الخشب المعالج بالأسيتيل

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة

الخشب المُؤَسْتَل هو نوع من الأخشاب المُعَدَّلة ، يُنتَج من خلال عملية تعديل كيميائي. [ 1 ] يُنتَج هذا الخشب من تفاعل كيميائي (يُسمى الأَسْتَلَة )، يتضمن استخدام أنهيدريد الخل ، وعملية تعديل تجعل الخشب شديد المقاومة للهجمات البيولوجية من الفطريات والحشرات التي تتغذى على الخشب، ومتينًا في الظروف البيئية. [ 2 ] [ 3 ] يُعدّ الخشب المُؤَسْتَل منتجًا جديدًا في مجال علوم الأخشاب ، نتاج عقود من البحث والتجريب.

عينة من الخشب المعالج بالأسيتيل ( أكويا )

يحدث التعديل الكيميائي من خلال تفاعل بوليمرات الخشب، وخاصة مجموعات الهيدروكسيل الحرة الموجودة في اللجنين والهيميسليلوز ، دون الحاجة إلى عامل مساعد، حيث تُكوّن روابط بينها. تعمل المواد المستخدمة، مثل الأنهيدريدات، على تعديل المكونات البنيوية للخشب دون ترك أي مخلفات سامة. تمنع هذه العملية ما يقارب 80-90% من مجموعات الهيدروكسيل (-OH) من تكوين روابط هيدروجينية مع جزيئات الماء، مما يؤدي فعليًا إلى "تثبيت" جدران الخلايا بالمادة. المواد الكيميائية المستخدمة غير سامة، ويمكن إعادة تدوير الخشب المُعالج بالأسيتيل والتخلص منه دون أي قيود. [ 4 ]

يتميز الخشب المعالج بالأسيتيل بلونه الفاتح جدًا، وقد أظهرت العديد من الدراسات البحثية متانته العالية [ 5 ] وخصائصه القوية المقاومة للماء [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] . يُعد هذا الخشب مناسبًا للهياكل الخشبية الخارجية [ 5 ] ، بالإضافة إلى الأرضيات الخارجية والأسطح. يُصنع بشكل أساسي من خشب الصنوبر ( صنوبر رادياتا )، مع أن خشب الزان يُستخدم أحيانًا في هذه التقنية. يتميز الخشب المعالج بالأسيتيل بامتصاصه المنخفض للرطوبة، مما يُحسّن بشكل ملحوظ ثبات أبعاده ومرونته الطبيعية [ 9 ] .

تطوير التكنولوجيا

تم تسجيل أول براءة اختراع لأسيتلة الخشب في عام 1930 من قبل الكيميائي النمساوي هـ. سويدا. [ 10 ] وأجريت أبحاث أساسية أخرى في الولايات المتحدة في مختبر منتجات الغابات من قبل الباحثين ألفريد ج. ستام وهارولد تاركو خلال الأربعينيات. [ 11 ]

المادة الأساسية للخشب المُعالج بالأسيتيل هي الخشب الذي يحتوي على اللجنين والسليلوز. ولأن الهدف من معالجة الخشب بالأسيتيل هو إنتاج خشب متين للاستخدام الخارجي، فإن الخشب الذي يحتوي عادةً على اللجنين والسليلوز هو الخيار الأمثل. تتم عملية المعالجة عادةً باستخدام أنهيدريد الخل في مفاعلات متخصصة مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ. ونظرًا لأن أنهيدريد الخل يتحلل إلى حمض الخل عند ملامسته للماء، فإن نسبة الرطوبة في المادة الخام تؤثر بشكل كبير على استهلاك أنهيدريد الخل. لذلك، يُفضل استخدام مواد خام جافة قدر الإمكان (2-4%). ​​في الأساس، يمكن معالجة أي نوع من أنواع الخشب بالأسيتيل. ومع ذلك، نظرًا لاختلاف سلوك كل نوع من أنواع الخشب قليلاً أثناء المعالجة، يجب تعديل العملية لتناسب نوع الخشب المحدد لتحقيق خصائص المنتج المطلوبة.

عملية الإنتاج

رسم تخطيطي يوضح حجب مجموعات الهيدروكسيل الحرة بعد تفاعل الأسيتلة
مخطط أستلة السليلوز: تُستَأسَل جزئيًا مجموعات الهيدروكسيل الحمراء ( -OH ) في السليلوز (انظر أعلاه) بواسطة أنهيدريد الخل، مُكَوِّنةً مجموعات إستر، بينما يتحلل حمض الخل الناتج. وتختلف درجة الأستلة؛ فعلى سبيل المثال، تُستَأسَل مجموعتان من أصل ثلاث مجموعات هيدروكسيل لكل وحدة بنائية من الجلوكوز.

تبدأ العملية بإدخال المواد الكيميائية المتفاعلة في المواد الخام الخشبية، وحقن محلول أنهيدريد الخل. ويمكن إدخال المحلول تحت فراغ، أو ضغط زائد، أو عند الضغط الجوي .

تتضمن عملية أستلة الخشب تشريبه بمحلول أنهيدريد الخل تحت ضغط أو فراغ، ثم تسخين المحلول والخشب معًا حتى الوصول إلى درجة حرارة تقارب 120  درجة مئوية لإتمام تفاعل الأستلة بين الخشب والمادة المتفاعلة . يمكن إزالة محلول أنهيدريد الخل الزائد غير الممتص من قبل الخشب قبل أو بعد تفاعل الأستلة. لاستخلاص أنهيدريد الخل غير المتفاعل وحمض الخل الناتج من الخشب، تُجرى عملية تقطير نهائية بالماء أو البخار لضمان خلو الخشب تمامًا من أنهيدريد الخل وحمض الخل. تهدف هذه الخطوة أساسًا إلى منع انبعاث روائح حمض الخل من المنتج النهائي إلى البيئة، وهو أمر غير مرغوب فيه. يُجمع المحلول الناتج عن التجفيف والاستخلاص بالفراغ والمعالجة اللاحقة ويُفصل. تستغرق عملية الإنتاج بأكملها وقتًا طويلاً. [ 9 ]

درجة الأسيتلة

يتطلب الحصول على نتائج ناجحة تقدير درجة الأسيتلة (أي محتوى الأسيتيل) باستخدام طرق متنوعة. ويُشترط حد أدنى لدرجة الأسيتلة يتراوح بين 20% و22% للخشب عالي المقاومة. ونظرًا لأن اندماج مجموعات الأسيتيل، المشابهة لجزيئات الماء، يُسبب انتفاخ الخشب، فإن الزيادة في الحجم تُعد مؤشرًا لدرجة الأسيتلة. ومن جهة أخرى، يمكن استخدام النسبة المئوية للزيادة في الوزن، والمعروفة باسم WPG (الزيادة المئوية في الوزن)، بعد عملية الأسيتلة. كما يُتيح ذلك استخلاص استنتاجات حول كمية حمض الأكساليك اللامائي الذي يرتبط كيميائيًا بالخشب في جدران الخلايا.

تشمل المعايير الأخرى التي يمكن استخدامها لتقييم درجة الأسيتلة مقاومة التسرب المائي، والتوصيل الكهربائي، أو طرق مثل تحليل HPLC أو قياس الطيف الضوئي. [ 9 ]

جسر خشبي في هولندا، تم بناؤه باستخدام خشب الصنوبر المعالج بالأسيتيل .

الخصائص والمميزات

تُغير عملية الأسيتلة التركيب الكيميائي للخشب بشكل دائم. ويؤثر هذا التعديل الكيميائي إيجاباً على العديد من الخصائص الميكانيكية والفيزيائية، فضلاً عن مقاومة الخشب للحشرات والكائنات الدقيقة التي تُتلفه.

بحسب نوع الخشب ودرجة تعديله، ينتج عن عملية الأسيتلة عادةً تغير لون الخشب وزيادة في كثافته وصلابته. [ 12 ] وبحسب مستوى المعالجة اللاحقة، قد يكون للمنتج الخشبي النهائي رائحة حمض الخليك، متفاوتة الوضوح، ويمكن تمييزها بسهولة أثناء القطع.

امتصاص الماء

أثناء عملية الأسيتيل، تتفاعل مجموعات الهيدروكسيل المحبة للماء الموجودة في بنية البوليمر لجدران خلايا الخشب كيميائيًا لتكوين مجموعات أسيتوكسي شديدة الكراهية للماء. ونتيجة لذلك، تحد طبيعة الخشب الكارهة للماء بشكل كبير من قدرته على امتصاص الماء أو إطلاقه. وهذا يعني أن الخشب المُأسيتيل يُظهر محتوى رطوبة متوازنًا أقل بكثير مقارنةً بالخشب الطبيعي غير المُأسيتيل.

يبلغ الحد الأقصى لمحتوى الرطوبة المتوازن للخشب العادي حوالي 30% (ويُشار إليه عادةً بنقطة تشبع ألياف الخشب)، بينما يحتوي الخشب المعالج بالأسيتيل (بنسبة رطوبة 20%) على محتوى رطوبة متوازن نهائي يتراوح بين 10 و12% فقط. علاوة على ذلك، ينخفض ​​معدل امتصاص الماء بشكل كبير أثناء عملية الأسيتيل. [ 13 ]

الثبات البُعدي

يؤدي استبدال مجموعات الهيدروكسيل المحبة للماء في البنية البوليمرية لجدران خلايا الخشب، مثل السليلوز واللجنين والهيميسليلوز، بمجموعات أسيتيل كارهة للماء، إلى تحسين استقرار أبعاده. ويشير هذا إلى قدرة الخشب على الحفاظ على أبعاده في ظل الظروف المناخية المتغيرة. يتميز الخشب المعالج بالأسيتيل باستقرار أبعاد أكبر بنسبة تتراوح بين 70 و80% مقارنةً بالخشب الطبيعي غير المعالج. ونتيجةً لذلك، فإنه يعاني من تورم وانكماش أقل بكثير. [ 13 ]

المقاومة البيولوجية

يعزز الأسيتيل المقاومة البيولوجية (الطبيعية) للخشب، مما يحسن بشكل ملحوظ مقاومته للتلف الناتج عن الفطريات والحشرات وعوامل أخرى. ويؤدي خفض نسبة الرطوبة القصوى في الخشب المعالج بالأسيتيل إلى نطاق 10-20% إلى منع وصول الحد الأدنى من الرطوبة اللازمة لنمو الفطريات. إضافةً إلى ذلك، تتغير البنية الجزيئية لجدار الخلية، الذي تتحلل بسهولة بفعل الفطريات، مع الأسيتيل، بحيث لا تستطيع الخيوط الفطرية اختراق جدار الخلية المسامي وتفكيكه.

مقاومة العوامل الجوية

يمكن حماية أنواع مختلفة من الأخشاب بشكل كامل من العفن البني أو الأبيض أو العفن الطري من خلال عملية الأسيتلة، ورفع مستوى مقاومتها إلى أعلى فئة، وهي الفئة الأولى، مثل الأنواع الاستوائية شديدة التحمل كخشب الساج، وخشب الميرباو، وخشب الأزوبي، وخشب الإيروكو. كما تُحسّن عملية الأسيتلة مقاومة الخشب للتلف الناتج عن البكتيريا والنمل الأبيض. [ 13 ]

مقاومة الظروف البيئية

عينات من الخشب المعالج بالأسيتيل والتي خضعت لاختبار التربة لمدة 10 سنوات.

إضافةً إلى تعفن الخشب الناتج عن الفطريات، يتعرض الخشب المعرض لأشعة الشمس والأمطار والبرد والثلوج لتحلل ضوئي كيميائي وتحلل تدريجي. فعلى سطح الخشب المعرض لأشعة الشمس، تتكون ببطء وتدريجياً نواتج تحلل ذات وزن جزيئي منخفض نتيجة تفاعلات الأكسدة الضوئية، والتي يحفزها في المقام الأول الإشعاع فوق البنفسجي. وتُغسل هذه النواتج بمرور الوقت بفعل المطر، مما يؤدي إما إلى تبييض الخشب وتغير في بنيته السطحية أو ظهور بقع داكنة موضعية.

نظرًا لأن الخشب المعالج بالأسيتيل يحتوي على نسبة رطوبة متوازنة أقل بكثير من الخشب غير المعالج، فإن نواتج التحلل تُغسل ببطء أكبر. بالإضافة إلى ذلك، يحدث التحلل الضوئي التأكسدي لبوليمرات الخشب المعالج بالأسيتيل ببطء أكبر. لا يمكن للأسيتيل إيقاف عملية التحلل الكيميائي الضوئي في الخشب، ولكنه يُبطئها بشكل ملحوظ. [ 13 ] وقد أظهرت الأبحاث الحديثة أن أفضل طريقة لمعالجة الخشب المعالج بالأسيتيل هي استخدام مواد تشطيب السطح أو حتى الدهانات. [ 14 ]

المنتجين الصناعيين

لم تُكلل المحاولات الأولى لتوسيع نطاق العملية خلال عقدي الستينيات والسبعينيات بالنجاح. إلا أن عالم الأخشاب، الدكتور هولجر ميليتز، وزملاؤه الباحثون، أنشأوا خلال التسعينيات في شركة SHR بهولندا، أول محطة تجريبية ناجحة. وبذلك، أدى ذلك إلى توسيع نطاق عملية الأسيتلة.

بعد ذلك، أصبحت شركة "أكسيس تكنولوجيز" (Accsys Technologies)، ومقرها لندن (وكانت تُعرف سابقًا باسم "تايتان وود")، الشركة الصناعية الوحيدة التي تُنتج الخشب المُعالج بالأسيتيل. وفي عام 2007، بدأ إنتاج هذا المنتج على نطاق أوسع باستخدام خشب الصنوبر المُشع ( Pinus radiata ) المُستورد من أستراليا ونيوزيلندا، تحت العلامة التجارية "أكويا" (Accoya) في مصانع الشركة في مدينة أرنهيم بهولندا. [ 15 ]

بدأت شركة إيستمان كيميكال إنتاج الخشب المؤستل مرة أخرى في عام 2024 في موقعها في كينغسبورت ، من خلال مشروع مشترك مع شركة أكسيس تكنولوجيز، بعد توقف دام عقدًا من الزمن عن الإنتاج لأسباب غير معروفة من عام 2014 إلى عام 2024. [ 3 ] [ 16 ]

أنواع الخشب المعدل

  • الخشب المعالج بالفورفوريل ( الكيبوني )، والذي يُنتج أيضًا من صنوبر رادياتا، ولكنه قد يأتي أيضًا من الصنوبر الأصفر الجنوبي الأمريكي والرماد. [ 17 ]
  • الخشب المعدل حرارياً - الخشب الذي خضع لتعديل حراري في فرن دون استخدام مواد كيميائية.
  • الخشب المشبع، وهو الخشب الذي تم معالجته بالضغط باستخدام مركبات كيميائية واقية.

للمزيد من القراءة

  • روجر م. رويل : أستلة الخشب (2006) [ 10 ]
  • هولجر ميليتز : تقرير عام - الخشب المُعالج بالأسيتيل - (الأسس العلمية والتكنولوجية، المواد، الإمكانيات والحدود الاقتصادية، الوضع الحالي للتنفيذ). معهد أبحاث الغابات الجنوبي، راينلاند بالاتينات، 2011. متاح على الإنترنت على: FAWF.Wald-RLP.de، تاريخ الوصول: 6 يناير 2014، بصيغة PDF؛ 915 كيلوبايت. أولف لومان: معجم الخشب. الطبعة الرابعة. نيكول فيرلاغسغيسيلشافت، هامبورغ 2010، ISBN 978-3-86820-086-7.
  • Callum AS Hill: تعديل الخشب: العمليات الكيميائية والحرارية وغيرها. وايلي 2006، ISBN 0-470-02172-1. ** فوكس، دبليو (1928). حول معرفة اللجنين الحقيقي، أولاً: أستلة خشب التنوب. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft, 61(5)، 948–951.

مراجع

  1. ↑ ساندبرغ، ديك؛ كوتنر، أندريا ؛ مانتانيس، جورج (2017-12-01). "تقنيات تعديل الأخشاب - مراجعة" . مجلة الغابات الدولية . 10 (6): 895-908 . doi : 10.3832/ifor2380-010 . تاريخ الاسترجاع : 2023-11-08 .
  2. ↑ تصميم، كاستوس (23 يناير 2019). "الخشب المعالج بالأسيتيل، الخشب المعالج بالأسيتيل، معالجة الخشب غير السامة" . أكويا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 أكتوبر 2023 .
  3. 1 2 "دليل سبرينغر لعلوم وتكنولوجيا الأخشاب". سلسلة أدلة سبرينغر . تشام: دار نشر سبرينغر الدولية. 2023. ص 897. doi : 10.1007/978-3-030-81315-4 . ISBN  978-3-030-81314-7ISSN 2522-8692​​ 
  4. ↑ هولجر ميليتز: Übersichtsbericht - Acetyliertes Holz - (Naturwissenschaftliche und technologische Grundlagen، Materialtechnische und ökonomische Möglichkeiten und Grenzen، aktueller Stand der Umsetzung). SGD Süd-Forstliche Ver suchsanstalt Rheinland-Pfalz، 2011، تم الوصول إليه في أغسطس 2023.
  5. 1 2 مانتانيس، جورج آي .؛ ليكيديس، شارالامبوس؛ بابادوبولوس، أنطونيوس ن. (23 يوليو 2020). "متانة خشب أكويا في اختبارات الأوتاد الأرضية بعد 10 سنوات من التعرض في اليونان" . بوليمرات . 12 ( 8). MDPI AG: 1638. doi : 10.3390/polym12081638 . ISSN 2073-4360 . PMC 7465449. PMID 32717892 .   
  6. ↑ رويل، روجر م. (سبتمبر 2006). "أسيتيل الخشب - رحلة من التقنية التحليلية إلى الواقع التجاري" . مجلة منتجات الغابات . 56 (9): 4-12 .
  7. ↑ بابادوبولوس، أنطونيوس ن. (2006-04-01). "أستلة خشب الصنوبر باستخدام محفز البيريدين: تأثير الخشب العصاري الناضج مقابل الخشب اليافع" . Holz als Roh- und Werkstoff . 64 (2): 134–136 . doi : 10.1007/s00107-005-0056-x . ISSN 1436-736X . 
  8. ↑ ألفريدسن، ج؛ فلايت، ب.و؛ ميليتز، هـ (18 نوفمبر 2013). "المجلة الدولية لمنتجات الأخشاب" . المجلة الدولية لمنتجات الأخشاب . 4 (3): 137-143 . doi : 10.1179/2042645313Y.0000000034 .
  9. 1 2 3 Holger Militz: Übersichtsbericht - Acetyliertes Holz - (Naturwissenschaftliche und technologische Grundlagen, Materialtechnische und ökonomische Möglichkeiten und Grenzen, aktueller Stand der Umsetzung). SGD Süd-Forstliche Ver suchsanstalt Rheinland-Pfalz، 2011، تم استرجاعه في أغسطس 2020.
  10. 1 2 رويل، روجر م. (سبتمبر 2006). "أستلة الخشب" (ملف PDF) . منتجات الغابات . 56 (9): 4-12 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 ديسمبر 2023 .
  11. ↑ إيباخ، ريبيكا إي؛ رويل، روجر إم. (24 فبراير 2021). "مختبر منتجات الغابات التابع لدائرة الغابات بوزارة الزراعة الأمريكية: أسيتلة الخشب 1945-1966" . مجلة الغابات . 12 (3). MDPI AG: 260. doi : 10.3390/f12030260 . ISSN 1999-4907 . 
  12. ^ أولف لوهمان: هولزليكسيكون. الطبعة الرابعة. نيكول Verlagsgesellschaft، هامبورغ 2010، ISBN 978-3-86820-086-7.
  13. 1 2 3 4 هولجر ميليتز: تقرير عام - الخشب المعالج بالأسيتيل - (الأسس العلمية والتكنولوجية، الإمكانيات والقيود المادية والتقنية والاقتصادية، الوضع الحالي للتنفيذ). SGD Süd-Forstliche Versuchsanstalt Rheinland-Pfalz، 2011، تم الاطلاع عليه في أغسطس 2020.
  14. ^ 27929 PSP Accoya Verwitterung EN Cerdia PRINT (PDF) ، أكويا، 2019
  15. ↑ عملية تصنيع أكويا (باللغة الإنجليزية). في: Accoya.com
  16. ↑ "بدء الإنتاج في مصنع أكويا الجديد" . ملخص منتجات البناء | مجلة التاجر - منشور تابع لمجموعة 526 الإعلامية . 4 سبتمبر 2024. تاريخ الاطلاع: 12 نوفمبر 2024 .
  17. ↑ عملية تصنيع Kebony (باللغة الإنجليزية). في: de.Kebony.com