بررسی تغییرات ساختاری و خواص حرارتی لیگنین‌های کرافت و سودای اصلاح‌شده با گلی‌اکسال

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشگاه سمنان، ‌سمنان، ایران

2 استاد گروه چوب و کاغذ دانشگاه تربیت مدرس، ‌نور، ایران

3 دانشیار گروه چوب و کاغذ دانشگاه تربیت مدرس، ‌نور، ایران

4 استاد گروه شیمی صنعتی، دانشگاه نانسی، اپینال، فرانسه

چکیده

یکی از راه‌کارهای مهم افزایش گسترة کاربرد لیگنین افزایش گروه‌های عاملی فعال در ساختار آن یا به‌اصطلاح پلاستیزه‌کردن لیگنین است. هدف این تحقیق بررسی تغییرات ساختاری و تغییرات دمای انتقال شیشه‌ای (tg) لیگنین‌های کرافت و سودای باگاس پس از اصلاح آن‌ها با دی‌آلدئیدی تبخیرنشدنی به نام گلی‌اکسال بود. لیکور سیاه کرافت و سودای باگاس مورد نیاز به ترتیب از شرکت چوب و کاغذ ایران (چوکا) و شرکت کاغذسازی پارس تهیه شد و سپس لیگنین مورد نیاز با روش اسیدی از لیکورهای تهیه‌شده استخراج شد. در نهایت تغییرات ساختاری و گرمایی لیگنین‌های اصلاح‌شده با گلی‌اکسال در مقایسه با لیگنین خام، با استفاده از آنالیز طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FTIR) و آنالیز گرماسنجی تفاضلی (DSC)، بررسی شد. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌‌دهد گلی‌‌اکساله‌کردن لیگنین، علاوه بر افزایش گروه‌های عاملی فعال (هیدروکسیل و کربونیل) در ساختار لیگنین، موجب تغییراتی در ساختار لیگنین می‌شود. همچنین آنالیز DSC نشان داد دمای انتقال شیشه‌ای لیگنین‌های مورد مطالعه بعد از گلی‌اکساله‌شدن کاهش می‌یابد. به‌‌طورکلی نتایج آزمون‌های FTIR و DSC نشان داد لیگنین سودای باگاس در مقایسه با لیگنین کرافت بهتر گلی‌اکساله می‌شود و tg کمتری دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation Changes in Structure and Thermal Properties of Glyoxalated Soda and Kraft Lignins

نویسندگان [English]

  • hamed younesi kordkheili 1
  • saeed Kazemi Najafi 2
  • Rabi Behrooz 3
  • Antonio Pizzi 4
1 Assistant Professor, Department of Wood and Paper Sciences and Technology, Semnan University, Semnan, I.R. Iran
2 Professor, Department of Wood and Paper Science and Technology, Tarbiat Modares University, Noor, I.R. Iran
3 Associate Professor, Department of Wood and Paper Science and Technology, Tarbiat Modares University, Noor, I.R. Iran
4 Professor, Department of Industrial Chemistry, University of Nancy 1, Epinal, France
چکیده [English]

One of the solutions to increase the applications of lignin molecules is increasing reactive functional groups by chemical modification. Adding reactive functional groups into the lignin structures is one the best proposed methods. The aim of this study was to investigate change in structure as well as glass transition temperature (Tg) of Soda and Kraft lignins after hydroxymethylation them with non-volatile aldehyde entitle Glyoxal. Kraft and Soda black liquors were prepared from Choka and Pars Co, respectively. Lignins were extracted from black liquors by acidic method .Then changes in structure and thermal properties of the glyoxalated lignins were measured with Fourier transform infrared (FTIR) and differential scanning calorimetry (DSC) compared to pure lignins, respectively. The results indicated that glyoxalation increase reactive functional groups in lignins. Also FTIR result indicated that glyoxalation made some changes in lignin structure. DSC analysis showed that Tg of Soda and Kraft lignins reduced by glyoxalation. Finally DSC and FTIR analysis indicated that Soda lignin exhibited better potential for glyoxalation and have lower Tg compared to Kraft lignin.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Lignin
  • glyoxal
  • Differential scanning calorimetry
  • Fourier transform infrared
  • Glass transition temperature
 

References

[1]. Wang, Z., Bo, N., Liu, Y., Yang, G., Liu, Y., and Zhao, Y. (2013). Preparation of lignin-based anion exchangers and their utilization for nitrate removal. Bioresources, 8(3): 3505-3517.

[2]. Vishtal, A. and Kraslawski, A. (2008). Challenges in industrial applications of technical lignins. Bioresources, 6 (3): 3547-3568.

[3]. Younesi Kordkheili, H., Behrooz, R., and Kazemi Najafi, S. (2010). Using Kraft lignin by solvent method mixing in wood plastic composites. Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering, 30 (3): 69-76.

[4]. Saeed, M. B. and Zhan, M. S. (2007). Adhesive strength of nano-size particles filled thermoplastic polyamides. Part I: multi-walled carbon nano-tubes-polyamide composites film. International Journal of Adhesion and Adhesives, 27: 306-318.

[5]. El Mansouri, N. E., Yuan, Q., and Huang, F. (2011). Synthesis and characterization of Kraft lignin-based epoxy resins. Bioresources, 6(3): 2492-2503.

[6]. El Mansouri, N. E., Pizzi, A., and Salvado, J. (2007). Lignin-based polycondensation resins for wood adhesives. Journal of Applied Polymer Science, 103: 1690-1699.

[7]. Kleinert, M., Gasson, J. R, Eide, R., Hilmen, A. M., and Barth, T. (2009). Developing solvolytic conversation of lignin to liquid fuel components: optimization of quality and process factors. Cellulose Chemistry and Technology, 45(1-2): 3-12.

[8]. Behrooz, R., Younesi Kordkheili, H., and Kazemi Najafi, S. (2009). Using Kraft lignin as a compatibilizer in wood plastic composites. Iranian Journal of Wood and Paper Science Researches,26(3), 454-465.

[9]. El Mansouri, N. E., Yuan, Q., and Huang, F. (2011). Study of chemical modification of alkaline lignin by the glyoxalation reaction. Bioresources, 6(4): 4523-4536.

[10]. Hu, L., Pan, H., and Zhou, Y. Z. M. (2011). Methods to improve lignin reactivity as phenol substitute and as replacement for other phenolic compounds: A brief review. Bioresources, 6(3): 3515-3525.

[11]. Lei, H., Pizzi, A., and Du, G. (2008). Environmentally friendly mixed tannin/lignin wood resins.Journal of Applied Polymer Science, 107, 203-209.

[12]. Lin, Y. S. and Dence, C. V. (1992). Methods in Lignin Chemistry. Springer-Verlag (Berlin, New York).  pp 578.

[13]. El Mansouri, N. E. and Salvado, J. (2006). Structural characterization of technical lignin for the production of adhesives: application to lignosulfonate, kraft, soda-Anthraquinone, organosolv and ethanol process lignin. Industrial Crops and Products, 24: 8-16.

[14]. Van der Klashorst, G. H., Cameron, F. A., and Pizzi, A. (2008). Lignin based cold setting wood adhesive structural fingerjoints and glulam. European Wood and Wood Products, 43: 477-481.

[15]. Hatakeyama, H. (1992). Thermal Analysis: Methods in Lignin Chemistry. Springer-Verlag. Berlin. pp 200-214.

[16]. Feldman, D., Banu, D., Luchian, C., and Wang, J. (1991). Epoxy lignin polyblends- correlation between polymer interaction and curing temperature. Journal of Applied Polymer Science, 42 (5), 1307-1318.

[17]. Mohamad Ebrahim, M. N., Mohamad Yosof, N. N., and Hashim, A. (2007). Comparison studies on soda lignin and soda anthraquinone lignin. The Malaysian Journal of Analytical Sciences, 11(1):206-212.

[18]. Sjostrom, E. (1993). Wood Chemistry- Fundamentals and Applications. Translated by Mirshokraei, S. A., Aeij Press, Tehran. pp 54-66.