Ahşap sandviç panel ve laminat parke üretiminde nanopartikül kullanımı ve teknolojik özellikler üzerine etkisi
Nanoparticles use in manufacture of wood-based sandwich panels and laminate flooring and its effects on technological properties
Yazar: ZEKİ CANDAN
Danışman: PROF. DR. TURGAY AKBULUT
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Orman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Odun Mekaniği ve Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Ahşap levha = Wooden panel ; Fiziksel özellikler = Physical properties ; Formaldehit = Formaldehyde ; Kompozit paneller = Composite panels ; Kompozitler = Composites ; Laminat parke = Laminated floor ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Sandviç yapı elemanları = Sandwich structure elements ; Yanma dayanımı = Combustion resistance

Özet:
Bu tez çalışmasının temel amacı, nanopartiküller ile ahşap sandviç panellerin ve laminat parkenin güçlendirilmesi; elde edilen yeni malzemelerin fiziksel, mekanik, yanma ve formaldehit emisyonu özellikleri üzerine nanopartiküllerin etkilerinin tespit edilmesidir.Ahşap sandviç levhalar ve laminat parkeler, ahşap kompozit ürünler arasında yer almaktadır. Hafif olmalarına karşın yeterli direnç özelliklerine sahip olan sandviç levhalar genellikle mobilya endüstrisinde, dekorasyonda, mimari uygulamalar ve ulaştırma araçlarının üretiminde kullanılmaktadır. Laminat parke ise konut ve işyerlerinde yer döşemesi olarak kullanılmaktadır. Her iki kompozit ürünün üretimi ve kullanımı hızla artmaktadır. Fakat kullanım yerinde bazı dezavantajlar söz konusudur. Bunlar; rutubetli ortamlarda bulunması veya direkt olarak suyla temas etmesi durumunda boyutlarındaki değişiklikler; sağlığa zararlı olan formaldehit gazını yaymaları, çizilme-aşınma etkilerine maruz kalmaları ve yanmaya karşı direncinin zayıf olmasıdır.Nanoteknoloji, dünyada kullanılan mevcut malzemeler ve üretim süreçleri bakımından birçok bilim adamı tarafından bir teknoloji devrimi olarak tanımlanmaktadır. Yukarıda bahsedilen olumsuz özellikleri iyileştirmek ve mukavemet değerlerini yükseltmek için sandviç levhaların ve laminat parkenin üretiminde nanoteknolojinin kullanımı, büyük bir öneme sahip bulunmakta ve yüksek özgün değer taşımaktadır.Araştırma kapsamında üre formaldehit tutkalı ve melamin üre formaldehit tutkalı nano-silisyumdioksit, nano-alüminyum oksit ve nano-çinko oksit ile güçlendirilmiştir. Bu tutkalların kullanılması suretiyle yüzey levhaları kontrplak ve yongalevha olan sandviç levhalar ile laminat parkeler üretilmiştir.Nanomalzemeler ile güçlendirilerek üretilen bu malzemelerde yoğunluk, suda bekletme sonucu kalınlığına şişme miktarı, su alma miktarı, eğilme direnci, eğilmede elastikiyet modülü, yapışma direnci, vida tutma mukavemeti, aşınma direnci, çizilme direnci, yanma direnci ve formaldehit emisyonu özellikleri ilgili ulusal ve uluslararası standartlara göre tespit edilmiştir. Elde edilen bütün sonuçların istatistik analizleri yapılarak değerlendirilmiştir. Bu amaçla iki yönlü ANOVA analizi yapılmıştır. Böylece sandviç levhaların ve laminat parkelerin fiziksel, mekanik, yanma ve formaldehit emisyonu üzerine nanomalzeme çeşidi ve nanomalzeme kullanım oranının etkileri ortaya konmuştur.Yapılan test ve analizler sonucunda edilen verilere göre nanobilimin temelinde nanoteknolojik imkanların kullanılması ile son kullanım performansı iyileştirilmiş sandviç levhalar ve laminat parkeler üretilmiştir. Bunlar arasında özellikle boyutsal stabilizasyon, yapışma direnci, çizilme direnci, formaldehit emisyonu ve yanma direnci gelmektedir. Nanobilim ve nanoteknoloji genel olarak orman ürünleri endüstrisi için önemli olanaklar sunmaktadır.NanoSiO2 ile nanoAl2O3'in düşük oranlarda kullanılması suretiyle yüzeyleri kontrplak olan sandviç levhaların kalınlığına şişme miktarında maksimum azalma sağlanmıştır. Kontrplaktan yapılan sandviç levhalarda en yüksek mekanik özellikler, nanoAl2O3'in yüksek oranda kullanılmasıyla elde edilmiştir. Yüzeyleri yongalevha olan sandviç levhaların mekanik özelliklerindeki maksimum iyileşmeler, nanoSiO2 ile nanoAl2O3'in düşük oranlarda kullanılmasıyla elde edilmiştir. Laminat parkelerin çizilme direncindeki maksimum artış, nanoZnO'in yüksek oranda kullanımı ile sağlanmıştır. NanoZnO ve nanoAl2O3'in uygun oranlarda kullanılması ile sandviç levhaların ve laminat parkelerin formaldehit emisyonu değerlerinde önemli azalmalar görülmüştür. Sandviç levhaların yanma direncindeki maksimum iyileşme, nanoSiO2 ile nanoAl2O3'in belirli oranlarda kullanımı ile sağlanmıştır.Nanopartiküllerin kullanımı ile ahşap sandviç levha ve laminat parkelerin çeşitli kullanım yerlerindeki performansları artacak; insan sağlığı için daha uygun ürünler elde edilebilecek ve böylece masif ahşap malzeme yerine bu ürünlerin kullanımı hammadde kaynaklarının sürdürülebilir kullanımına katkı sağlayacaktır.

Abstract:
Major goal of this PhD thesis is to reinforce wood-based sandwich panels and laminate flooring with nanoparticles; to evaluate the effects of the nanoparticles on the physical, mechanical, fire, and formaldehyde emission properties of the composite materials.Sandwich panels and laminate flooring are wood composites products. Sandwich panels having sufficient strength while its lightweight structure are widely used in manufacture of furniture, decoration, architectural applications, and transportation vehicle (automobile, ship, and aircraft). Laminate flooring is used for flooring materials in residential or non-residential applications.Production capacity and using area of these composite materials are increasing year by year. Some disadvantageous such as dimensional changes due by moisture uptake, formaldehyde emission which is dangerous for human health, exposing to scratch and abrasion effects and flammability are available in applications.Nanotechnology has been identified as a technological revolution by scientists from all over the world. To overcome these disadvantageous and to improve mechanical properties, use of nanotechnology in manufacture of sandwich panels and laminate flooring is of a great importance and novelty.Urea formaldehyde and melamine urea formaldehyde were reinforced with nanosilica, nanoalumina, and nanozinc oxide. After that sandwich panels from plywood or particleboard panels and laminate flooring materials were produced using the modified resin.Density, thickness swelling, water absorption, modulus of rupture, modulus of elasticity, bonding strength, screw holding strength, abrasion strength, scratch resistance, fire resistance, and free formaldehyde amount of the sandwich panels and laminate flooring reinforced with nanomaterials were determined according to national or international standards.Raw data obtained in the experiments was statistically analyzed with two-way ANOVA. Thus effects of nanomaterials type and its using ratio on the composite materials were obtained.The results obtained in this thesis showed that sandwich panels and laminate flooring having enhanced bonding quality, higher dimensional stability, higher fire resistance, lower formaldehyde emission, and higher scratch resistance could be produced using nanomaterial reinforcement technique. Nanoscience and nanotechnology offer some important opportunities for forest products industry.Using nanoSiO2 or nanoAl2O3 at a lower loading level, maximum decreasing in the thickness swelling values of the sandwich panels made from plywood panels were obtained. The highest mechanical properties in the sandwich panels made from plywood panels were acquired with nanoAl2O3 (3%) while the highest mechanical properties in the sandwich panels made from particleboard panels were acquired using lower loading level of nanoSiO2 or nanoAl2O3. The laminate flooring reinforced with higher level nanoZnO had the highest scratch resistance value. The formaldehyde emission values of the sandwich panels and laminate flooring significantly decreased when nanoZnO or nanoAl2O3 were used at a proper rate. The highest fire resistance was determined in the sandwich panels reinforced with nanoSiO2 or nanoAl2O3 at a proper loading level.Use and production of sandwich panels and laminate flooring materials should be encouraged. Improving end-use properties of the composites by nanoparticles will enhance its performance properties; they will become more useful products for human health; it will provide sustainable use of raw materials.