کمیسیون اروپا به منظور ترسیم نقشه راه (RoadMap) تحقیق و توسعه و تشخیص پیشرفت‌های جدید در حوزه فناوری‌نانو و شناسایی زمینه‌های مرتبط و مناسب برای کاربردهای عملی این فناوری در بخش تولیدات چوبی، مطالعه جامعی را انجام داده است. در این مطالعه مشخص شد که فناوری نانو با ساخت موادی با عملکرد 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 عملکرد مواد زیستی ساخته شده از منابع چوبی؛ تغییر رویکرد از محصولات چوبی حجیم به مواد جدید بیوکامپوزیتی مناسب؛ یکپارچه نمودن SEM ها، به عنوان مثال، اجتماع تولیدکنندگان محصولات با عملکرد بالا، با فعالان صنعت چوب و کاغذ. این گزارش، شامل بخشهای مهم نقشه راه فناوری نانو در صنعت چوب اروپا است.
خلاصه مدیریتی
شناخت و استفاده موفقیت‌آمیز از فناوری‌نانو در صنعت چوب، تولید محصولات جدید و با ارزش افزوده بسیار بالا را ممکن می‌سازد. کمیسیون اروپا به منظور ترسیم نقشه راه (RoadMap) تحقیق و توسعه و تشخیص پیشرفت‌های جدید در حوزه فناوری‌نانو و شناسایی زمینه‌های مرتبط و مناسب برای کاربردهای عملی این فناوری در بخش تولیدات چوبی، مطالعه جامعی را انجام داده است.
در این مطالعه مشخص شد که فناوری نانو با ساخت موادی با عملکرد 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 غیرمنتظره واقعی در عملکرد مواد زیستی ساخته شده از منابع چوبی؛
تغییر رویکرد از محصولات چوبی حجیم به مواد جدید بیوکامپوزیتی مناسب؛
یکپارچه نمودن SEM ها، به عنوان مثال، اجتماع تولیدکنندگان محصولات با عملکرد بالا، با فعالان صنعت چوب و کاغذ.
سازمان‌دهی نقشه راه
نقشه راه بر اساس طبقه بندی مهم‌ترین تحقیقات و توسعه‌های مورد نیاز برای رسیدن به چشم‌اندازها ترسیم شده است. عمده‌ترین موضوعات این مسیر عبارتند از:
ابزارهای تحلیلی؛
چوب و تولیدات چوبی؛
کاغذسازی و بسته‌بندی؛
مواد جدید و کامپوزیت‌ها؛
آموزش و تعلیم؛
محیط زیست، ایمنی و بهداشت.
فرایند در نظر گرفته شده برای دستیابی به این اهداف، شامل تعیین مسیر تحقیقات جدید و ابداعات فناوری‌نانو و فناوری‌های صنعتی، از طریق مطالعه انتشارات، حضور در کارگاه‌ها و کنفرانس‌های فناوری‌نانو و بازدید از مراکز فعال در این زمینه است. برای فراهم آوردن توان اولیه مورد نیاز برای نقشه راه، کارگاهی با حضور بخشهای مختلف صنعت، دولت و دانشگاه ایجاد و در آن راجع به حوزه‌ها و موضوعات اساسی فناوری‌نانو بحث شد.
پیشنهادها
پیشنهادهای ارائه شده، روی تحقیق و توسعه فناوری‌نانو در زمینه‌های تولیدات چوبی، خمیر (Pulp)، کاغذ، تخته و کاربردهای جدید رشته‌های سلولزی تمرکز دارند.
دیدگاه‌های موجود در این زمینه شامل بهبود کارایی تولیدات غیر متعارف، پالایش هرچه بیشتر محصولات برای عملکرد بهتر و به دست آوردن صفحات رشته‌ای جدید و دستیابی به مواد و بسته‌بندی‌های جدید است.
با تمرکز بر کاربردهای کوتاه مدت فناوری‌نانو در زمینه تولیدات چوبی، پیشنهادهای زیر جهت تحقیق و توسعه ارائه شد:
تحقیقات اکتشافی در نانوساختارهای چوب و خمیر؛
ساختارهای مهم شامل سیستم متخلخل دیواره فیبر؛
سازمان‌دهی و توزیع اجزای دیواره فیبر؛
اصلاح آنزیمی اجزای فیبر؛
اصلاحات فیزیکی و شیمیایی اجزای بافت شامل افزودن و اصلاح سیستم متخلخل دیواره فیبر؛
تحقیق و توسعه اکتشافی با هدف بهره‌برداری صنعتی از نانوالیاف سلولزی ؛
اصلاح شیمیایی الیاف سلولزی؛
فرآیندهای تجمیع و توزیع؛
اندازه‌گیری خواص مقاومتی و شبکه‌ای الیاف در کاغذ و خمیرسازی؛
کاربرد الیاف سلولزی و خاک رس لایه‌بندی شده در نانوکامپوزیت‌ها به منظور ایجاد حفاظ‌های آب، نفت و گاز؛
تحقیق و توسعه اکتشافی برای اصلاح سطوح در الیاف چوبی و سلولزی؛
روش‌های چند لایه ای پلی‌الکترولیتی؛
خود‌آرایی پلی ساکاریدها و مشتقات پلی‌ساکاریدی؛
پیوندهای سطحی پلیمرها؛
بلوکه کردن پلیمرها با هدف اصلاح سطوح.
بنابر فرصت‌ها و چالش‌هایی که فناوری‌نانو پیش روی ما قرار داده است، ایجاد یک شبکه هدفمند در صنعت محصولات چوبی، متشکل 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 کار با آنها نیاز به افرادی با تخصص بالا دارد و این‌گونه موارد محدودیت‌هایی را در مسیر دستیابی به اهداف تعیین شده به وجود می‌آورد.
چوب و محصولات چوبی
موقعیت کنونی
صنعت تولیدات چوبی اروپا در حال حاضر با داشتن 1.6 میلیون نفر نیروی کار، بازاری برابر 150 میلیارد یورو دارد. این صنعت در مقایسه با صنایع دیگر مانند فولاد، سیمان، کاغذ و خمیر سازی زیرمجموعه‌ای از بخش‌ها و مشاغل کوچک‌تر را در بر می‌گیرد. چوب یک ماده طبیعی با کاربردهای بسیار گسترده و قابل انطباق برای مصارف داخلی و خارجی (ساختمانی) است و این صنعت را می‌توان بر حسب نوع محصولات به صورت زیر طبقه‌بندی کرد:
وسایل منزل (55 درصد)؛
اجزای ساختمانی (15درصد)؛
Sawing، planning و impregnation (12درصد)؛
صفحات چوبی (9درصد)؛
بسته‌بندی (3درصد).
معمولاً مقاومت چوب‌های اروپایی کمتر از انواع غیر اروپایی است، لذا این چوب ها به افزایش مقاومت نیاز دارند. برای این منظور اغلب اصلاحات ظاهری از قبیل روکش‌دهی 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 کشف روش‌های جدید و زیست سازگار برای اصلاح و بهبود ویژگی‌های عملکردی چوب، احساس می‌شود.
چوب‌هایی که با استفاده از فناوری‌نانو تولید می‌شوند بسیار مستحکم‌تر و سخت‌تر از محصولات روش‌های سنتی خواهند بود. اگر چه ممکن است کامپوزیت‌های چوبی، دارای برخی محدودیت‌های عملکردی باشند اما اصلاح آنها آسان است. از جمله ویژگی‌هایی که با استفاده از فناوری‌نانو افزایش می‌یابد پایداری در برابر رطوبت، اشعه فرابنفش، فساد میکروبی و انواع ویژگی‌های ظاهری از قبیل سختی و مقاومت در برابر آتش است.
سطوح چوب جامد و کامپوزیت‌های 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 روکش‌های غیر شفاف و یا نیمه شفاف ابداع گردید؛ اما این روش موجب حذف زیبایی‌های ظاهری چوب می‌شود، در صورتی که مصرف‌کنندگان مایلند توأماً از دوام بالا و زیبایی ظاهری برخوردار باشند. یک راه حل این مشکل می‌تواند استفاده از روش اصلاح ظاهری شفاف باشد.
عملکرد در برابر آتش نیز یکی از عوامل کاهش کاربرد محصولات چوبی است. دستیابی به عملکرد پیشرفته‌ترمحصولات چوبی در برابر آتش نیز کار مشکلی نیست. بسیاری از بازدارنده‌های آتش که هم‌اکنون مورد استفاده قرار می‌گیرند، در کاهش پارامترهای مختلف عکس‌العمل چوب در برابر آتش از جمله قابلیت اشتعال، پخش حرارت و گسترش شعله مؤثرند. عملکرد چوب در برابر آتش می‌تواند تا حد عملکرد پشم‌های معدنی و صفحات فولادی افزایش یابد.
هر چند بسیاری از این اصلاحات ممکن 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 کاهش دوام چوب، به ویژه در کاربردهای بیرونی، کاهش استحکام مکانیکی و مقاوم شدن در برابر چسب و رنگ شود، در صورتی که عمده‌ترین کاربرد چوب‌های اصلاح‌شده با خاصیت بازدارندگی آتش، در مصارف بیرونی است.
زمانی که چوب اصلاح شده در معرض رطوبت زیاد قرار گیرد، ممکن است مواد شیمیایی بازدارنده آتش به سطح چوب منتقل و در نهایت شسته شده و به کلی از چوب خارج شوند. حتی با میزان اندکی رطوبت، در حد رطوبت داخلی، عملکرد حفاظتی چوب در برابر آتش ممکن است رو به زوال بگذارد، زیرا مواد شیمیایی بازدارنده آتش از قسمت‌های فوقانی چوب به سمت قسمت‌های عمیق با غلظت کمتر حرکت کرده، قابلیت اشتعال محصولات افزایش می‌یابد.
خلاصه مدیریتی
شناخت و استفاده موفقیت‌آمیز از فناوری‌نانو در صنعت چوب، تولید محصولات جدید و با ارزش افزوده بسیار بالا را ممکن می‌سازد. کمیسیون اروپا به منظور ترسیم نقشه راه (RoadMap) تحقیق و توسعه و تشخیص پیشرفت‌های جدید در حوزه فناوری‌نانو و شناسایی زمینه‌های مرتبط و مناسب برای کاربردهای عملی این فناوری در بخش تولیدات چوبی، مطالعه جامعی را انجام داده است.
در این مطالعه مشخص شد که فناوری نانو با ساخت موادی با عملکرد 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 غیرمنتظره واقعی در عملکرد مواد زیستی ساخته شده از منابع چوبی؛
تغییر رویکرد از محصولات چوبی حجیم به مواد جدید بیوکامپوزیتی مناسب؛
یکپارچه نمودن SEM ها، به عنوان مثال، اجتماع تولیدکنندگان محصولات با عملکرد بالا، با فعالان صنعت چوب و کاغذ.
سازمان‌دهی نقشه راه
نقشه راه بر اساس طبقه بندی مهم‌ترین تحقیقات و توسعه‌های مورد نیاز برای رسیدن به چشم‌اندازها ترسیم شده است. عمده‌ترین موضوعات این مسیر عبارتند از:
ابزارهای تحلیلی؛
چوب و تولیدات چوبی؛
کاغذسازی و بسته‌بندی؛
مواد جدید و کامپوزیت‌ها؛
آموزش و تعلیم؛
محیط زیست، ایمنی و بهداشت.
فرایند در نظر گرفته شده برای دستیابی به این اهداف، شامل تعیین مسیر تحقیقات جدید و ابداعات فناوری‌نانو و فناوری‌های صنعتی، از طریق مطالعه انتشارات، حضور در کارگاه‌ها و کنفرانس‌های فناوری‌نانو و بازدید از مراکز فعال در این زمینه است. برای فراهم آوردن توان اولیه مورد نیاز برای نقشه راه، کارگاهی با حضور بخشهای مختلف صنعت، دولت و دانشگاه ایجاد و در آن راجع به حوزه‌ها و موضوعات اساسی فناوری‌نانو بحث شد.
پیشنهادها
پیشنهادهای ارائه شده، روی تحقیق و توسعه فناوری‌نانو در زمینه‌های تولیدات چوبی، خمیر (Pulp)، کاغذ، تخته و کاربردهای جدید رشته‌های سلولزی تمرکز دارند.
دیدگاه‌های موجود در این زمینه شامل بهبود کارایی تولیدات غیر متعارف، پالایش هرچه بیشتر محصولات برای عملکرد بهتر و به دست آوردن صفحات رشته‌ای جدید و دستیابی به مواد و بسته‌بندی‌های جدید است.
با تمرکز بر کاربردهای کوتاه مدت فناوری‌نانو در زمینه تولیدات چوبی، پیشنهادهای زیر جهت تحقیق و توسعه ارائه شد:
تحقیقات اکتشافی در نانوساختارهای چوب و خمیر؛
ساختارهای مهم شامل سیستم متخلخل دیواره فیبر؛
سازمان‌دهی و توزیع اجزای دیواره فیبر؛
اصلاح آنزیمی اجزای فیبر؛
اصلاحات فیزیکی و شیمیایی اجزای بافت شامل افزودن و اصلاح سیستم متخلخل دیواره فیبر؛
تحقیق و توسعه اکتشافی با هدف بهره‌برداری صنعتی از نانوالیاف سلولزی ؛
اصلاح شیمیایی الیاف سلولزی؛
فرآیندهای تجمیع و توزیع؛
اندازه‌گیری خواص مقاومتی و شبکه‌ای الیاف در کاغذ و خمیرسازی؛
کاربرد الیاف سلولزی و خاک رس لایه‌بندی شده در نانوکامپوزیت‌ها به منظور ایجاد حفاظ‌های آب، نفت و گاز؛
تحقیق و توسعه اکتشافی برای اصلاح سطوح در الیاف چوبی و سلولزی؛
روش‌های چند لایه ای پلی‌الکترولیتی؛
خود‌آرایی پلی ساکاریدها و مشتقات پلی‌ساکاریدی؛
پیوندهای سطحی پلیمرها؛
بلوکه کردن پلیمرها با هدف اصلاح سطوح.
بنابر فرصت‌ها و چالش‌هایی که فناوری‌نانو پیش روی ما قرار داده است، ایجاد یک شبکه هدفمند در صنعت محصولات چوبی، متشکل 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 کار با آنها نیاز به افرادی با تخصص بالا دارد و این‌گونه موارد محدودیت‌هایی را در مسیر دستیابی به اهداف تعیین شده به وجود می‌آورد.
چوب و محصولات چوبی
موقعیت کنونی
صنعت تولیدات چوبی اروپا در حال حاضر با داشتن 1.6 میلیون نفر نیروی کار، بازاری برابر 150 میلیارد یورو دارد. این صنعت در مقایسه با صنایع دیگر مانند فولاد، سیمان، کاغذ و خمیر سازی زیرمجموعه‌ای از بخش‌ها و مشاغل کوچک‌تر را در بر می‌گیرد. چوب یک ماده طبیعی با کاربردهای بسیار گسترده و قابل انطباق برای مصارف داخلی و خارجی (ساختمانی) است و این صنعت را می‌توان بر حسب نوع محصولات به صورت زیر طبقه‌بندی کرد:
وسایل منزل (55 درصد)؛
اجزای ساختمانی (15درصد)؛
Sawing، planning و impregnation (12درصد)؛
صفحات چوبی (9درصد)؛
بسته‌بندی (3درصد).
معمولاً مقاومت چوب‌های اروپایی کمتر از انواع غیر اروپایی است، لذا این چوب ها به افزایش مقاومت نیاز دارند. برای این منظور اغلب اصلاحات ظاهری از قبیل روکش‌دهی 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 کشف روش‌های جدید و زیست سازگار برای اصلاح و بهبود ویژگی‌های عملکردی چوب، احساس می‌شود.
چوب‌هایی که با استفاده از فناوری‌نانو تولید می‌شوند بسیار مستحکم‌تر و سخت‌تر از محصولات روش‌های سنتی خواهند بود. اگر چه ممکن است کامپوزیت‌های چوبی، دارای برخی محدودیت‌های عملکردی باشند اما اصلاح آنها آسان است. از جمله ویژگی‌هایی که با استفاده از فناوری‌نانو افزایش می‌یابد پایداری در برابر رطوبت، اشعه فرابنفش، فساد میکروبی و انواع ویژگی‌های ظاهری از قبیل سختی و مقاومت در برابر آتش است.
سطوح چوب جامد و کامپوزیت‌های 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 روکش‌های غیر شفاف و یا نیمه شفاف ابداع گردید؛ اما این روش موجب حذف زیبایی‌های ظاهری چوب می‌شود، در صورتی که مصرف‌کنندگان مایلند توأماً از دوام بالا و زیبایی ظاهری برخوردار باشند. یک راه حل این مشکل می‌تواند استفاده از روش اصلاح ظاهری شفاف باشد.
عملکرد در برابر آتش نیز یکی از عوامل کاهش کاربرد محصولات چوبی است. دستیابی به عملکرد پیشرفته‌ترمحصولات چوبی در برابر آتش نیز کار مشکلی نیست. بسیاری از بازدارنده‌های آتش که هم‌اکنون مورد استفاده قرار می‌گیرند، در کاهش پارامترهای مختلف عکس‌العمل چوب در برابر آتش از جمله قابلیت اشتعال، پخش حرارت و گسترش شعله مؤثرند. عملکرد چوب در برابر آتش می‌تواند تا حد عملکرد پشم‌های معدنی و صفحات فولادی افزایش یابد.
هر چند بسیاری از این اصلاحات ممکن 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 کاهش دوام چوب، به ویژه در کاربردهای بیرونی، کاهش استحکام مکانیکی و مقاوم شدن در برابر چسب و رنگ شود، در صورتی که عمده‌ترین کاربرد چوب‌های اصلاح‌شده با خاصیت بازدارندگی آتش، در مصارف بیرونی است.
زمانی که چوب اصلاح شده در معرض رطوبت زیاد قرار گیرد، ممکن است مواد شیمیایی بازدارنده آتش به سطح چوب منتقل و در نهایت شسته شده و به کلی از چوب خارج شوند. حتی با میزان اندکی رطوبت، در حد رطوبت داخلی، عملکرد حفاظتی چوب در برابر آتش ممکن است رو به زوال بگذارد، زیرا مواد شیمیایی بازدارنده آتش از قسمت‌های فوقانی چوب به سمت قسمت‌های عمیق با غلظت کمتر حرکت کرده، قابلیت اشتعال محصولات افزایش می‌یابد.
