje je takođe korišćeno za ispitivanje svojstava sloja S2 na različitim drvnim tkivima. • veća mehanička svojstva kasnog drveta su objašnjena većom gustinom ili većom masom ćelijskog zida po jedinici zapremine. • Koristeći nanoutiskivanje na smrči, Wimmer et al. otkrili su da je prosečan modul elastičnosti kasnog drveta za oko 55% veći nego kod ranog drveta, dok je prosečna tvrdoća kasnog drveta za oko 30% veća od tvrdoće ranog drveta. • Rezultati ukazuju na razlike u sastavu, ultrastrukturi i interakciji između celuloze, hemiceluloze i lignina u ranom i kasnom drvetu. • Ove razlike u tkivu ćelijskog zida ranog i kasnog drveta, mogu uticati na mehanička svojstva masivnog drveta.

  40. Tehnika utiskivanja • Gindl et al. (2002) su ispitivli uticaj učešća lignina na mehanička svojstva • Obavili su nanoutiskivanje u sloju S2 na poprečnom preseku drvnih ćelija norveške smrče i to ostarelih ćelija kod kojih je proces lignifikacije završen i mladih ćelija kod kojih je lignifikacija nepotpuna. • Istraživanje je pokazalo da je kod ostarelih ćelija modul elastičnosti veći za 22%, a tvrdoća veća za 26%u odnosu na mlade ćelije. • To znači da će stepen lignifikacije promeniti mehanička svojstva ćelijskog zida. • Ovim je potvrđeno da nanoutiskivanje može pomoći u sagledavanju biološkog razvoja drvnog tkiva.

  41. Tehnika utiskivanja Poboljšanje performansi proizvoda Veći broj nanotehnoloških progama usmeren je na osnovnaistraživanja, koja su i do nekoliko nivoa udaljena od gotovog proizvoda. Međutim, postoje mogućnosti da nanotehnologija ostvari značajan uticaj na poboljšanje performansi proizvoda ili izmeni pravac razvoja proizvoda. Primer su: ojačanja drveta i adhezivno lepljenje. Polazimo od zahteva gotovog proizvoda: Podovi zahtevaju površinu otpornu na habanje i na udar.Otpornost površine na habanje raste sa porastom tvrdoće i modula elastičnosti.

  42. Tehnika utiskivanja • modifikacija drveta: • zgušnjavanje (densifikacija) drveta, • hemijska modifikacija drveta i • impregnacija drveta smolama (u ovom slučaju očvršćavanje drveta može biti rezultat popunjavanja ćelijskih lumena, difuzije unutar ćelijskog zida ili kombinacije ova dva slučaja. • Postoje analitičke tehnike za merenje difuzije polimerne komponente u ćelijske zidove; međutim, jedino nanoutiskivanje omogućuje sagledavanje modifikacije svojstava ćelijskog zida usled dejstva polimerne komponente. Na osnovu ovoga se mogu podešavati dalji tretmani modifikacije za dati mehanizam očvršćavanja.

  43. Tehnika utiskivanja • modifikacija drveta jedinjenjima na bazi melamina • Istraživanja su pokazala da melaminski modifikovano drvo (primer: evropska bukva) poseduje dva do tri puta veću tvrdoću po Brinelu u odnosu na netretirano drvo. • Međutim, usled velike zone interakcije u testu utiskivanja po Brinelu, nemoguće je saznati da li su promene mehaničkih svojstavarezultat popunjenosti šupljina drvnih ćelija ili promena mehaničkih svojstava ćelijskih zidova. • Analitičke tehnike poput ELS (electron loss spectroscopy), UV mikroskopije i infracrvene spektroskopije, potvrdile su da melamin može da difunduje unutar slojeva ćelijskog zida; ali ne pružaju podatke o o promeni mehaničkih svojstava ćelijskog zida.

  44. Tehnika utiskivanja • Gindl i Gupta (2002) su tehnikom nanoutiskivanja pokazali da su melaminski modifikovani ćelijski zidovi imali veći modul elastičnosti za 33% i tvrdoćuza 115%. • Ovo istraživanje jasno je pokazalo da drvo tretirano melaminom poseduje poboljšana mehanička svojstva ćelijskog zida. • Ovi rezultati ukazuju na potrebu da se dalji razvoj oog tretmana modifikacije kretaće se u pravcu poboljšanja svojstava ćelijskog zida.

  45. Tehnika utiskivanja • Adhezivi imaju veoma široku upotrebu u drvnoj industriji, posebno kod kompozita od drveta. • Cilj: poboljšanje izdržljivosti lepljene veze • Gindl et al. (2004) je nanoutiskivanje koristio za istraživanje mehaničkih svojstava u zoni lepljenja. • UV mikroskopija je pokazala da fenolformaldehidna (FF) smola difunduje u ćelijski zid, dok polimerni metilen difenildiizocijanatna (pMDI) smola to ne čini. • Metoda nanoutiskivanja je pokazala da su ćelijski zidovi impregnisani FF smolom imali veću tvrdoću i modul elastičnosti u odnosu na ćelijske zidove bez FF smole. • Kod ćelijskih zidova u slučaju tretmana sa pMDI smolom nije bilo značajnih razlika.

  46. Tehnika utiskivanja • Pri lepljenju FF smolom nađeno je da tvrdoća i modul elastičnosti opadaju u finkciji rastojanja od linije lepljenja, sve do 100 μm, kada svojstva ćelijskog zida postaju slična onima kod nemodifikovanog ćelijskog zida. • Usled toga što pMDI nije penetrirao ili modifikovao ćelijski zid, mehanička svojstva ostaju konstantna i pri različitim razmacima od linije lepljenja. • Ovo istraživanje ukazuje da se nanoutiskivanje može upotrebiti za određivanje svojstava u zoni lepljenja, a da razvoj budućih proizvoda treba usmeriti ka podešavanju mehaničkih svojstava u blizini linije lepljenja kako bi se poboljšala izdržljivost lepljene veze.

  47. Tehnika utiskivanja • Primena nanoutiskivanja na drvetu praktično je još u svojoj ranoj fazi. • Istraživanja su jasno ukazala na potencijal primene metode nanoutiskivanja u oblasti proizvoda na bazi drveta. • Nanoutiskivanjem se mogu istražiti: • interakcije između celuloze, hemiceluloze i lignina, • promene mehaničkih svojstava tokom početnog truljenja što vodi ka razvoju boljih sistema zaštite. • mehaničke degradacije usled fotodegradacije lignoceluloznog materijala koju uzrokujeinterakcija ultraljubičaste radijacije i kratkotalasne vidljive svetlostiu cilju razvoja foto-otpornih površina. • Kako hemisjke reakcije tokom modifikacije menjaju mehaničke interakcije celuloze, hemiceluloze i lignina, u cilju razvoja novih hemijskih tretmana

  48. Tehnika utiskivanja • Budući rad • Nanoutiskivanje na drvetu zahteva poboljšanje same tehnike, analize podataka, pripreme uzoraka (ultra-glatke površinesu neophodne za nanoutiskivanje), dizajna utiskivača , tehnike primene opterećenja (utiskivanja), u kombinaciji sa poboljšanom interpretacijom napon-otklon krive. • Ovo će omogićiti povećanu tačnost u odnosu na: 1) vremenski zavisne deformacije (viskoelastičnost, tečenje); 2) merenja svojstava loma i 3) uticaje anizotropnosti ultrastrukture unutar zone interakcije na merena svojstva.

  49. Tehnika utiskivanja Posebno zanimljivo područje je istraživanje novih vrsta nanokompozita. Dodaci neorganskih punioca (oksida) nanodimenzija (< 100 nm) u polimere izazivaju sasvim nove efekte u strukturi. Istraživanja u tom smeru imala bi za cilj dobijanje novih vrsta hibridnih kompozita. Primer za to su: dodaci posebnih vrsta glina raspršenih u slojevima u polimernu matricu pri čemu se postiže nepropusnost za vodu i kiseonik.

  50. Tehnika utiskivanja “PAMETNI” MATERIJALI Podpojmom“pametni”mislisenamaterijalekojiprepoznajućiokolneuslove (temperaturu, mehaničko naprezanje, hmijsko delovanje, električno ili magnetno polje, svetlost i dr.) mjenjaju svoju mikrostrukturu i svojstva.

More Related