پیشنهادهای ارائه شده، روی تحقیق و توسعه فناورینانو در زمینههای تولیدات چوبی، خمیر (Pulp)، كاغذ، تخته و كاربردهای جدید رشتههای سلولزی تمركز دارند. دیدگاههای موجود در این زمینه شامل بهبود كارایی تولیدات غیر متعارف، پالایش هرچه بیشتر محصولات برای عملكرد بهتر و به دست آوردن صفحات رشتهای جدید و دستیابی به مواد و بستهبندیهای جدید است. با تمركز بر كاربردهای كوتاه مدت فناورینانو در زمینه تولیدات چوبی، پیشنهادهای زیر جهت تحقیق و توسعه ارائه شد: تحقیقات اكتشافی در نانوساختارهای چوب و خمیر؛ ساختارهای مهم شامل سیستم متخلخل دیواره فیبر؛ سازماندهی و توزیع اجزای دیواره فیبر؛ اصلاح آنزیمی اجزای فیبر؛ اصلاحات فیزیكی و شیمیایی اجزای بافت شامل افزودن و اصلاح سیستم متخلخل دیواره فیبر؛ تحقیق و توسعه اكتشافی با هدف بهرهبرداری صنعتی از نانوالیاف سلولزی ؛ اصلاح شیمیایی الیاف سلولزی؛ فرآیندهای تجمیع و توزیع؛ اندازهگیری خواص مقاومتی و شبكهای الیاف در كاغذ و خمیرسازی؛ كاربرد الیاف سلولزی و خاك رس لایهبندی شده در نانوكامپوزیتها به منظور ایجاد حفاظهای آب، نفت و گاز؛ تحقیق و توسعه اكتشافی برای اصلاح سطوح در الیاف چوبی و سلولزی؛ روشهای چند لایه ای پلیالكترولیتی؛ خودآرایی پلی ساكاریدها و مشتقات پلیساكاریدی؛ پیوندهای سطحی پلیمرها؛ بلوكه كردن پلیمرها با هدف اصلاح سطوح. بنابر فرصتها و چالشهایی كه فناورینانو پیش روی ما قرار داده است، ایجاد یك شبكه هدفمند در صنعت محصولات چوبی، متشكل از دانشمندان و سایر اعضای این صنعت بسیار به جا به نظر میرسد. پیدایش فناوریهای جدید در زمینه توصیف ویژگیهای منحصربه فرد ساختمان الیاف در مقیاس نانو، فرصتهای بسیاری برای ما ایجاد نموده است. در هر حال، تجهیزات علمی مورد نیاز برای دستیابی به نتایج مطلوب، بسیار گران بوده و كار با آنها نیاز به افرادی با تخصص بالا دارد و اینگونه موارد محدودیتهایی را در مسیر دستیابی به اهداف تعیین شده به وجود میآورد.
معمولاً مقاومت چوبهای اروپایی كمتر از انواع غیر اروپایی است، لذا این چوب ها به افزایش مقاومت نیاز دارند. برای این منظور اغلب اصلاحات ظاهری از قبیل روكشدهی با مواد شیمیایی انجام میگیرد، اما برخی از روشهای اصلاحی متعارف، با محیط زیست سازگار نیستند و حتی اثرات سمی دارند. به همین دلیل نیاز مبرم به كشف روشهای جدید و زیست سازگار برای اصلاح و بهبود ویژگیهای عملكردی چوب، احساس میشود. چوبهایی كه با استفاده از فناورینانو تولید میشوند بسیار مستحكمتر و سختتر از محصولات روشهای سنتی خواهند بود. اگر چه ممكن است كامپوزیتهای چوبی، دارای برخی محدودیتهای عملكردی باشند اما اصلاح آنها آسان است. از جمله ویژگیهایی كه با استفاده از فناورینانو افزایش مییابد پایداری در برابر رطوبت، اشعه فرابنفش، فساد میكروبی و انواع ویژگیهای ظاهری از قبیل سختی و مقاومت در برابر آتش است. سطوح چوب جامد و كامپوزیتهای چوبی همواره در معرض فرسایش بهوسیله نور (مانند اشعه فرابنفش) و رطوبت است و در برابر این دو عامل بسیار آسیبپذیر است. بنابراین حفاظت از مواد چوبی، با استفاده از روكشهای غیر شفاف و یا نیمه شفاف ابداع گردید؛ اما این روش موجب حذف زیباییهای ظاهری چوب میشود، در صورتی كه مصرفكنندگان مایلند توأماً از دوام بالا و زیبایی ظاهری برخوردار باشند. یك راه حل این مشكل میتواند استفاده از روش اصلاح ظاهری شفاف باشد. عملكرد در برابر آتش نیز یكی از عوامل كاهش كاربرد محصولات چوبی است. دستیابی به عملكرد پیشرفتهترمحصولات چوبی در برابر آتش نیز كار مشكلی نیست. بسیاری از بازدارندههای آتش كه هماكنون مورد استفاده قرار میگیرند، در كاهش پارامترهای مختلف عكسالعمل چوب در برابر آتش از جمله قابلیت اشتعال، پخش حرارت و گسترش شعله مؤثرند. عملكرد چوب در برابر آتش میتواند تا حد عملكرد پشمهای معدنی و صفحات فولادی افزایش یابد. هر چند بسیاری از این اصلاحات ممكن است روی سایر ویژگیهای چوب نیز تأثیر گذار باشند، به هر حال دوام بالای چوب در برابر آتش میتواند با استفاده از روشهای متداول حفاظت از چوب در برابر پوسیدگیهای زیستی به دست آید. ایجاد رفتار بازدارندگی در برابر آتش در چوب (FRT) ، اغلب موجب افزایش نفوذپذیری در برابر رطوبت، تغییر رنگ و یا فساد تدریجی چوب میشود. همچنین اینگونه اصلاحات میتواند موجب كاهش دوام چوب، به ویژه در كاربردهای بیرونی، كاهش استحكام مكانیكی و مقاوم شدن در برابر چسب و رنگ شود، در صورتی كه عمدهترین كاربرد چوبهای اصلاحشده با خاصیت بازدارندگی آتش، در مصارف بیرونی است. زمانی كه چوب اصلاح شده در معرض رطوبت زیاد قرار گیرد، ممكن است مواد شیمیایی بازدارنده آتش به سطح چوب منتقل و در نهایت شسته شده و به كلی از چوب خارج شوند. حتی با میزان اندكی رطوبت، در حد رطوبت داخلی، عملكرد حفاظتی چوب در برابر آتش ممكن است رو به زوال بگذارد، زیرا مواد شیمیایی بازدارنده آتش از قسمتهای فوقانی چوب به سمت قسمتهای عمیق با غلظت كمتر حركت كرده، قابلیت اشتعال محصولات افزایش مییابد. چالشها بهبود ویژگیهای عملكردی چوب و همزمان با آن، حفظ جنبههای زیبایی ظاهری محصولات چوبی جامد؛ امكانهای جدید به منظور غلبه بر ویژگیهایی از چوب كه موجب نامرغوبی آن میشود مانند: نفوذپذیری در برابر رطوبت؛ پوسیدگی میكروبی؛ پوسیدگی در اثر حرارت؛ انواع جدیدی از چسبها و روكشهای سطحی با مقاومت افزایش یافته برای: شرایط متفاوت رطوبتی؛ شرایط متفاوت آب و هوایی؛ قرارگیری در معرض اشعه فرابنفش؛ تركیب محصولات چوبی با دیگر مواد مورد كاربرد در فناوریهای جدید؛ بهبود عملكرد چوب در برابر آتش به منظور حفظ خواص عملكردی ذاتی چوب، اثرات اكوسیستمی و نیز تقویت منابع مواد خام تجدید پذیر؛ آزادسازی تدریجی تركیبات ضد میكروبی. فرصتهای فناورینانو محافظت در برابر اشعه فرا بنفش سطح چوب جامد در برابر عوامل مخربی مانند تابش (اشعه فرا بنفش و نور مرئی) بسیار آسیبپذیر است و عموماً نیاز به حفاظت در برابر این قبیل عوامل دارد. اصلاح سطح چوب با استفاده از نانومواد میتواند پیشرفتی غیرمنتظره و بسیار با اهمیت در راستای افزایش دوام و عملكرد، به همراه حفظ ظاهر زیبای چوب، بدون استفاده از روكش باشد. رنگدانههای معدنی مانند دیاكسید تیتانیوم (TiO2) و اكسید روی (ZnO) را معمولاً به منظور افزایش دوام شیمیایی و مكانیكی و نیز بهبود شكل ظاهری به مواد با ساختار پلیمری اضافه میكنند. با اضافه كردن تنها 5 درصد از نانوذرات دیاكسید تیتانیوم به چوب، آن را در برابر تابش فرابنفش محافظت نموده و از سرایت پوسیدگی به لایههای مختلف چوب جلوگیری میشود و علاوه بر آن ظاهر چوب را نیز زیباتر میكند. ممانعت از تكثیر میكروبها چوب و كامپوزیتهای چوبی، به ویژه در مصارف بیرونی، اغلب در معرض تهاجمات باكتریایی مانند لكههای آبی، كپكها و قارچهای نابود كننده چوب قرار دارند. جلوگیری از تماس باكتریها با سطح چوب میتواند روش مناسبی برای به حداقل رساندن تكثیر كلونیهای میكروبی و یا تشكیل كپك در چوب باشد. اصلاح سطح چوب با استفاده از نانوذرات سیلیكا، تكثیر باكتریها و كلونیهای قارچها را بهطور چشمگیری كاهش میدهد. ذرات كروی سیلیكا، با قطر در حدود 10 نانومتر، از طریق یك لایه اتصالی پلی كاتیونی و با استفاده از یك فرایند غرقآبی ساده به سطوح شیشهای متصل میشوند. از این روش میتوان برای ساخت روكشهای نانوكامپوزیتی پلیمری با خاصیت خودپالایی و حذف آلایندههای میكروبی استفاده نمود. گرچه این روش هنوز در چوب جامد استفاده نشده است، اما تحقیقات در زمینه بررسی روشهای پیشنیاز برای استفاده رایج از نانوذرات و یا آرایش آنها درون دیوارههای سلولی چوب، ادامه دارد. آزادسازی تدریجی تركیبات با اهمیت نانوذرات توان آزادسازی مداوم آفتكشها و قارچكشها در یك ساختار پلیمری را نیز دارند. این روش كه در آن قارچكشها و آفتكشها را بهصورت كپسولهایی درون روكش قرار میدهند، به منظور آزادسازی زمانبندی شده ابداع شده است. ساختارهای میكروحفرهای ساخته شده از نانوذرات دیاكسید تیتانیوم نقش بسیار كلیدی در سازوكارهای آزادسازی مرحلهای به عهده دارند. پوششهای دارای این ذرات در برابر نفوذ و تكثیر جلبكها نفوذناپذیرند. نگهداری چوب استفاده از Timber- كه یك پارچه تلقیح شده با مس، كروم و آرسنیك است- برای مصارف مسكونی ممنوع شده است و صنعت تولیدكننده آن برای یافتن جایگزینی برای آن تلاش میكند. نشانههای بسیاری مبنی بر توانایی فناورینانو در تولید محصولات مؤثرتر، با دوام تر و با خواص ضد میكروبی به ویژه برای مصارف خارجی (Out door) وجود دارد. با استفاده از روشهای اشباع مناسب، نانوذرات قادرند به درون ساختار چوب نفوذ كنند و این در حالی است كه تأثیر وجود نانوذراتی مانند دیاكسید تیتانیوم، اكسید روی و یا اكسید مس در نگهدارندههای چوب، در افزایش دوام چوب اثبات شده است. عملكرد در برابر آتش از نانوكامپوزیتهای مقاوم به آتش بهطور عمده در تولید پلاستیكها، استفاده شده است. همچنین از مقاومت نانوكامپوزیتها در مقابل آتش میتوان در تولید محصولات چوبی بهره برد. اما تاكنون نتایج كمی در این زمینه به دست آمده است. مؤثرترین بازدارندههای آتش نانوكامپوزیتی، ساختاری است شامل تنها یك مونومر و یا پلیمرهای منبسط شده كه میان لایههای سیلیكا قرارداده شده است. چنانچه بتوان پلاستیكها و خاك رس را طی یك فرایند مناسب به خوبی با هم مخلوط كرد، یك چنین ساختاری به آسانی ایجاد میشود. اما این روش تاكنون در تولید محصولات چوبی جامد بهكار نرفته است. با این وجود اطلاعات موجود در مورد محصولات چوبی نشان میدهد، كاهش اندازه ذرات، مقاومت به آتش را تا چند برابر افزایش میدهد. با به كارگیری فناورینانو میتوان ویژگیهای بسیار شگفتانگیزی را در محصولات به وجود آورد. به عنوان مثال نانوذرات قادرند به درون غشای سلولی نفوذ كرده، ساختاری بسیار مستحكم با احتراقپذیری كم ایجاد نمایند و بهطور همزمان خصوصیات میكروحفرهای چوب را نیز حفظ كنند. همچنین میتوان چوب را به عنوان ماتریسی برای تولید مواد سرامیكی متخلخل جدید با عملكرد بسیار بالا در برابر آتش، بهكار برد. موانع بهكارگیری فناورینانو در تولید محصولات چوبی صنعت چوب عمدتاً شامل صنایع كوچك و یا متوسط دیگری است كه اغلب توانایی سرمایهگذاری تحقیقاتی برای توسعه فناوریها و افزایش كیفیت محصولات را ندارند. این صنعت هنوز به درك مناسبی از مفهوم ارزش افزوده در ابعاد وسیع نرسیده است. در حال حاضر بیشترین بازده صنعت چوب، با استفاده از مواد تودهای حاصل میشود. بیشترین تولیدكنندگان محصولات چوبی هنوز از انتظارات و نیازهای مصرفكنندگان آگاه نیستند. به عبارت دیگر، اكثر مصرفكنندگان به استفاده از مواد كاملاً طبیعی علاقهمند هستند و هیچ حمایتی از پیشرفت محصولات با استفاده از مواد غیرطبیعی نمیكنند. تحقیقات مقدماتی مورد نیاز برای تولیدات چوبی موارد كوتاه مدت (3 سال) توسعه علوم پایه از طریق افزایش كیفیت تحقیقات؛ شناخت شرایط فیزیكی و شیمیایی به منظور نفوذ و تثبیت نانومواد در چوب جامد و ورقههای چوبی؛ توسعه روشهای آمادهسازی كامپوزیتهای غیر آلی چوبی با استفاده از فرآیندهای سلژل؛ بررسی امكان جایگزینی روشهای غیر متعارف بارورسازی چوب، با روشهای مبتنی بر نانومواد به منظور افزایش دوام چوب جامد؛ جستجو برای روشهای افزایش مقاومت چوب به آتش با استفاده از تكنیكهای نانومتری، كه علاوه بر افزایش عملكرد چوب در برابر آتش افزایش دوام چوب را نیز در پی داشته باشند؛ توسعه ابزارآلات ارزیابی تأثیرات اكوسیستمی روشهای پیشنهاد شده برای اصلاح چوب. موارد میان مدت (تا سال 2010) توسعه اكسیدهای فلزی با ویژگیهای بهبودیافته و با تمركز بر افزایش مقاومت چوب در برابر عوامل میكروبی و اشعه فرا بنفش؛ انتخاب اكسیدهای فلزی سازگار با محیطزیست؛ معرفی اكسیدهای فلزی مورد استفاده در دیوارههای سلولی چوب برای افزایش دوام چوب؛ اثبات تجربی مناسب بودن روشهای اصلاحی چوب در یك مقیاس بزرگتر؛ مطالعات عمیقتر در مورد تأثیرات روشهای اصلاحی پیشنهاد شده روی ویژگیهای كاركردی بنیادی چوب. موارد بلند مدت (تا سال 2020) اثبات كارایی روشها در مقیاس واقعی یا در یك واحد پایلوت؛ بهكارگیری چوب اصلاح شده نانومقیاس برای كاربردهای ساختمانسازی و یا دیگر كاربردها، از جمله كشتیسازی و خودرو سازی؛
خلاصه
كمیسیون اروپا به منظور ترسیم نقشه راه (RoadMap) تحقیق و توسعه و تشخیص پیشرفتهای جدید در حوزه فناورینانو و شناسایی زمینههای مرتبط و مناسب برای كاربردهای عملی این فناوری در بخش تولیدات چوبی، مطالعه جامعی را انجام داده است. در این مطالعه مشخص شد كه فناوری نانو با ساخت موادی با عملكرد بسیار بالا میتواند ابزاری بسیار مهم برای پیشرفت زمینههای بسیاری از جمله موارد زیر باشد: تغییر محصولات چوبی از منبع محور به دانش محور؛ پیشرفتهای غیرمنتظرة واقعی در عملكرد مواد زیستی ساخته شده از منابع چوبی؛ تغییر رویكرد از محصولات چوبی حجیم به مواد جدید بیوكامپوزیتی مناسب؛ یكپارچه نمودن SEM ها، به عنوان مثال، اجتماع تولیدكنندگان محصولات با عملكرد بالا، با فعالان صنعت چوب و كاغذ. این گزارش، شامل بخشهای مهم نقشه راه فناوری نانو در صنعت چوب اروپا است. | |