ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΕΞΕΙΔΙΚΕΥΜΕΝΩΝ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΣΤΙΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΞΥΛΟΥ ΑΠΟ ΛΙΓΝΙΝΟΚΥΤΤΑΡΙΝΙΚΗ ΠΡΩΤΗ ΥΛΗ ΑΧΥΡΟΥ ΔΗΜΗΤΡΙΑΚΩΝ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΔΑΣΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΓΚΟΜΙΔΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΔΑΣΙΚΩΝ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΔΑΣΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΕΞΕΙΔΙΚΕΥΜΕΝΩΝ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΣΤΙΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΞΥΛΟΥ ΑΠΟ ΛΙΓΝΙΝΟΚΥΤΤΑΡΙΝΙΚΗ ΠΡΩΤΗ ΥΛΗ ΑΧΥΡΟΥ ΔΗΜΗΤΡΙΑΚΩΝ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΓΚΟΥΛΟΥΝΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΔΑΣΟΛΟΓΟΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2009

ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΤΗΣ ΠΑΡΟΥΣΑΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ - ΑΘΑΝΑΣΙΟΣ ΓΡΗΓΟΡΙΟΥ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΑΠΘ (ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ) - ΙΩΑΝΝΗΣ ΦΙΛΙΠΠΟΥ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΑΠΘ (ΜΕΛΟΣ) - ΙΩΑΝΝΗΣ ΜΠΑΡΜΠΟΥΤΗΣ, ΕΠΙΚ. ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΑΠΘ (ΜΕΛΟΣ) «Η έγκριση της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής από το Τμήμα Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης δεν υποδηλώνει αποδοχή των γνωμών του συγγραφέα» (Νόμος 5343/32, άρθρο 202, παρ. 2).

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Ο συγγραφέας ευχαριστεί ιδιαίτερα: Τον επιβλέποντα της παρούσας Διατριβής κ. Αθανάσιο Γρηγορίου, Καθηγητή ΑΠΘ, για την καθοριστική συμβολή του στη διεκπεραίωσή της. Τα Μέλη της Συμβουλευτικής Επιτροπής κ. Ιωάννη Φιλίππου, Καθηγητή ΑΠΘ και κ. Ιωάννη Μπαρμπούτη επίκ. Καθηγητή ΑΠΘ. Τον κ. Χαράλαμπο Λυκίδη, Διδάκτωρ ΑΠΘ, για την πολύτιμη συμβολή του. Τον κ. Κωνσταντίνο Γρηγοριάδη, Ε.Δ.Τ.Π., για τη βοήθειά του.

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ. 1 1.1 ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΗΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΜΕ ΠΡΩΤΗ ΥΛΗ ΞΥΛΟ Η ΑΛΛΕΣ ΛΙΓΝΙΝΟΚΥΤΤΑΡΙΝΙΚΕΣ ΠΡΩΤΕΣ ΥΛΕΣ. 1 1.2. ΤΟ ΑΧΥΡΟ ΔΗΜΗΤΡΙΑΚΩΝ ΩΣ ΠΡΩΤΗ ΥΛΗ ΣΤΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΜΕ ΜΟΡΦΗ ΠΛΑΚΑΣ. 5 1.2.1 Διαθέσιμες ποσότητες άχυρου...... 5 1.2.2 Μορφολογία φυτού και χημική σύσταση των επιμέρους τμημάτων... 7 1.2.3 Παραγωγή μοριοπλακών από άχυρο σίτου... 11 2. ΣΚΟΠΟΣ ΠΑΡΟΥΣΑΣ ΕΡΕΥΝΑΣ. 13 3. ΥΛΙΚΑ ΜΕΘΟΔΟΙ.. 14 3.1 ΣΥΣΚΕΥΕΣ... 14 3.2 ΠΡΩΤΕΣ ΥΛΕΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΙ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ.. 27 3.3 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ.. 31 3.4 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΜΟΡΙΟΠΛΑΚΩΝ 32 3.5 ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΕΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΜΟΡΙΟΠΛΑΚΩΝ. 39 4. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ.... 55 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ...... 66 6. ΠΕΡΙΛΗΨΗ.... 68 7. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ.. 70 8. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ.. 76 8.1 ΠΙΝΑΚΕΣ..... 76 8.2 ΣΧΗΜΑΤΑ... 77 8.3 ΕΙΚΟΝΕΣ... 78

1 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΗΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΜΕ ΠΡΩΤΗ ΥΛΗ ΞΥΛΟ Η ΑΛΛΕΣ ΛΙΓΝΙΝΟΚΥΤΤΑΡΙΝΙΚΕΣ ΠΡΩΤΕΣ ΥΛΕΣ Οι ολοένα μεταβαλλόμενες οικονομικές και περιβαλλοντικές ανάγκες της σύγχρονης κοινωνίας επιβάλλουν όλο και περισσότερο πίεση στη δασική βιομηχανία να κάνει περισσότερα με λιγότερα. Πρακτικά αυτό σημαίνει την επιδίωξη της αποδοτικότερης χρήσης και μεταποίησης της ξυλώδους ύλης και την παραγωγή μεγαλύτερου ξυλαποθέματος από μια συνεχώς μειούμενη έκταση. Η πίεση αυτή, παράλληλα με τη υιοθέτηση πιο φιλικών τεχνολογιών προς το περιβάλλον, ώθησε στη χρήση και άλλων λιγνινοκυτταρινικών πρώτων υλών εκτός του ξύλου για την παραγωγή βιομηχανικών προϊόντων. Ένας από τους τρόπους με τους οποίους ανταποκρίθηκε η βιομηχανία ξύλου σε αυτή την πρόκληση των αυξανόμενων απαιτήσεων και των μειούμενων αποθεμάτων πρώτης ύλης, ήταν η ραγδαία εξέλιξη των σύνθετων προϊόντων ξύλου. Κατά τις δεκαετίες του 50 και 60, οι βιομηχανίες σύνθετων προϊόντων ξύλου σε μορφή πλάκας (όπως η μοριοπλάκα και η ινοπλάκα) αναπτύχθηκαν ταχύτατα, διότι χρησιμοποίησαν ως πρώτη ύλη υπολείμματα πριστής ξυλείας και χαμηλότερης ποιότητας ξύλο (ξυλεία μικρών διαστάσεων). Ωστόσο, οι απαιτήσεις της κατασκευαστικής βιομηχανίας για δομικά προϊόντα ξύλου συνέχιζαν να αυξάνονται (Erwin, 1997). Έτσι, στις δεκαετίες των 70 και 80 σημειώθηκε μεγάλη ανάπτυξη στη βιομηχανία παραγωγής σύνθετων προϊόντων ξύλου για δομική χρήση, που ουσιαστικά αποτέλεσαν υποκατάστατα της πριστής και δομικής ξυλείας. Τέτοια προϊόντα ήταν η ινοπλάκα μέσης πυκνότητας (MDF : Medium Density fiberboard), η δομική πλάκα με μεγάλα ξυλοτεμαχίδια με τυχαία (WB : Waferboard) ή προσανατολισμένη (OSB : Oriented Strand Board) κατανομή τους στην επιφάνεια, η σύνθετη ξυλεία από συγκολλημένα ξυλόφυλλα (LVL : Laminated Veneer Lumber) ή από λωρίδες ξύλου (PSL : Parallel Strand Lumber) και διάφορες σύνθετοι δοκοί και ξυλοπλάκες (Εικόνα 1). Σε πολλές περιπτώσεις ως πρώτη ύλη χρησιμοποιήθηκε υποδεέστερη ποιοτικά ξυλεία, όπως αυτή της λεύκης (Glaser 1994, Lam 2001, Chapman 2006).

2 Εικόνα 1. Ταξινόμηση σύνθετων προϊόντων ξύλου με βάση την πυκνότητα και το μέγεθος των στοιχειωδών ξυλωδών τμημάτων. GLT : Glued-Laminated Timber, PW : Plywood, LVL : Laminated Veneer Lumber, PB : Particle board, LDF : Low Density Fibreboard,, HDF : High Density Fibreboard (Chapman, 2006). Ειδικότερα, η OSB (Oriented Strand Board) είναι μία ξυλοπλάκα δομικών κατασκευών, η οποία αποτελείται από μεγάλων διαστάσεων μακρόστενα ξυλοτεμαχίδια (πλανίδια) προσανατολισμένα σε ορισμένη διεύθυνση στο επίπεδο της πλάκας και συγκολλημένα με συνθετική συγκολλητική ουσία. Η OSB είναι απόγονος της Waferboard. Η OSB παράγεται ως τρίστρωμη ή πεντάστρωμη πλάκα από ξυλοτεμαχίδια μακρόστενα ονομαζόμενα strands, μήκους 75 mm, πλάτους 15-25 mm και πάχους 0,4-0,7 mm, τα οποία στις εξωτερικές στρώσεις είναι προσανατολισμένα παράλληλα, ενώ στη μεσαία στρώση κάθετα προς το μήκος της ξυλοπλάκας (Σχήμα 1).

3 Σχήμα 1 : Τρίστρωμη ξυλοπλάκα τύπου OSB (Πηγή: www.osb-info.org, 2009). Δηλαδή το προϊόν έχει παρόμοια δομή με εκείνη της αντικολλητής πλάκας (οι ίνες των διαδοχικών ξυλοφύλλων σχηματίζουν γωνία 90 ) με τη διαφορά ότι αντί των ξυλοφύλλων δομείται από μεγάλα ξυλοτεμαχίδια. Οι τεχνολογικές φάσεις βιομηχανικής παραγωγής του προϊόντος ομοιάζουν με εκείνες της κοινής μοριοπλάκας. Ως πρώτη ύλη χρησιμοποιούνται μικρής ή μέσης διαμέτρου (συνήθως περί τα 35 cm προκειμένου να διευκολυνθεί η αποφλοίωση) κωνοφόρα ή διασπορόπορα πλατύφυλλα και ως συγκολλητικές ουσίες η φαινόλη φορμαλδεΰδη (συνήθως υπό μορφή κόνεως στη βόρεια Αμερική), η μελαμίνη ουρία φαινόλη φορμαλδεΰδη και ο πολυϊσοκυανικός εστέρας (PMDI). Λόγω του μικρότερου κόστους παραγωγής (μικρότερο κόστος εργασίας λόγω μεγαλύτερου βαθμού αυτοματοποίησης, μικρότερο κόστος πρώτης ύλης ξύλου) από τη μία μεριά και από την άλλη των εφάμιλλων τεχνικών ιδιοτήτων το προϊόν ανταγωνίζεται επιτυχώς την αντικολλητή πλάκα σε πολλές χρήσεις, ενώ σε ορισμένες έχει υποκαταστήσει επίσης, και την πριστή ξυλεία. (Λυκίδης και Γρηγορίου, 2005). Η ταχεία εξέλιξη και παραγωγή των σύνθετων αυτών προϊόντων ξύλου δε θα ήταν δυνατή αν δε συνοδευόταν με την παράλληλη ανάπτυξη νέων και ποιοτικά ανώτερων σύνθετων συγκολλητικών ουσιών. Έτσι αναπτύχθηκε μια επικερδής αλληλεξάρτηση μεταξύ των σύνθετων προϊόντων ξύλου και των σύνθετων συγκολλητικών ουσιών. Όμως, ακόμη και σε χώρες με μεγάλο ξυλαπόθεμα (Η.Π.Α., Καναδάς, Ρωσία), με τις σημερινές απαιτήσεις, λαμβάνει χώρα έντονος ανταγωνισμός ακόμη και για τα ξυλώδη υπολείμματα μεταξύ της βιομηχανίας παραγωγής χαρτιού και της επεκτεινόμενης βιομηχανία παραγωγής σύνθετων προϊόντων ξύλου (Σχήμα 2). Αυτή

4 η αντιπαράθεση ώθησε στην αναζήτηση εναλλακτικών πρώτων υλών, όπως είναι τα γεωργικά υπολείμματα, τα οποία έγιναν πιο ελκυστικά για τις ξυλοβιομηχανίες (Bowyer and Stockmann, 2001). Επιπρόσθετα, η επιδίωξη ανεύρεσης υποκατάστατων της πριστής ξυλείας ενισχύθηκε και από παράγοντες όπως η ελάττωση των ανώτερα ποιοτικά ξυλαποθεμάτων, οι αυξανόμενες τιμές της στρογγύλης ξυλείας και η αυξανόμενη παγκόσμια ζήτηση για προϊόντα ξύλου (Cooper et al, 1999). Σχήμα 2. Ετήσια παγκόσμια παραγωγή μοριοπλάκας (PB), MDF και OSB. Οι διακεκομμένες ευθείες αντιστοιχούν σε εκτίμηση κατά προσέγγιση και έχουν αφετηρία τη χρονολογία έναρξης εμπορικής διάθεσης του κάθε προϊόντος. (Chapman, 2006 ) Πληθώρα ερευνών είχαν και έχουν ως αντικείμενο την αξιοποίηση των γεωργικών υπολειμμάτων για την παραγωγή χαρτοπολτού (Κούκιος 1975, Οικονομίδης 1977, Selvan et al. 1983), την κατασκευή μονωτικών υλικών (Rowell 1995a, Rowell 1995b), κλπ.. Από τις πολυάριθμες ερευνητικές εργασίες που έγιναν διεθνώς ιδίως μετά το 1960 προκύπτει ότι ορισμένες κατηγορίες λιγνινοκυτταρινικής φύσεως υπολειμμάτων γεωργικών εκμεταλλεύσεων μπορούν αυτούσια ή σε μίξη με το ξύλο διαφόρων δασικών ειδών να αξιοποιηθούν επιτυχώς στην παραγωγή ξυλοπλακών. Ένας από τους κύριους ανασταλτικούς παράγοντες που δυσχεραίνει την αξιοποίηση των υπολειμμάτων αυτών είναι η εποχιακή διαθεσιμότητά τους η οποία οδηγεί σε μακρόχρονη αποθήκευση με αποτέλεσμα την υποβάθμιση της ποιότητας τους λόγω προσβολών από μικροοργανισμούς. Το μειονέκτημα αυτό μπορεί να αντιμετωπισθεί με την οργάνωση κατάλληλων συνθηκών αποθήκευσης (αποφυγή επαφής με το έδαφος, επαρκής αερισμός κ.α.) και χρήση εντομοκτόνων και μυκητοκτόνων ουσιών.

5 Ένας άλλος παράγοντας που επιβαρύνει με πρόσθετο κόστος τη χρήση αυτών των υπολειμμάτων είναι το μικρό βάρος τους ανά χωρικό μέτρο το οποίο συνεπάγεται μεγάλα μεταφορικά έξοδα. Η σημασία του μειονεκτήματος αυτού μπορεί να μετριασθεί με αύξηση του ειδικού βάρους των υπολειμμάτων κατόπιν κατάλληλης συμπίεσης και δεματοποίησης προ της μεταφοράς τους (Νταλός, 2007). 1.2 ΤΟ ΑΧΥΡΟ ΔΗΜΗΤΡΙΑΚΩΝ ΩΣ ΠΡΩΤΗ ΥΛΗ ΣΤΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΜΕ ΜΟΡΦΗ ΠΛΑΚΑΣ 1.2.1 Διαθέσιμες ποσότητες άχυρου Σήμερα, το ενδιαφέρον όσο αφορά την πρώτη ύλη έχει μετατοπιστεί προς τις ίνες φοινικιών και τα άχυρα δημητριακών, πρώτιστα το σιτάρι και το ρύζι. Το ενδιαφέρον για τη χρησιμοποίηση του άχυρου ως πρώτη ύλη για την παραγωγή ξυλοπλακών είναι αποτέλεσμα διάφορων παραγόντων. Το άχυρο είναι μια ελκυστική πηγή ινών ή τεμαχιδίων, σε χώρες όπου τα υπάρχοντα Δάση αδυνατούν να καλύψουν τις ανάγκες σε πρώτη ύλη ξύλου των ξυλοβιομηχανιών. Υπολογίζεται ότι το κόστος συλλογής και μεταφοράς αποξηραμένου στον αγρό άχυρου είναι ίσο με 35 δολάρια ανά τόνο, ενώ του ξύλου είναι 50 δολάρια ανά τόνο (Rowell, 2003). Ένα επιπλέον πλεονέκτημα είναι η χαμηλή περιεχόμενη υγρασία, που κυμαίνεται περίπου σε 12 %. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίδεται και κατά την επιλογή και συλλογή της πρώτης ύλης, διότι η λανθασμένη χρονικά συγκομιδή επηρεάζει σε αρκετό βαθμό την ποιότητα το τελικού προϊόντος με μορφή πλάκας (Rexen, 1977). Σε διάφορες περιοχές του κόσμου, με πλεόνασμα σε άχυρο (Πίνακας 1), η χρήση του προωθείται και για περιβαλλοντικούς λόγους. Αυτό διότι η καύση του άχυρου, που ασκείται ευρέως σήμερα, δημιουργεί ατμοσφαιρική ρύπανση και είναι απαγορευμένη σε όλο και περισσότερες περιοχές. Η κατασκευή ξυλοπλακών από το άχυρο θα συνέβαλλε ευνοϊκά στο πρόβλημα απόρριψης καθώς επίσης και στη γενική ισορροπία του CO 2. Οι αγρότες μπορούν επίσης να αποκτήσουν ένα πρόσθετο εισόδημα, που είναι ένας σημαντικός παράγοντας για την προώθηση της χρήσης των άχυρων (Mantanis και Berns, 2001). Βέβαια, υπάρχουν περιοχές όπου η συγκομιδή του άχυρου δεν συνιστάται, προκειμένου να διατηρηθεί η εδαφολογική ισορροπία και να μην χαθούν πολύτιμα θρεπτικά στοιχεία με την απόληψή του.(mantanis et al., 2000, Bowyer and Stockmann 2001).

6 Επιπρόσθετα, τα γεωργικά φυτά όπως τα δημητριακά (δηλ. σιτάρι, ρύζι, κριθάρι, βρώμη, σίκαλη) καλλιεργούνται φυσικά για τη συγκομιδή σπόρων και όχι για τις ίνες και επομένως για παράδειγμα το άχυρο αποτελεί παραπροϊόν της διαδικασίας αυτής, που συνήθως χρησιμοποιείται από την κτηνοτροφία. Βέβαια, οι σύγχρονες τάσεις στη συγκομιδή, όπως η χρήση χημικών ουσιών για να περιορίσουν τα ύψη των στελεχών του άχυρου ώστε να είναι ευκολότερη και πιο παραγωγική η λήψη του κυρίως προϊόντος, που είναι οι σπόροι σιταριού, έρχονται σε αντίθεση στις απαιτήσεις εκείνων που θέλουν το άχυρο για τη κατασκευή ξυλοπλακών και πολτό χαρτιού. Ένας συμβιβασμός μπορεί να είναι απαραίτητος για να επιλύσει τα ανωτέρω, εκτός αν οι καλλιέργειες γίνονται συγκεκριμένα για βιομηχανικούς λόγους. Στα πλαίσια του συμβιβασμού αυτού, είναι πιθανό να χρειαστούν και κάποια αναθεωρήσεις των υπαρχόντων κυβερνητικών οδηγιών, που σχετίζονται με τα ανωτέρω ζητήματα. Η απόρριψη των γεωργικών αποβλήτων σε χώρους υγειονομικής ταφής ή το κάψιμο των υπολειμμάτων άχυρου έχει θεωρηθεί απαράδεκτο για περιβαλλοντικούς λόγους. Η παρούσα νομοθεσία εντός της Ευρωπαϊκής Ένωσης (Ε.Ε.) συνηγορεί προς την απαγόρευση τέτοιων πρακτικών απόρριψης (Markessini et al, 1997, Mantanis et al., 2000). Πίνακας 1. Κατ' εκτίμηση διαθεσιμότητα των υπολειμμάτων άχυρου σιταριού σε χώρες μεγάλης παραγωγής το έτος 2001 (Mantanis et al, 2005) Ήπειρος Ευρώπη Χώρα Κατ' εκτίμηση ποσότητα (έτος 2001) (εκατομμύρια μετρικοί τόνοι) Γαλλία 47.8 Ρωσία 32.3 Γερμανία 23.8 Αγγλία 19.5 Κίνα 132.0 Ινδία 79.2 Ασία Τουρκία 25.2 Πακιστάν 22.4 Ιράν 14.4 Αφρική Αίγυπτος 7.4 Η.Π.Α. 83.3 Αμερική Καναδάς 29.3 Αργεντινή 12.1 Ωκεανία Αυστραλία 26.1 Παγκόσμια 709.2

7 1.2.2 Μορφολογία φυτού και χημική σύσταση των επιμέρους τμημάτων Το σιτάρι, το κριθάρι, η βρώμη και η σίκαλη ονομάζονται χειμερινά σιτηρά και ανήκουν στην οικογένεια των αγρωστωδών. Το σιτάρι ανήκει στο γένος Triticum. Μόνον τρία από τα είδη Triticum έχουν εμπορική σημασία, τα T. aestivum (εξαπλοειδές), T. durum (τετραπλοειδές) και T. Compactum (εξαπλοειδές). Το πιο διαδεδομένο παγκοσμίως είναι το T. aestivum (μαλακό σιτάρι), ακολουθεί με μεγάλη διαφορά το T. durum (σκληρό σιτάρι), ενώ το T. compactum καλλιεργείται ελάχιστα. Το πιο διαδεδομένο είδος σιταριού παγκοσμίως είναι το μαλακό, γιατί παρουσιάζει μεγαλύτερη προσαρμοστικότητα και αντοχή στο κρύο από το σκληρό. Το σκληρό σιτάρι δίνει καλή ποιότητα σε ξηροθερμικά περιβάλλοντα (Βαγιωνά, 2007). Τα σιτηρά έχουν θυσανώδες ριζικό σύστημα που διακρίνεται σε εμβρυακό και μόνιμο. Το ύψος του φυτού κυμαίνεται από μισό έως ένα μέτρο περίπου. Το στέλεχος αποτελείται από συμπαγείς κόμβους και μεσογονάτια, τα οποία στα πρώτα στάδια ανάπτυξης είναι μικρά και οι διαδοχικοί κολεοί των φύλλων σχηματίζουν ένα ψευδοβλαστό (Εικόνα 2). Εικόνα 2. Στέλεχος σιτηρού όπου φαίνονται οι κόμβοι (γόνατα), τα μεσογονάτια διαστήματα, οι κολεοί και τα ελάσματα των φύλλων. (Πηγή : www.minagric.gr, 2009)

8 Από οφθαλμούς που βρίσκονται στους κόμβους του στελέχους σχηματίζονται νέα στελέχη παρόμοια με το αρχικό που ονομάζονται αδέλφια. Από κάθε κόμβο του στελέχους εκφύεται ένα φύλλο που αποτελείται από κολεό και έλασμα με παράλληλη νεύρωση. Στο σημείο συνένωσης κολεού και ελάσματος υπάρχει μια μεμβρανώδης εκβλάστηση που καλείται γλωσσίδα. Στη βάση της γλωσσίδας και από τις δύο πλευρές της υπάρχουν μεμβρανώδεις προεκτάσεις που καλούνται ωτία. Οι ταξιανθίες είναι στάχεις και αποτελούνται από σταχύδια. Τα σταχύδια είναι τοποθετημένα εναλλάξ πάνω σε ένα αρθρωτό άξονα, προέκταση του στελέχους, που καλείται ράχη. Κάθε σταχύδιο περιβάλλεται από ζεύγος βρακτείων φύλλων που ονομάζονται λέπυρα και αποτελείται από ένα ή περισσότερα άνθη που βρίσκονται τοποθετημένα εναλλάξ πάνω σε ένα μικρό άξονα που ονομάζεται ραχίδιο. Τα λέπυρα έχουν σχήμα λεμβοειδές ή επίμηκες και καταλήγουν σε μια αιχμή που ονομάζεται ακίδα. Κάτω από την ακίδα διακρίνεται μια αναδίπλωση του κεντρικού νεύρου του λεπύρου σε όλο το μήκος του, που ονομάζεται τρόπιδα. Σε πολλά είδη και ποικιλίες ο χιτώνας προεκτείνεται στο άκρο του και σχηματίζει μια αιχμηρή προεξοχή που ονομάζεται άγανο (Εικόνα 3). Ο καρπός είναι καρύοψη, με διαφορετικό σχήμα, υφή, μέγεθος και χρώμα ανάλογα με το γένος το είδος και την ποικιλία. (www.minagric.gr, 2009). Εικόνα 3. Σιτάρι σκληρό. (Πηγή : www.minagric.gr, 2009)

9 Από όλα τα επιμέρους τμήματα του φυτού, αυτό που πρακτικά μπορεί να αξιοποιηθεί ως πρώτη ύλη στην παραγωγή μοριοπλακών είναι το κεντρικό κυλινδρικό στέλεχος. Όλα τα άλλα τμήματα, όπως τα γόνατα (κόμποι), οι κολεοί, η εντεριώνη θα πρέπει να απομακρυνθούν. Αυτό μειώνει αρκετά την ποσότητα πρώτης ύλης, όπως φαίνεται και στον Πίνακα 2. Πίνακας 2. Κατανομή μάζας στα επιμέρους τμήματα άχυρου σίτου (Ernst et al., 1960) Επιμέρους Τμήματα Εκατοστιαίο Ποσοστό Μάζας Μεσογονάτια διαστήματα 68.5 Κολεοί 20.3 Ελάσματα 5.5 Γόνατα - Εντεριώνη 4.2 Ράχη Καρποί - Φερτές ύλες 1.5 Ακόμη και στο εναπομείναντα κεντρικό κύλινδρο, υπάρχει μια προβληματική περιοχή. Συγκεκριμένα, από την εξωτερική πλευρά του στελέχους, εντοπίζεται μία μονόστρωμη στρώση επιδερμικών κυττάρων, πλούσια σε κηρώδεις ουσίες, τα οποία βοηθούν στην αδιαβροχοποίηση του στελέχους (Σχήμα 3 - Εικόνα 4). Το ιδιόμορφο αυτό κηρώδες περιεχόμενο, αποτελεί περίπου το 1 % του συνολικού ποσοστού μάζας του φυτού (Wolcott et al., 1996). Σχήμα 3. Σχεδιάγραμμα δομής κυττάρων και κυτταρικού τοιχώματος άχυρου. Μια υδρόφοβη κηρώδης στρώση προστατεύει την εξωτερική επιφάνεια του άχυρου.(yan et al., 2004)

10 Εικόνα 4. Φωτογραφία με πολωτικό μικροσκόπιο μιας εγκάρσιας τομής άχυρου σίτου (Liu et al., 2005). Μορφολογικά, το άχυρο σίτου αποτελείται κατά 50 % από ίνες (σκληρεγχυματικές ή μη), κατά 30% από παρεγχυματικό ιστό, κατά 15% από επιδερμικά κύτταρα και κατά 5% από μέλη αγγείων. Μια τυπική ίνα άχυρου έχει μήκος 1,5 mm και διάμετρο 15 μm. Τα ξυλώδη υπολείμματα του άχυρου στο κύριο τους μέρος αποτελούνται από λιγνινοκυτταρινική ύλη που ομοιάζει ως προς τη χημική του σύσταση με αυτή του ξύλου όπως φαίνεται και ειδικότερα για το άχυρο σιταριού στον Πίνακα 3. Ωστόσο, το άχυρο περιέχει μεγαλύτερο ποσοστό κυτταρίνης και μικρότερο ποσοστό λιγνίνης από αυτό του ξύλου. Τα ποσοστά ημικυτταρινών είναι παρόμοια. Πέρα τούτου, μέσα στο ίδιο το στέλεχος του άχυρου η κατανομή των πολυσακχαριτών και της λιγνίνης διαφέρει αρκετά (Yu et al., 2006). Οι ποσότητες των χημικών συστατικών είναι πολύ διαφορετικές μεταξύ της εσωτερικής και εξωτερικής επιφάνειας του κυλινδρικού στελέχους. Η εσωτερική είναι πλούσια σε κυτταρίνη, ενώ η εξωτερική έχει περισσότερο λιγνίνη (Markessini et al., 1997- Sun et al., 1997-Rowell et al., 2000- Donaldson et al., 2001). Το άχυρο περιέχει μεγάλα ποσοστά τέφρας, ένα μεγάλο μέρος της οποίας αποτελείται από πυρίτιο (Ghaly and Al-Taweel, 1990). Το εξωτερικό τμήμα της επιδερμίδας περιέχει μικρόλιθους πυριτίου. Το πυρίτιο βρέθηκε ότι προσδίδει αντιπυρικές ιδιότητες στο άχυρο (Opel, 1992) αλλά και φθορά στα μηχανήματα κατεργασίας.

11 Πίνακας 3. Χημική σύσταση άχυρου σιταριού (Clean Washington Center, 1997). Ali et al. [1991] Aronovsky et al. [1948] Mohan et al. [1988] Utne & Hegbom [1992] Misra [1987] ΟΛΟΚΥΤΤΑΡΙΝΗ 58.5 72.9 Α-ΚΥΤΤΑΡΙΝΗ 33.7 34.8 29-35 41.6 ΗΜΙΚΥΤΤΑΡΙΝΕΣ 25.0 27.6 28.9 26-32 31.3 ΛΙΓΝΙΝΗ 16-17 20.1 23.0 16-20 20.5 ΤΕΦΡΑ 7.5-8.5 8.1 9.99 4-9 3.7 ΠΥΡΙΤΙΟ 4.5-5.5 6.3 3-7 2.0 1.2.3 Παραγωγή μοριοπλακών από άχυρο σίτου Όπως αναφέρθηκε, η χημική σύσταση των ξυλωδών υπολειμμάτων του άχυρου ομοιάζει με αυτή του ξύλου. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα η αξιοποίηση των υπολειμμάτων αυτών σε αμιγή μορφή ή σε μίξη με ξύλο να μην παρουσιάζει γενικά ιδιαίτερες δυσκολίες (Youngquist et al., 1993). Έτσι το άχυρο του σιταριού έχει αποτελέσει μια αξιόλογη πρώτη ύλη για την κατασκευή διαφόρων προϊόντων σε μορφή πλάκας, αποτελώντας ένα μελλοντικό υποκατάστατο του ξύλου για την παραγωγή μοριοπλακών (εσωτερικής και δομικής χρήσεως) και ινοπλακών (Εικόνα 5). Οικονομικές μελέτες υποστηρίζουν ότι είναι εφικτή και βιώσιμη μονάδα παραγωγής μοριοπλακών αποκλειστικά από άχυρο (Washington State University, 2001). Εικόνα 5. Μοριοπλάκα από αχυροτεμαχίδια (www.sameease.comoard, 2009)

12 Ωστόσο, η ύπαρξη υδρόφοβων κηρωδών ουσιών κυρίως στην επιδερμίδα του άχυρου, σε συνδυασμό με τη μεγάλη εναλλακτική ικανότητα (buffering capacity), δυσχεραίνει τη συγκόλληση ινών ή τεμαχιδίων άχυρου με τις συνήθεις συγκολλητικές ουσίες (ουρίας ή φαινόλης φορμαλδεΰδης). Έτσι η ποιότητα των συγκολλητικών δεσμών με τις ανωτέρω συγκολλητικές ουσίες είναι αρκετά χαμηλή (Berns and Caesar, 1999). Τα μεγάλα ποσοστά κηρωδών ουσιών γενικά δημιουργούν πρόβλημα συγκόλλησης και παρατείνουν το χρόνο συμπίεσης κατά την παραγωγή μοριοπλάκας (Dalen, 1999). Μια εναλλακτική λύση αποτελεί η χρήση πολυϊσοκυανικών εστέρων (polymeric 4-4 diphenyl-methane diisocyanate - PMDI) ως συγκολλητική ουσία (Σχήμα 4). Βέβαια κοστίζουν αρκετά περισσότερο από τις συμβατικές συγκολλητικές ουσίες και είναι πολύ πιο επικίνδυνες κατά την παραγωγή των μοριοπλακών, αλλά έχει διαπιστωθεί ότι ο συγκολλητικός δεσμός που αναπτύσσουν με τα αχυροτεμαχίδια (ή τις ίνες άχυρου) είναι πολύ ικανοποιητικός (Boquillon et al. 2003, Grigoriou 2000). Σχήμα 4. Χημική δομή πολυϊσοκυανικού εστέρα (PMDI) (Borda et al., 1999). Οι ισοκϋανικοί εστέρες αντιδρούν όχι μόνο με την περιεχόμενη υγρασία του υλικού αλλά και με τις ελεύθερες υδροξυλικές ομάδες της λιγνινοκυτταρινικής πρώτης ύλης (Rowell et al. 1981, Liu et al. 2005). Έχει διαπιστωθεί (Marcinco et al., 1995) ότι φθάνουν σε μεγαλύτερο βάθος κατά τη συγκόλληση, διαπερνώντας περισσότερο τα στρώματα κηρών και πυριτίου, σε σύγκριση μα άλλες συγκολλητικές ουσίες. Από τεχνική άποψη, το αποτέλεσμα δεν είναι απλός ένας μηχανικός δεσμός αλλά ένας ανθεκτικός, ισχυρός ανθυγροσκοπικός χημικός δεσμός, που προσδίδει στο τελικό προϊόν μεγάλη ανθυγροσκοπικότητα, μικρή διόγκωση, υψηλή αντοχή, χαμηλό ποσοστό χρήσης συγκολλητικής ουσίας και απουσία φορμαλδεΰδης (Deppe 1977, Adams 1980, Papadopoulos 1999). Περαιτέρω βελτιωτικές επεξεργασίες όπως ακετυλίωση ή υδροθερμικός

13 χειρισμός του άχυρου, βελτιώνουν τις ιδιότητές του με το να απομακρύνουν μεγάλο ποσοστό των υδρόφοβων ουσιών της επιδερμίδας, κάνοντας έτσι ευκολότερη τη συγκόλλησή του (Markessini et al. 1997, Mantanis et al. 2000, Sun et al. 2002). Επίσης, έχουν γίνει προσπάθειες παραγωγής και αξιολόγησης μοριοπλακών και ινοπλακών (Wilson 2002, Wasylciw 2001a) που είχαν σαν αποκλειστική πρώτη ύλη σχεδόν επίπεδα αχυροτεμαχίδια (προσανατολισμένα προς μια ορισμένη διεύθυνση), προερχόμενα από τη μηχανική διάρρηξη (split) του κυλινδρικού στελέχους του άχυρου (Bach, 1999). 2. ΣΚΟΠΟΣ ΠΑΡΟΥΣΑΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Στην παρούσα μελέτη επιδιώχθηκε η παραγωγή και αξιολόγηση τρίστρωμων μοριοπλακών από αχυροτεμαχίδια προσανατολισμένα σε ορισμένη διεύθυνση (στις δυο εξωτερικές στρώσεις παράλληλα μεταξύ τους και κάθετα προς εκείνα της μεσαίας στρώσης) και συγκολλημένα με πολυισοκϋανικό εστέρα (PMDI). Η αξιολόγηση περιελάμβανε τον προσδιορισμό των σχετικών μηχανικών και υγροσκοπικών ιδιοτήτων των παραγόμενων μοριοπλακών τύπου OSB και σύγκριση των τιμών τους με τις οριακές τιμές που προβλέπουν οι απαιτήσεις της σχετικής για την OSB Ευρωπαϊκής προδιαγραφής ΕΝ 300/2006 (Oriented Strand Boards (OSB) - Definitions, classification and specifications). Επιπλέον αξιολογήθηκαν η επίδραση του ποσοστού του PMDI και του μεγέθους των τεμαχιδίων άχυρου στις ιδιότητες των εργαστηριακών πλακών.

14 3. ΥΛΙΚΑ ΜΕΘΟΔΟΙ Ο προσδιορισμός των μηχανικών και υγροσκοπικών ιδιοτήτων των παραγόμενων μοριοπλακών περιελάμβανε τον προσδιορισμό της περιεχόμενης υγρασίας, της διόγκωσης μετά από εμβάπτιση 24 ωρών σε νερό (με βάση τη μεθοδολογία που καθορίζεται από την προδιαγραφή EN 317/1993), αντοχής σε στατική κάμψη (με βάση την προδιαγραφή EN 310/1993), σε εγκάρσιο (ξηρό) εφελκυσμό (με βάση την προδιαγραφή EN 319/1993), σε εγκάρσιο εφελκυσμό μετά από δίωρο βρασμό (με βάση την προδιαγραφή EN 1087-1/1995), καθώς και σε στατική κάμψη και σε εγκάρσιο εφελκυσμό μετά από τεστ κυκλικού χειρισμού (με βάση την προδιαγραφή EN 321/2001). Επίσης, διεξήχθη κλασματική ανάλυση των αχυροτεμαχιδίων (μετά το θρυμματισμό τους σε σφυρόμυλο) που αποτέλεσαν την πρώτη ύλη παραγωγής των πειραματικών μοριοπλακών, της φαινομενικής πυκνότητάς τους και το ποσοστό περιεχόμενης τέφρας (με βάση την Αμερικάνικη προδιαγραφή ASTM D1102 84/2007). 3.1 ΣΥΣΚΕΥΕΣ Τα απαιτούμενα υλικά και συσκευές που χρησιμοποιήθηκαν για τη διεξαγωγή του πειράματος ήταν τα εξής : 1. Δυο ηλεκτρονικοί ζυγοί αναλύσεως ± 0,0001 g, για τη μέτρηση του βάρους της πρώτης ύλης (άχυρου), των παραγόμενων πειραματικών δοκιμίων. Επιπλέον χρησιμοποιήθηκαν και για τον προσδιορισμό της φαινομενικής πυκνότητας (bulk density), της κλασματικής ταξινόμησης και της τέφρας (ash) του άχυρου. (Εικόνα 6). 2. Εικόνα 6. Ηλεκτρονικοί ζυγοί. Φωτογραφίες του συγγραφέα.

15 2. Ένα χειροκίνητο μικρόμετρο (μικρός βερνιέρος) αναλύσεως ± 0,01 mm και ένα ειδικό παχύμετρο, για τη μέτρηση του πάχους των δοκιμίων (Εικόνα 7). Εικόνα 7. Μικρόμετρο. Φωτογραφία του συγγραφέα. 3. Ένας κλίβανος (πυριαντήριο) ικανός για διατήρηση της θερμοκρασίας στους 103± 2 C, για τη ξήρανση των δοκιμίων με σκοπό τον προσδιορισμό της περιεχόμενης υγρασίας, αλλά και τη διεξαγωγή του τεστ κυκλικού χειρισμού και της αντοχής σε εγκάρσιο εφελκυσμό μετά από δίωρο βρασμό, καθώς και τον προσδιορισμό της τέφρας των αχυροτεμαχιδίων (Εικόνα 8). Εικόνα 8. Κλίβανος. Φωτογραφία του συγγραφέα. 4. Ένα ερμητικά κλειστό γυάλινο ξηραντήριο που εμπεριέχει κύβους CaCl 2, όπου τοποθετούνται τα δοκίμια (ή τα δοχεία που χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της τέφρας) αμέσως μετά από την εξαγωγή τους από τον κλίβανο, για την αποφυγή λανθασμένων μετρήσεων βάρους, διότι η ύπαρξη του θερμού και συνεπώς ελαφρύτερου στρώματος αέρα που δημιουργείται πάνω από την επιφάνεια του εκάστοτε ζυγιζόμενου θερμού δοκιμίου, έχει σαν συνέπεια το μετρούμενο βάρος να είναι μικρότερο από το πραγματικό (Εικόνα 9).

16 Εικόνα 9. Γυάλινο ξηραντήριο. Φωτογραφία του συγγραφέα. 5. Ένας θερμοϋγρογράφος για την καταγραφή των διακυμάνσεων της σχετικής υγρασίας του αέρα και της θερμοκρασίας στο χώρο του εργαστηρίου (Εικόνα 10). Εικόνα 10. Θερμοϋγρογράφος. Φωτογραφία του συγγραφέα. 6. Δυο τετραγωνικά γυάλινα πλαίσια, για την περιοδική εμβάπτιση δοκιμίων μέσα σε νερό κατά τη διεξαγωγή του τεστ κυκλικού χειρισμού (Εικόνα 11). Εικόνα 11. Τετραγωνικά πλαίσια (γυάλινα και μεταλλικά) και δοκίμια του τεστ κυκλικού χειρισμού. Φωτογραφία του συγγραφέα. 7. Τετραγωνικά πλαίσια και δικτυωτά πλέγματα, για την τοποθέτηση δοκιμίων διαστάσεων 50 ±1 mm x 50 ±1 mm, κατά τη διεξαγωγή του τεστ κυκλικού χειρισμού και της αντοχής σε εγκάρσιο εφελκυσμό μετά από δίωρο

17 βρασμό (τοποθέτηση των μεταλλικών πλαισίων και πλεγμάτων με τα δοκίμια, μέσα στη συσκευή υδατόλουτρου, στον καταψύκτη, στον κλίβανο και στα πληρωμένα με νερό γυάλινα τετραγωνικά πλαίσια) (Εικόνα 12). Εικόνα 12. Μεταλλικό πλαίσιο και δικτυωτό πλέγμα. Φωτογραφία του συγγραφέα 8. Ένας καταψύκτης, ικανός για τη διατήρηση της θερμοκρασίας μεταξύ της τιμής -12 0 C και -25 0 C, για την περιοδική τοποθέτηση δοκιμίων κατά τη διεξαγωγή του τεστ κυκλικού χειρισμού (Εικόνα 13). Εικόνα 13. Καταψύκτης. Φωτογραφία του συγγραφέα. 9. Γυάλινοι ράβδοι για τη στοίβαση των δοκιμίων στο χώρο του εργαστηρίου και των δοκιμίων του τεστ κυκλικού χειρισμού εντός του κλιβάνου, του καταψύκτη και των τετραγωνικών γυάλινων πλαισίων (εμβάπτιση σε νερό).

18 10. Δυο συσκευές δημιουργίας υδατόλουτρου για το βρασμό των δοκιμίων κατά τη διεξαγωγή της δοκιμής αντοχής σε εγκάρσιο εφελκυσμό μετά από δίωρο βρασμό.(εικόνα 14). Εικόνα 14. Συσκευή υδατόλουτρου (αριστερά: εξωτερική και δεξιά: εσωτερική όψη). Φωτογραφίες του συγγραφέα. 11. Ένα πυριαντήριο, ικανό για διατήρηση της θερμοκρασίας μεταξύ 580 0 C και 600 0 C, για τον προσδιορισμό της τέφρας του άχυρου (Εικόνα 15). Εικόνα 15. Πυριαντήριο (αριστερά: εξωτερική και δεξιά: εσωτερική όψη). Φωτογραφίες του συγγραφέα. 12. Πορσελάνινα δοχεία και καλύμματα, ανθεκτικά σε υψηλές θερμοκρασίες, για τον προσδιορισμό της τέφρας του άχυρου (Εικόνα 16).

19 Εικόνα 16. Πορσελάνινο δοχείο με κάλυμμα. Φωτογραφία του συγγραφέα. 13. Ένα δυναμόμετρο τύπου Shimatzu UH-300KNA, για την εφαρμογή σταδιακά αυξανόμενης δύναμης και τη μέτρηση αντοχής σε στατική κάμψη και εγκάρσιο εφελκυσμό (Εικόνα 17) Εικόνα 17.Δυναμόμετρο τύπου Shimatzu UH-300KNA. Φωτογραφίες του συγγραφέα. 14. Σύστημα θέρμανσης και ψύξης μεταλλικών ελασμάτων κατά τη συγκόλλησή τους με δοκίμια διαστάσεων 50 ±1 mm x 50 ±1 mm κατά τον προσδιορισμό αντοχής σε εγκάρσιο εφελκυσμό (Εικόνα 18). Εικόνα 18. Σύστημα θέρμανσης (αριστερά) και ψύξης (δεξιά) μεταλλικών ελασμάτων. Φωτογραφίες του συγγραφέα.

20 15. Μεταλλικά ελάσματα (και θερμοπλαστική συγκολλητική ουσία) για τη συγκόλληση δοκιμίων κατά τον προσδιορισμό αντοχής σε εγκάρσιο εφελκυσμό (Εικόνα 19). Εικόνα 19. Μεταλλικά ελάσματα συγκολλημένα με δοκίμιο διαστάσεων 50 ±1 mm x 50 ±1 mm κατά τη διεξαγωγή δοκιμής αντοχής σε εγκάρσιο εφελκυσμό στο δυναμόμετρο. Φωτογραφία του συγγραφέα. 16. Μεταλλικά κόσκινα, με οπές διαμέτρων 0.5 mm, 1 mm, 2 mm και 4 mm και δονούμενη συσκευή για την κλασματική ανάλυση του άχυρου (μετά το θρυμματισμό του) (Εικόνα 20). Εικόνα 20. Μεταλλικά κόσκινα (αριστερά) και δονούμενη συσκευή (δεξιά). Φωτογραφίες του συγγραφέα. 17. Ένας σφυρόμυλος (σπαστήρας) και ένα μεταλλικό κόσκινο με οπές περίπου σχήματος ορθογωνίου (4 mm x 20 mm) για το θρυμματισμό (και διάρρηξη του κυλινδρικού στελέχους) του άχυρου σε τεμαχίδια (Εικόνα 21).

21 Εικόνα 21. Σφυρόμυλος (αριστερά) και μεταλλικό κόσκινο(δεξιά). Φωτογραφίες του συγγραφέα. 18. Μια συσκευή τύπου Allgaier 600/3 (κίνηση σε τρεις διαστάσεις), στην οποία εφαρμόστηκαν τρία κόσκινα με οπές τετραγωνικής διατομής, διαστάσεων 0,8 mm, 1,5 mm και 3 mm, για την κλασματική ταξινόμηση των παραγόμενων αχυροτεμαχιδίων (Εικόνα 22). Εικόνα 22. Δονούμενη συσκευή τύπου Allgaier 600/3 (αριστερά) και μεταλλικά κόσκινα των 3 mm (δεξιά άνω) και 1,5 mm. (δεξιά κάτω). Φωτογραφίες του συγγραφέα.

22 19. Ένα ξηραντήριο για τη ξήρανση των αχυροτεμαχιδίων (Εικόνα 23). Εικόνα 23. Ξηραντήριο (αριστερά: εξωτερική και δεξιά: εσωτερική όψη). Φωτογραφίες του συγγραφέα. 20. Μια συσκευή προσδιορισμού της περιεχόμενης υγρασίας, για τη μέτρηση της περιεχόμενης υγρασίας του άχυρου και των παραγόμενων αχυροτεμαχιδίων μετά από θρυμματισμό (Εικόνα 24). Εικόνα 24. Συσκευή μέτρησης περιεχόμενης υγρασίας. Φωτογραφία του συγγραφέα.

23 21. Ένας αναμικτήρας με σύστημα ψεκασμού, για την ανάμιξη των αχυροτεμαχιδίων με τη συγκολλητική ουσία (Εικόνα 25). 22. Εικόνα 25. Αναμικτήρας (άνω αριστερά), δοχείο συλλογής της συγκολλητικής ουσίας (άνω δεξιά), στρόφιγγα ρύθμισης πεπιεσμένου αέρα (κάτω αριστερά) και πιστόλι ψεκασμού της συγκολλητικής ουσίας (κάτω δεξιά). Φωτογραφίες του συγγραφέα. 23. Συγκολλητική ουσία για το ψεκασμό των αχυροτεμαχιδίων στον αναμικτήρα (PMDI). 24. Σύστημα στρωμάτωσης και προσανατολισμού των αχυροτεμαχιδίων προς μια ορισμένη διεύθυνση, που περιελάμβανε ένα εξωτερικό ξύλινο πλαίσιο διαστάσεων 30,05 mm x 35,10 mm, ένα εσωτερικό πλαίσιο αλουμινίου με μεταλλικά διαχωριστικά ελάσματα, πάχους 2 mm, κάθετα προς το επίπεδο στρωμάτωσης (και ένα εναλλακτικό πλαίσιο αλουμινίου με διαφορά προσανατολισμού των τεμαχιδίων κατά 90 0 ) και ένα μηχανισμό ανύψωσης του εσωτερικού πλαισίου (Εικόνα 26).

24 Εικόνα 26. Σύστημα στρωμάτωσης προσανατολισμού τεμαχιδίων (κάτω δεξιά), εσωτερικό πλαίσιο αλουμινίου (άνω δεξιά), μεταλλικό έλασμα (κάτω αριστερά) και εξωτερικό ξύλινο πλαίσιο (άνω αριστερά). Φωτογραφίες του συγγραφέα. 25. Ένα ξύλινο κιβώτιο για την εφαρμογή προπίεσης του στρωματωμένου υλικού, μεταλλικοί οδηγοί πάχους 12 mm για την επίτευξη ομοιόμορφου πάχους κατά τη θερμή συμπίεση και αντικολλητικό χαρτί (Εικόνα 27). 26. Εικόνα 27. Ξύλινο κιβώτιο εφαρμογής προπίεσης. Φωτογραφία του συγγραφέα.

25 27. Μια μονώροφη υδραυλική θερμή πρέσα, για τη θερμή συμπίεση του στρωματωμένου υλικού (Εικόνα 28). Εικόνα 28. Θερμή μονώροφη υδραυλική θερμή πρέσα. Φωτογραφία του συγγραφέα. 28. Ένας χειροκίνητος δισκοπρίονας και μια γωνιάστρα, για την παρύφωση και κοπή των παραγόμενων μοριοπλακών σε δοκίμια διαστάσεων 50 ±1 mm x 50 ±1 mm και 320 ±1 mm x 50 ±1 mm, κατάλληλα για τον προσδιορισμό όλων των προαναφερόμενων ιδιοτήτων (Εικόνα 29). Εικόνα 29. Χειροκίνητος δισκοπρίονας. Φωτογραφία του συγγραφέα. 29. Ένα τριβείο, για τη λείανση της επιφάνειας των δοκιμίων διαστάσεων 50 ±1 mm x 50 ±1 mm, προτού της συγκόλλησης με τα μεταλλικά ελάσματα (Εικόνα 30). Εικόνα 30. Τριβείο. Φωτογραφία του συγγραφέα.

26 30. Άχυρο ως πρώτη ύλη παραγωγής μοριοπλακών (Εικόνα 31). Εικόνα 31. Άχυρο ως πρώτη ύλη παραγωγής μοριοπλακών, σε δεματοποιημένη αρχικά μορφή (άνω αριστερά), σε μορφή τεμαχιδίων μετά από θρυμματισμό (άνω δεξιά) και σε δύο κλάσματα μετά από κοσκίνισμα. Το κλάσμα αριστερά έχει πλάτος μεταξύ 1,5 mm και 3 mm και το κλάσμα δεξιά έχει πλάτος μεταξύ 0,8 mm και 1,5 mm. Φωτογραφίες του συγγραφέα. 31. Κατάλληλα διαμορφωμένα δοκίμια διαστάσεων 50 ±1 mm x 50 ±1 mm και 320 ±1 mm x 50 ±1 mm, για τον προσδιορισμό όλων των προαναφερόμενων ιδιοτήτων (Εικόνα 32).

27 Εικόνα 32. Δοκίμια για τον προσδιορισμό όλων των προαναφερόμενων ιδιοτήτων (αριστερά : δοκίμια διαστάσεων 50 ±1 mm x 50 ±1 mm δεξιά : δοκίμια διαστάσεων 320 ±1 mm x 50 ±1 mm. Φωτογραφίες του συγγραφέα. 3.2 ΠΡΩΤΕΣ ΥΛΕΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΙ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ Τα αχυροτεμαχίδια που αποτέλεσαν την πρώτη ύλη για την παραγωγή τρίστρωμων μοριοπλακών τύπου OSB, παρήχθησαν από δεμάτια άχυρου (Εικόνα 31). Τα δεμάτια (προερχόμενα από περιοχή της Θεσσαλίας), βάρους 30 Kgr περίπου το καθένα, περιείχαν άχυρο σκληρού σίτου (Triticum turgidum subsp. durum var. Simeto). Το άχυρο μετά τη συγκομιδή του σίτου, είχε αφεθεί στο χώρο συγκομιδής για να ξηρανθεί φυσικά και στη συνέχεια δεματοποιήθηκε το καλοκαίρι του 2006. Η περιεχόμενη υγρασία των αχυροτεμαχιδίων ήταν μεταξύ 9 και 11 % (Εικόνα 24). Αυτά παρήχθησαν με τη τροφοδοσία του αρχικού υλικού σε ένα σφυρόμυλο, στον οποίο προσαρτήθηκε ειδικό κόσκινο με οπές περίπου σχήματος ορθογώνιου και διαστάσεων 4 mm x 20 mm (Εικόνα 22).Πέρα του παραπάνω κόσκινου, δοκιμάστηκαν και άλλα δύο κόσκινα με κυκλικές οπές διαστάσεων 8 mm και 10 mm, αλλά η συγκριτική κλασματική ανάλυση των τριών ειδών αχυροτεμαχιδίων, απέδειξε ότι ποιοτικώς καλύτερα (πιο λεπτά και επιμήκη) αχυροτεμαχίδια παρήχθησαν με το κόσκινο διαστάσεων 4 mm x 20 mm. Η δράση του σφυρόμυλου δεν περιορίζεται μόνο στη ελάττωση του μήκους του κάθε στελέχους άχυρου, αλλά και στη διάρρηξη του κυλινδρικού στελέχους (split). Mε αυτή τη μέθοδο παράγονται λεπτά, σχεδόν επίπεδα αχυροτεμαχίδια, που αποτελούν ποιοτικά πολύ καλύτερο υλικό για την παραγωγή μοριοπλακών.

28 Έχει ήδη διαπιστωθεί (Wasylciw, 2001b) ότι η διάρρηξη του κυλινδρικού στελέχους του άχυρου και η παραγωγή τέτοιου είδους τεμαχιδίων μειώνουν το φαινόμενο μόνιμης διόγκωσης (springback) του τελικού προϊόντος και επιτρέπουν τη διαβροχή και της εσωτερικής επιφάνειας του στελέχους με συγκολλητική ουσία, με αποτέλεσμα πιο ισχυρούς συγκολλητικούς δεσμούς. Όπως αναφέρθηκε, η εσωτερική επιφάνεια είναι πλούσια σε κυτταρίνη, ενώ η εξωτερική (πέρα από το επιδερμικό υδρόφοβο στρώμα) έχει περισσότερο λιγνίνη, με αποτέλεσμα η εσωτερική να διαθέτει περισσότερες ελεύθερες υδροξυλικές ομάδες που μπορούν να αντιδράσουν με τη συγκολλητική ουσία. Επιπλέον, παράγοντας λεπτά και επιμήκη τεμαχίδια, αυξάνεται ο βαθμός λεπτομορφίας αυτών (σε σύγκριση με κυλινδρικά τεμαχίδια) και επομένως βελτιώνονται σχεδόν όλες οι ιδιότητες (κυρίως η αντοχή σε κάμψη) του τελικού προϊόντος. Όσο αφορά τις προσδιορισθείσες ιδιότητες, ο υπολογισμός της περιεχόμενης υγρασίας του αρχικού υλικού προσδιορίσθηκε από τη σχέση: όπου Υ : περιεχόμενη υγρασία (%) Μ Χ : αρχική μάζα (g) Μ 0 : απόλυτα ξηρή μάζα (g). Πέρα του προσδιορισμού της περιεχόμενης υγρασίας των τεμαχιδίων, προσδιορίστηκε, όπως αναφέρθηκε, η περιεχόμενη τέφρα, η φαινομενική πυκνότητα και ο βαθμός συμπιεστικότητας αυτών, και η κλασματική σύνθεση τους. Ο προσδιορισμός της περιεχόμενης τέφρας διεξήχθη με βάση τη μεθοδολογία που καθορίζεται από την Αμερικάνικη προδιαγραφή ASTM D1102 84/2007 (Standard Test Method for Ash in Wood). Συγκεκριμένα, παράχθηκε ποσότητα περίπου 2 g κόνης άχυρου, με τη χρήση μικρού σφυρόμυλου τύπου Wiley, διαστάσεων μικρότερων των 425 μm (κόσκινο Νο. 40). Η κόνη τοποθετήθηκε σε πορσελάνινο δοχείο (Εικόνα 16) και εισήχθη σε πυριαντήριο (Εικόνα 15), που

29 σταδιακά θερμάνθηκε μέχρι την επίτευξη θερμοκρασίας μεταξύ 580 0 C και 600 0 C. Ακολούθησε περιοδική ζύγιση του υλικού μέχρι τη σταθεροποίηση της μάζας μεταξύ δυο διαδοχικών ζυγίσεων (Εικόνα 33). Απαιτήθηκαν τρεις επαναλήψεις. Ο υπολογισμός της περιεχόμενης τέφρας προσδιορίσθηκε από τη σχέση : όπου W 1 : βάρος της τέφρας (g) W 2 : απόλυτα ξηρό βάρος αρχικού δείγματος κόνης (g). Ο προσδιορισμός της φαινομενικής πυκνότητας διεξήχθη με χειροκίνητη στρωμάτωση των αχυροτεμαχιδίων σε ογκομετρημένο δοχείο χωρητικότητας 600 cm 3 και τη ζύγισή του. Απαιτήθηκαν πέντε επαναλήψεις. Ο προσδιορισμός του βαθμού συμπιεστικότητας υπολογίστηκε με τη διαίρεση της μέσης ονομαστικής πυκνότητας των παραγόμενων μοριοπλακών με τη φαινομενική πυκνότητα των τεμαχιδίων. Εικόνα 33. Τέφρα άχυρου. Φωτογραφία του συγγραφέα. Η κλασματική ανάλυση των τεμαχιδίων του αρχικού υλικού μετά το θρυμματισμό του σε επιμέρους κλάσεις (Εικόνα 34) πραγματοποιήθηκε με τη χρήση δονούμενης συσκευής και τεσσάρων μικρών κοσκίνων με οπές

30 τετραγωνικού σχήματος διαστάσεων 4 mm, 2 mm, 1 mm και 0.5 mm (Εικόνα 20). Ποσότητα 60 περίπου g θρυμματισμένου άχυρου τοποθετήθηκε στη συσκευή δόνησης (μαζί με τα τέσσερα κόσκινα) για 15 λεπτά. Απαιτήθηκαν τρεις επαναλήψεις. Για τη συγκόλληση των αχυροτεμαχιδίων χρησιμοποιήθηκε διϊσοκυανικός εστέρας του τύπου Diphenylmethan-4-4-Diisocyanate (PMDI), του οποίου η προμήθειά έγινε από τη γερμανική εταιρία Bayern A.G.. H επιλογή της συγκεκριμένης συγκολλητικής ουσίας, παρά το κόστος και την επικινδυνότητα επεξεργασίας, έναντι της φθηνότερης ουρίας - φορμαλδεΰδης (UF), έγινε λόγω αδυναμίας της δεύτερης να σχηματίσει ισχυρούς δεσμούς με την υδρόφοβη επιφάνεια του άχυρου. Εξάλλου, το τελικό προϊόν δεν θα περιέχει φορμαλδεΰδη, που θα μπορούσε να εκλύεται κατά τη διάρκεια χρήσης του. Έχει διαπιστωθεί ότι η χρήση PMDI έναντι UF μπορεί να βελτιώσει τις μηχανικές ιδιότητες της μοριοπλάκας από αχυροτεμαχίδια από 3 έως 10 φορές περισσότερο (Heslop, 1997, Troeger and Pinke 1988). Το ποσοστό της συγκολλητικής ουσίας που χρησιμοποιήθηκε (απόλυτη ξηρή μάζα ανά 100 g ξηρής μάζας τεμαχιδίων) ήταν 5 % και 6 %. Εικόνα 34. Κλασματική ανάλυση αχυροτεμαχιδίων. Τεμαχίδια πλάτους μεγαλύτερου από 4 mm, (άνω αριστερά) μεταξύ 4 mm και 2 mm (άνω μέση), μεταξύ 2 mm και 1 mm (άνω δεξιά), μεταξύ 1 mm και 0,5 mm (κάτω αριστερά) και μικρότερου από 0,5 mm (κάτω δεξιά). Φωτογραφίες του συγγραφέα.

31 Έχει διαπιστωθεί (Phanopoulos et al., 2000) ότι το κλάσμα τεμαχιδίων με πολύ μικρό πλάτος (κάτω από 0.5-1 mm) περιέχει αυξημένη ποσότητα μη επιθυμητού πυριτίου. Επίσης, από την κλασματική ανάλυση του αρχικού υλικού θρυμματισμού της παρούσας έρευνας, παρατηρήθηκε η εμφάνιση κυλινδρικών (μη διαρρηγμένων) στελεχών στα κλάσματα πλάτους άνω των 4 mm και μεταξύ 4 mm και 2 mm. Βάσει των ανωτέρω διαπιστώσεων και παρατηρήσεων, ως πρώτη ύλη για την παραγωγή μοριοπλακών από το αρχικό υλικό θρυμματισμού επιλέχθηκαν δυο διαφορετικές κλάσεις κλασμάτων. Αυτές παρήχθησαν με τη τροφοδοσία του θρυμματισμένου άχυρου, σε κόσκινο τύπου Allgaier 600/3 (Εικόνα 22) και τη χρήση τριών κοσκίνων με οπές τετραγωνικής διατομής, διαστάσεων 0,8 mm, 1,5 mm και 3 mm. Τελικώς, τα δύο κλάσματα αχυροτεμαχιδίων που αποτέλεσαν την πρώτη ύλη για την παραγωγή μοριοπλακών είχαν διαστάσεις πλάτους μεταξύ 0,8 mm και 1,5 mm (μικρό κλάσμα) καθώς και μεταξύ 1,5 mm και 3 mm (μεγάλο κλάσμα) (Εικόνα 34). Παρατηρήθηκε ότι, σχεδόν αποκλειστικά, στο μεγάλο κλάσμα συγκεντρώθηκαν τα τμήματα των στελεχών άχυρου, γνωστά ως γόνατα (κόμποι). 3.3 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ Στην παρούσα έρευνα διερευνήθηκε η δυνατότητα παραγωγής και αξιολόγησης τρίστρωμων μοριοπλακών με προσανατολισμένα αχυροτεμαχίδια και η επίδραση που μπορεί να έχει ο προσανατολισμός των αχυροτεμαχιδίων, οι διαστάσεις τους και το ποσοστό της συγκολλητικής ουσίας στην ποιότητα των παραγόμενων μοριοπλακών τύπου OSB. Είναι γνωστό ότι οι τρεις ανωτέρω παράμετροι επηρεάζουν σε μεγάλο ποσοστό την ποιότητα παραγωγής μοριοπλάκας (Grigoriou and Ntalos 1997, Karr et al. 2000, Chapman 2006). Για το λόγο αυτό κατασκευάστηκαν δεκαοκτώ τρίστρωμες μοριοπλάκες (Πίνακας 4), όπου στις πρώτες έξι το ποσοστό της συγκολλητικής ουσία ήταν 5 % και χρησιμοποιήθηκε το μεγάλο κλάσμα τεμαχιδίων (1,5 mm - 3 mm), ενώ στις υπόλοιπες δώδεκα το ποσοστό ήταν 6 % και χρησιμοποιήθηκε το μεγάλο και το μικρό κλάσμα (0,8 mm 1,5 mm). Για την παραγωγή κάθε μοριοπλάκας, το 50 % του υλικού χρησιμοποιήθηκε για τις εξωτερικές στρώσεις (25 % για την καθεμία) και το υπόλοιπο 50 % για την μεσαία στρώση. Από τις πρώτες έξι πλάκες (με ποσοστό PMDI 5 %) οι τέσσερις πρώτες κατασκευάστηκαν με τέτοιο τρόπο ώστε τα αχυροτεμαχιδια των εξωτερικών στρώσεων να είναι

32 προσανατολισμένα παράλληλα προς το μήκος της μοριοπλάκας, ενώ στις υπόλοιπες δυο τα αχυροτεμαχιδια των εξωτερικών στρώσεων ήταν προσανατολισμένα κάθετα προς το μήκος της μοριοπλάκας. Από τις υπόλοιπες δώδεκα μοριοπλάκες (με ποσοστό PMDI 6 %), στις πρώτες έξι χρησιμοποιήθηκε το μεγάλο κλάσμα τεμαχιδίων, ενώ στις υπόλοιπες έξι το μικρό κλάσμα. Και στις δύο ομάδες των έξι μοριοπλακών (με ποσοστό PMDI 6 %), οι τέσσερις πρώτες κατασκευάστηκαν με τα αχυροτεμαχιδια των εξωτερικών στρώσεων να είναι προσανατολισμένα παράλληλα προς το μήκος της μοριοπλάκας ενώ στις υπόλοιπες δυο τα αχυροτεμαχιδια των εξωτερικών στρώσεων ήταν προσανατολισμένα κάθετα προς το μήκος της μοριοπλάκας (όπως ακριβώς συνέβη και για την πρώτη ομάδα των έξι μοριοπλακών με ποσοστό PMDI 5 %). Για πρακτικούς λόγους, η πρώτη ομάδα των έξι ονομάστηκε Ομάδα Α, η δεύτερη Ομάδα Β και η τρίτη Ομάδα Γ. Η στοχευόμενη πυκνότητα όλων των μοριοπλακών ήταν 0,73 g/cm 3, ενώ η πραγματική ήταν 0,69 g/cm 3 (μέσος όρος από ενενήντα δοκίμια). Η μέτρηση της πυκνότητας έγινε με βάση την προδιαγραφή ΕΝ 323/1993. (Wood-based panels - Determination of density). Πίνακας 4. Κατασκευή μοριοπλακών με χρήση διαφορετικού ποσοστού PMDI και διαφορετικών κλασμάτων πλάτους αχυροτεμαχιδίων. Παράμετροι παρούσας έρευνας. Αριθμός μοριοπλακών (Σύνολο = 18) Κλάσμα πλάτους αχυροτεμαχιδίων (mm) Ποσοστό PMDI (%) 1-6 (Ομάδα Α) 1,5-3 5 7-12 (Ομάδα Β) 1,5-3 6 13-18 (Ομάδα Γ) 0,8-1,5 6 3.4 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΜΟΡΙΟΠΛΑΚΩΝ Εκτός της χρήσης διαφορετικών κλασμάτων, ποσοστού PMDI και διαφορετικού προσανατολισμού των τεμαχιδίων των εξωτερικών στρώσεων, η παραγωγή όλων των μοριοπλακών δεν διέφερε σε καμία άλλη διαδικασία. Αναλυτικότερα, μετά την παραγωγή των δυο κλασμάτων, το υλικό τοποθετήθηκε σε ξηραντήριο (Εικόνα 23) για την ελάττωση της περιεχόμενης υγρασίας. Στο τέλος της ξήρανσης, η περιεχόμενη υγρασία των δύο κλασμάτων κυμαινόταν μεταξύ 4 % και 5 % περίπου. Στη συνέχεια, το υλικό (κάθε κλάσμα ξεχωριστά) τοποθετήθηκε σε εργαστηριακό αναμικτήρα για το ψεκασμό του με τη συγκολλητική ουσία

33 (PMDI) με ειδικό ακροφύσιο (πιστόλι ψεκασμού) (Εικόνα 25). Η συγκολλητική ουσία πριν το ψεκασμό είχε προθερμανθεί σε υδατόλουτρο θερμοκρασίας 50 0 C 55 0 C για να μειωθεί το ιξώδες της. H πίεση ψεκασμού κυμάνθηκε μεταξύ 1,8 και 2,5 ατμόσφαιρες, ενώ η διάρκειά του κυμάνθηκε μεταξύ 3 και 5 λεπτά. Ακολούθως, το υλικό στρωματώθηκε μέσα σε ξύλινο πλαίσιο διαστάσεων 30,05 mm x 35,10 mm (Εικόνα 26). Η στρωμάτωση και ο προσανατολισμός των αχυροτεμαχιδίων έγινε με τη βοήθεια ενός μεταλλικού πλαισίου (και ενός εναλλακτικού) που τοποθετήθηκε στο εσωτερικό του ξύλινου πλαισίου, ενώ ως βάση στρωμάτωσης χρησιμοποιήθηκε πλάκα αλουμινίου και επί αυτού αντικολλητικό χαρτί (Εικόνα 36). Ένας βοηθητικός μηχανισμός στήριξης (μεταλλικό τετράγωνο εξωτερικά του ξύλινου πλαισίου) και κατάλληλα διαμορφωμένα στηρίγματα στις δύο πλευρές του πλαισίου, του επέτρεπαν την περιοδική ανύψωσή του (και κάθοδο) εντός του ξύλινου πλαισίου, λόγω της συνεχόμενης ανύψωσης του επιπέδου στρωμάτωσης (Εικόνα 26). Το εσωτερικό του μεταλλικού πλαισίου, είχε κατάλληλα διαμορφωμένες εσοχές (που απείχαν 0,5 cm μεταξύ τους), όπου προσαρτήθηκαν ορθογώνια ελάσματα αλουμινίου πάχους 2 mm κάθετα προς το επίπεδο στρωμάτωσης (Εικόνα 35). Τα αχυροτεμαχίδια, με χειροκίνητη στρωμάτωση, διέρχονταν ανάμεσα των ελασμάτων και αναγκαστικά προσανατολίζονταν με τη μεγαλύτερη διάστασή τους προς την επιθυμητή διεύθυνση. Συγκεκριμένα, στις στρώσεις της άνω και κάτω επιφάνειας κάθε πλάκας (εξωτερικές στρώσεις) τα τεμαχίδια άχυρου προσανατολίζονταν κάθετα προς εκείνα της μεσαίας στρώσης. Εικόνα 35. Κάθοδος αχυροτεμαχιδίων μέσω των μεταλλικών ελασμάτων κατά τη στρωμάτωση. Φωτογραφία του συγγραφέα.

34 Ιδιαίτερη προσοχή δόθηκε ώστε η κάτω πλευρά των ελασμάτων να βρίσκεται μόνο ολίγα mm πιο πάνω από το συνεχώς αυξανόμενο επίπεδο στρωμάτωσης, για να μην αποπροσανατολίζονται τα τεμαχίδια. Η εσωτερική στρώση όλων των μοριοπλακών, παρήχθη με την εναλλαγή του αρχικού μεταλλικού πλαισίου με ένα άλλο παρόμοιο, στο οποίο όμως προσανατολισμός των τεμαχιδίων γινόταν κάθετα προς αυτόν των εξωτερικών στρώσεων. Στο τέλος της στρωμάτωσης καθεμιάς εκ των τριών στρώσεων εφαρμοζόταν προπίεση του υλικού με ένα ξύλινο κιβώτιο, ώστε να μειωθεί το πάχος (που κυμαινόταν μεταξύ 12 cm και 13 cm) του στρωματωμένου υλικού πριν τη θερμή συμπίεση (Εικόνα 27). Εικόνα 36. Αφαίρεση ξύλινου πλαισίου στρωμάτωσης (άνω αριστερά) και τελική στρωμάτωση τρίστρωμης μοριοπλάκας με προσανατολισμένα τεμαχίδια (μεγάλου κλάσματος) πάνω σε πλάκα αλουμινίου με μεταλλικούς οδηγούς και αντικολλητικό χαρτί. (άνω δεξιά - κάτω). Φωτογραφίες του συγγραφέα. Λόγω του μικρού ειδικού βάρους του άχυρου (μεγάλο πάχος στρωμάτωσης), το στρωματωμένο υλικό ήταν αρκετά χαλαρό και προβληματικό κατά τη μετακίνησή του προς τη θερμή πρέσα. Η πάνω επιφάνεια καλύφθηκε με ακόμη μια πλάκα αλουμινίου, λεπτότερη από αυτή της βάσης, επειδή η άνω επιφάνεια έχει επαφή με τη θερμή πλάκα της πρέσας για μικρότερο χρονικό διάστημα σε σύγκριση με την κάτω επιφάνεια, κατά τη θερμή πίεση στη μεταλλική πρέσα. Το στρωματωμένο υλικό συμπιέσθηκε σε μονώροφη εργαστηριακή υδραυλική

35 πρέσα, με θερμοκρασία μεταλλικών πλακών 180 0 C και μέγιστη πίεση 30 kp/cm 2 περίπου. Ο κύκλος πίεσης διήρκησε τεσσεράμισι λεπτά (22,5 δευτερόλεπτα ανά χιλιοστό πάχους) μέχρι να επιτευχθεί τελικό πάχος 12 mm (Εικόνα 28 - Σχήμα 5). Συγκεκριμένα, η πίεση αυξήθηκε σταδιακά για ένα λεπτό, όπου και οι δύο πλάκες ερχόταν σε επαφή με το προς συμπίεση υλικό. Την ίδια χρονική στιγμή η εφαρμοζόμενη πίεση έφτανε στο μέγιστό της και διατηρούνταν σταθερή για τα επόμενα δύο λεπτά. Με την πάροδο των δύο λεπτών, άρχιζε η σταδιακή μείωση της πίεσης για ενάμιση λεπτό, στο τέλος του οποίου μηδενιζόταν και άνοιγαν οι πλάκες της πρέσας. ΚΥΚΛΟΣ Π Ι ΕΣΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΜΟΡΙΟΠΛΑΚΩΝ ΑΠΟ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΕΝΑ ΑΧΥΡΟΤΕΜΑΧΙΔΙΑ 35 ΠΙΕΣΗ (kp / cm 2 ) 30 25 20 15 10 5 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 ΛΕΠΤΑ (min) Σχήμα 5. Κύκλος πίεσης παράγωγης μοριοπλακών με προσανατολισμένα αχυροτεμαχίδια. Δεδομένα του συγγραφέα. Έχει διαπιστωθεί (Dai et al., 2004) ότι τα αχυροτεμαχίδια, σε σύγκριση με ξυλοτεμαχίδια, συμπιέζονται πολύ ευκολότερα και για το λόγο αυτό απαιτείται λιγότερη πίεση στη θερμή πρέσα. Ακόμη, σε σύγκριση με ίνες άχυρου και ξυλοτεμαχίδια, τα αχυροτεμαχίδια έχουν χαμηλότερη διαπερατότητα κατά τη θερμή συμπίεση, με αποτέλεσμα να παρουσιάζουν υψηλότερη θερμοκρασία και πίεση ατμών στο εσωτερικό της σχηματιζόμενης μοριοπλάκας και το προφίλ

36 πυκνότητας μεταξύ των εξωτερικών στρώσεων και της εσωτερικής να είναι πολύ ανομοιόμορφο. Λαμβάνοντας αυτά υπόψη, απαιτείται εφαρμογή (όπως και πραγματοποιήθηκε) μεγαλύτερων χρόνων ανοίγματος και κλεισίματος των πλακών της πρέσας, από τους συνήθεις χρόνους κατά την παραγωγή μοριοπλακών από ξυλοτεμαχίδια, με σκοπό την εκτόνωση των εσωτερικών πιέσεων που ασκούνται στην παραγόμενη μοριοπλάκα. Λόγω της ιδιομορφίας του υλικού και κυρίως της εξωτερικής λείας στρώσης των αχυροτεμαχιδίων, που συνεπάγεται μικρό συντελεστή τριβής, παρατηρήθηκε κατά τη συμπίεση στην πρέσα πολύ μεγαλύτερη, σε σύγκριση με μοριοπλάκα ξυλοτεμαχιδίων, διαπλάτυνση (expansion) κατά το μήκος και πλάτος των διαστάσεων της μοριοπλάκας. Σε μερικές μοριοπλάκες υπήρξε αύξηση διαστάσεων της κάθε πλευράς κατά 3-6 cm, με άμεση συνέπεια τη μείωση της τελικής πυκνότητας της μοριοπλάκας και την αρκετά μεγάλη διαφορά της από την αρχικά στοχευόμενη πυκνότητα (0.73 g/cm 3 ). Επίσης, παρατηρήθηκε μετά τη θερμή συμπίεση μια μικρή τραχύτητα των εξωτερικών στρώσεων (όπου χρησιμοποιήθηκε το μεγάλο κλάσμα τεμαχιδίων), λόγω παρουσίας γονάτων άχυρου (κόμπων), που αποτελεί υλικό με μεγάλη αντοχή και πυκνότητα, με συνέπεια τη σχετικά δύσκολη συμπίεσή του. Μετά την εξαγωγή της μοριοπλάκας από την πρέσα ακολούθησε μια χειροκίνητη προπαρύφωση (Εικόνα 37). Οι χειροκίνητα παρυφωμένες μοριοπλάκες είχαν διαστάσεις 39+2 cm x 33+2 cm. Στη συνέχεια ακολούθησε η τοποθέτηση των μοριοπλακών σε κατάλληλο χώρο για να κλιματιστούν, μέχρι σταθεροποίηση του βάρους τους. Ο κλιματισμός (στοίβαση σε γυάλινους ράβδους) έγινε στο χώρο του εργαστηρίου, σε περιβάλλον σχετικής υγρασίας του αέρα 60 ± 5 % και θερμοκρασίας 20 ± 2 C (Εικόνα 38). Το κλίμα εργαστηρίου καταγραφόταν συνεχώς από το θερμοϋγρογράφο (Εικόνα 10 και 39). Ακολούθως, έλαβε χώρα η παρύφωση (για την απόρριψη των μη συνεκτικών περιφερειακών τμημάτων) όλων των πλευρών με τη χρήση δισκοπρίονα (Εικόνα 29) σε τελικές διαστάσεις 32 cm x 30 cm (Σχήμα 6) και συνεχίστηκε ο κλιματισμός τους. Οι διαστάσεις των μοριοπλακών μετρήθηκαν με βάση την προδιαγραφή ΕΝ 324-1/1993 (Wood-based panels - Determination of dimensions of boards Part 1 : Determination of thickness, width and length).

37 Εικόνα 37. Προπαρυφωμένες μοριοπλάκες μεγάλου κλάσματος τεμαχιδίων (με 5 % ποσοστό PMDI) μετά την έξοδο από την πρέσα. Φωτογραφία του συγγραφέα. Εικόνα 38. Μοριοπλάκες με προσανατολισμένα αχυροτεμαχίδια μικρού κλάσματος τεμαχιδίων και με 6 % ποσοστό PMDI (άνω). Ο προσανατολισμός έγινε σε διεύθυνση παράλληλη προς τη μεγάλη διάσταση (μήκος) της πλάκας (κάτω αριστερά), αλλά και σε διεύθυνση κάθετη προς αυτή(κάτω δεξιά). Φωτογραφίες του συγγραφέα.

38 Εικόνα 39. Συνθήκες κλίματος εργαστηρίου, όπου κλιματίστηκαν όλες οι μοριοπλάκες και τα παραγόμενα από αυτές δοκίμια. Φωτογραφία του συγγραφέα.

39 3.5 ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΕΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΜΟΡΙΟΠΛΑΚΩΝ Στις μοριοπλάκες δόθηκε η αρίθμηση 1 έως 18 (Πίνακας 4). Οι μοριοπλάκες με αριθμούς 1 έως 6 (Ομάδα Α), παρήχθησαν με ποσοστό PMDI 5 % και με μεγάλο κλάσμα τεμαχιδίων (1,5 mm - 3 mm). Αυτές με αρίθμηση 7 έως 12 (Ομάδα Β) παρήχθησαν με ποσοστό PMDI 6 % και με μεγάλο κλάσμα τεμαχιδίων. Τέλος, αυτές με αρίθμηση 13 έως 18 (Ομάδα Γ) παρήχθησαν με ποσοστό PMDI 6 % και με μικρό κλάσμα τεμαχιδίων (0,8 mm- 1,5 mm). Και στις τρεις ομάδες, στις τέσσερις πλάκες η διεύθυνση προσανατολισμού των αχυροτεμαχιδίων ήταν παράλληλη προς το μήκος της πλάκας, ενώ στις άλλες δύο ήταν κάθετη. Μετά τον κλιματισμό των μοριοπλακών και τη σταθεροποίηση του βάρους τους και σύμφωνα με τη μεθοδολογία που καθορίζεται στην προδιαγραφή EN 326-1/1994 (Wood-based panels Sampling, cutting and inspection Part 1 : Sampling and cutting of test pieces and expression of test results) επιλέχθηκαν με τυχαία δειγματοληψία, δοκίμια για τον προσδιορισμό όλων των φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων που προαναφέρθηκαν, με βάση τις αντίστοιχες ευρωπαϊκές ή αμερικάνικες προδιαγραφές. Αναλυτικότερα, από την κάθε μοριοπλάκα επιλέχθηκαν αρχικά πέντε δοκίμια διαστάσεων 320 ±1 mm x 50 ±1 mm (Εικόνα 32 - Σχήμα 6) και κλιματίστηκαν στοιβαζόμενα σε γυάλινους ράβδους στο χώρο του εργαστηρίου έως ότου αποκτήσουν σταθερή μάζα. Τα δοκίμια αριθμήθηκαν με τους αύξοντες αριθμούς 1 έως 5. Έτσι, για παράδειγμα η αρίθμηση του πρώτου δοκιμίου (με αρίθμηση 1) της πρώτης μοριοπλάκας (με αρίθμηση 1) αντιστοιχούσε στο σύμβολο 1.1. Για το σκοπό αυτό, επιλέχθηκε τυχαία ένα δοκίμιο από κάθε μοριοπλάκα (δεκαοκτώ δοκίμια συνολικά) και διεξήχθη η επαναλαμβανόμενη ζύγισή τους ανά διάστημα είκοσι τεσσάρων ωρών έως ότου σταθεροποιηθεί το βάρος τους. Η σταθεροποίηση του βάρους θεωρείται ότι επιτυγχάνεται όταν οι τιμές του βάρους δυο διαδοχικών μετρήσεων που διεξήχθησαν σε χρονικό διάστημα όχι μεγαλύτερο των είκοσι τεσσάρων ωρών δεν διαφέρουν μεταξύ τους περισσότερο από 0,1 % του βάρους του αντικειμένου που ζυγίζεται κάθε φορά.