| تعداد نشریات | 285 |
| تعداد نشریات سازمان | 83 |
| تعداد شمارهها | 3,116 |
| تعداد مقالات | 34,697 |
| تعداد مشاهده مقاله | 49,934,980 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 80,240,979 |
بررسی عملکرد پوشش پلیاورتان پایه آب لایه نشانی شده به وسیله پوشش دهی دورانی در ضخامتهای مختلف روی چوب راش تحت کهنگی تسریع شده | ||
| تحقیقات علوم چوب و کاغذ ایران | ||
| مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 14 دی 1404 | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijwpr.2026.371631.1822 | ||
| نویسندگان | ||
| فاطمه حسن زاده فرد؛ مهدی جنوبی* ؛ پیمان احمدی | ||
| گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران. | ||
| چکیده | ||
| بیان مسئله و اهداف: پوششدهی سطح چوب نقش مهمی در افزایش دوام، پایداری ابعادی و مقاومت آن در برابر عوامل محیطی دارد. در این میان، پوششهای پلییورتان پایه آب (WBPU) بهدلیل سازگاری زیستمحیطی و عملکرد مناسب، بهعنوان جایگزینی پایدار برای سامانههای پایه حلال مورد توجه قرار گرفتهاند. با این حال، عملکرد این پوششها بهشدت تحت تأثیر روش اعمال و ضخامت فیلم قرار دارد. علیرغم اهمیت این عامل، بررسی نظاممند اثر ضخامت پوشش، بهویژه هنگام اعمال با روشهای نوین مانند روش اسپینکوتینگ ، در شرایط کهنگی تسریعشده محدود است. در پژوهش حاضر، روش اسپینکوتینگ بهعنوان رویکردی نوآورانه برای پوششدهی چوب معرفی شده و اثر ضخامتهای مختلف پوشش WBPU بر عملکرد سطحی و مکانیکی چوب راش (Fagus orientalis) ارزیابی میشود. هدف اصلی، تعیین ضخامت بهینهای است که تعادل مناسبی میان آبگریزی، چسبندگی، ثبات ظاهری و دوام در برابر کهنگی ایجاد کند. مواد و روشها: در این پژوهش، نمونههای چوب راش با استفاده از یک پوشش پلییورتان پایه آب آکریلیکی تجاری، بهروش اسپینکوتینگ و در چهار سطح (۳، ۶، ۹ و ۱۲ دور پوشش) تیمار شدند. در هر دور، سرعت چرخش ۲۰۰۰ دور بر دقیقه و زمان اعمال ۳۰ ثانیه بود. ضخامت نهایی فیلمها با استریو میکروسکوپ و پردازش تصویری اندازهگیری شد. مجموعهای جامع از آزمونهای فیزیکی و سطحی، قبل و بعد از کهنگی تسریعشده، بر روی نمونهها انجام گرفت؛ از جمله جذب آب، زبری سطح، زاویه تماس قطره آب، تغییر رنگ (ΔE) چسبندگی کششی و چسبندگی خراشی. کهنگی تسریعشده از طریق قراردهی در محفظهی دما-رطوبت انجام شد. در ادامه، برای یافتن ضخامت بهینه، از بهینهسازی چندمعیاره با استفاده از ابزار Response Optimizer نرمافزار Minitab بهرهگیری شد. نتایج: نتایج نشان داد که افزایش تعداد لایهها، ضخامت پوشش را بهصورت تقریباً خطی از ۷۵ تا ۲۸۶ میکرومتر افزایش داد. پوششهای ضخیمتر، جذب آب کمتری نشان دادند و زاویه تماس قطره آب در آنها بیش از ۹۰ درجه بود که بیانگر افزایش خاصیت آبگریزی است. پس از کهنگی، تغییر رنگ نمونهها در پوششهای ضخیمتر کاهش یافت؛ بهطوریکه تیمار ۹ دور بهترین تعادل را از نظر ثبات رنگ (84/7). زبری پایین و حفظ براقیت داشت. این تیمار همچنین بالاترین چسبندگی کششی را پیش از کهنگی (99/2 مگاپاسکال) نشان داد و پس از کهنگی نیز چسبندگی قابل توجهی حفظ شد که بیانگر اتصال بین سطحی قوی و ساختار پایدار بود. در مقابل، تیمار ۱۲ دور با وجود مقاومت رطوبتی بالاتر، افت چسبندگی قابل ملاحظهای داشت که احتمالاً ناشی از تنشهای داخلی یا ایجاد ریزترک در لایههای ضخیم بود. چسبندگی خراشی در همه تیمارها در شرایط اولیه در سطح (5B) باقی ماند، ولی در تیمارهای ضخیمتر پس از کهنگی کمی کاهش یافت. فرایند بهینهسازی چندمعیاره نشان داد که ضخامت حدود ۲۰۶ میکرومتر (مطابق با تیمار ۹ دور)، بالاترین امتیاز مطلوبیت ترکیبی (94/0) را در میان تمامی پارامترهای ارزیابیشده کسب میکند. این یافته تأیید میکند که افزایش ضخامت از یک مقدار بهینه، لزوماً بهبود عملکرد را در پی ندارد و حتی ممکن است به افت چسبندگی یا یکنواختی ظاهری بهعلت تنش مکانیکی در فرآیند خشکشدن یا طی عمر مفید منجر شود. نتیجهگیری: میتوان نتیجه گرفت که اسپینکوتینگ روشی مؤثر و نوآورانه برای اعمال پوششهای یکنواخت و با ضخامت کنترلشده پلییورتان پایه آب بر روی زیرلایههای چوبی است. ضخامت پوشش، عامل تعیینکنندهای در بهبود مقاومت رطوبتی، کیفیت سطح، ثبات رنگ و چسبندگی نهایی بهشمار میرود. ضخامت میانه در حدود ۲۱۰ میکرومتر، بهترین عملکرد ترکیبی را ارائه میدهد و برای کاربردهای عملی در مبلمان داخلی، اجزای معماری و حفاظت از آثار چوبی پیشنهاد میشود. این پژوهش مبنایی مناسب برای توسعهی سامانههای پوششدهی پایدار و مهندسیشده در صنعت چوب فراهم میآورد. | ||
| کلیدواژهها | ||
| پلیاورتان پایه آب؛ اسپینکوت؛ مقاومت چسبندگی؛ کهنگی تسریعشده؛ ضخامت لایه؛ بهینهسازی چندهدفه | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Evaluation of the Performance of Water-Based Polyurethane Coating Applied by Spin Coating at Different Thicknesses on Beech Wood under Accelerated Aging Conditions | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Fatemeh Hasanzadeh Fard؛ Mehdi Jonoobi؛ peyman ahmadi | ||
| Department of Wood and Paper Science and Technology, Faculty of Natural Resources, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| stability, and resistance to accelerated aging.Background and Objectives: Surface coating plays a crucial role in enhancing the durability, dimensional stability, and environmental resistance of wood. In this context, water-based polyurethane (WBPU) coatings have attracted increasing attention as sustainable alternatives to solvent-based systems due to their lower VOC emissions and satisfactory mechanical and aesthetic performance. However, the functional efficiency of these coatings is strongly influenced by the application method and, in particular, by coating thickness. Despite its significance, systematic investigations on the effect of coating thickness especially when applied using advanced techniques such as spin coating under aging conditions remain limited. The present study introduces spin coating as a novel approach for wood finishing and evaluates the influence of different WBPU coating thicknesses on the surface and mechanical performance of beech wood (Fagus orientalis). The main objective is to determine an optimal coating thickness that provides a balanced performance in terms of hydrophobicity, adhesion, visual stability, and resistance to accelerated aging. Materials and Methods: Beech wood specimens were coated using a commercial acrylic-based WBPU applied via spin coating at four different application levels (3, 6, 9, and 12 coating cycles). Each cycle involved a fixed spin speed of 2000 rpm and a duration of 30 seconds. The thickness of the resulting films was measured through stereomicroscopy and image analysis. A comprehensive set of physical and surface tests was conducted both before and after artificial aging, including water absorption (ASTM D5795), surface roughness (SJ-201P profilometer), dynamic water contact angle (ASTM D5946), color variation (CIE-Lab, ΔE), tensile pull-off adhesion strength (ASTM D4541), and scratch adhesion (ASTM D3359). The accelerated aging process simulated environmental degradation through a humidity-temperature chamber, allowing for the assessment of coating durability over time. In addition, multi-objective optimization using Minitab’s Response Optimizer was employed to identify the film thickness that offered the best overall functional performance. Results: Results showed a nearly linear increase in film thickness from 75 µm (3 cycles) to 286 µm (12 cycles). Thicker coatings demonstrated lower water absorption and higher contact angles exceeding 90° indicating enhanced hydrophobic properties. After aging, thicker films also showed reduced color change (ΔE), with the 9-cycle treatment presenting the best balance of aesthetic and mechanical attributes. This treatment exhibited the highest tensile adhesion strength (2.99 MPa) before aging, and it retained significant adhesion after aging, suggesting strong interfacial bonding and structural integrity. In contrast, the 12-cycle treatment, while superior in terms of water resistance, showed a noticeable drop in adhesion, potentially due to internal stresses or micro-cracks caused by excessive film thickness. Scratch adhesion remained high (5B) in all treatments before aging, but minor deterioration was observed in thicker coatings after aging. The multi-criteria optimization revealed that a film thickness of approximately 206 µm corresponding closely to the 9-cycle treatment provided the highest composite desirability score (0.94) across all evaluated parameters. This result confirms that increasing thickness beyond an optimal range does not necessarily improve overall performance and may instead compromise adhesion or visual consistency due to mechanical stress accumulation during drying or exposure. Conclusion: In conclusion, spin coating is demonstrated to be an effective and innovative method for applying uniform, controllable WBPU coatings on wooden substrates. This study confirms that coating thickness is a pivotal factor influencing water resistance, surface quality, color stability, and adhesion. An intermediate thickness (210 µm) offers the most favorable combination of performance attributes, making it suitable for practical use in interior wood products, furniture, and protective applications. The research supports the integration of spin coating into sustainable wood finishing systems and provides a foundation for further exploration of advanced coating technologies in the wood science field. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Water-based polyurethane, spin coating, pull-off adhesion, accelerated aging, film thickness, multi-objective optimization | ||
| مراجع | ||
|
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 12 |
||