مقایسة عملکرد بین نانو لیگنین و لیگنین اصلاح شده با مایع یونی به‌عنوان سازگارکننده در کامپوزیت چوب-پلاستیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه سمنان. سمنان، ایران.

10.22059/jfwp.2023.351121.1222

چکیده

هدف از این پژوهش، مقایسة عملکرد بین نانوذرات لیگنین و لیگنین اصلاح شده با مایع یونی به‌عنوان سازگارکننده جدید در کامپوزیت چوب-پلاستیک بود. به‌همین منظور، لیگنین مورد نیاز از مایع پخت سیاه باقی ماندة کارخانة خمیرکاغذ پارس هفت تپه استخراج و پس از اصلاح با مایع یونی ا-اتیل 3- متیل ایمیدازولیوم به‌عنوان سازگارکننده در کامپوزیت چوب-پلاستیک مورد استفاده قرار گرفت. همچنین نانولیگنین با روش اسیدی تهیه شده و عملکرد آن به‌عنوان سازگارکننده با لیگنین اصلاح شده با مایع یونی مورد مقایسه قرار گرفت. نانوذرات لیگنین و لیگنین اصلاح شده با مایع یونی به‌میزان مشابه 1، 3 و 5 درصد وزنی به ترکیب آرد چوب و پلی پروپیلن اضافه گردید و نمونه­ های کامپوزیت با روش پرس گرم ساخته شدند. نتایج آنالیز FTIR نشان داد که اصلاح لیگنین با مایع یونی موجب تغییر برخی از پیوندها و ایجاد پیوندهای جدید شیمیایی می­ گردد در صورتی که تبدیل لیگنین به نانولیگنین تغییری در ساختار شیمیایی آن ایجاد نمی ­کند. نتایج آزمون­های فیزیکی و مکانیکی نشان داد که با افزودن هر دو نوع لیگنین، ثبات ابعاد و ویژگی­های خمشی و مقاومت به ضربه کامپوزیت به‌طور معنی­ داری افزایش یافت. همچنین براساس یافته­ های این پژوهش، لیگنین اصلاح شده با مایع یونی عملکرد بهتری نسبت به نانولیگنین به‌عنوان سازگارکننده در کامپوزیت چوب-پلاستیک نشان داد؛ به ­طوری ­که کامپوزیت­ های حاوی 5 درصد لیگنین اصلاح شده با مایع یونی دارای بیشترین مقاومت مکانیکی و بالاترین ثبات ابعاد در بین کلیة نمونه­ های ساخته شدة دارای لیگنین بودند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Comparison between the performance of nanolignin and modified lignin with ionic liquid as a compatibilizer in wood-plastic composites

نویسنده [English]

  • Hamed Younesi-Kordkheili
Department of Wood and Paper Science and Technology, Semnan University, Semnan, I.R. Iran.
چکیده [English]

The aim of this study was to compare nanolignin and ionic liquid (IL)-treated lignin as new compatibilizers in Wood-Plastic Composites (WPC). For this purpose, lignin was extracted from black liquor and modified with [Emim][OAc]. Then, the modified lignin was used as a compatibilizer in the WPC.  Nanolignin was prepared by an acidic method, and its performance was compared to that of ionic-liquid-treated lignin as a compatibilizer in the composites. Nanolignin and ionic liquid-modified lignin at the same levels (1, 3, and 5 wt%) were added to the wood flour and polypropylene mixture, and WPCs were manufactured using the hot press method. In the next step, all physical and mechanical properties of the prepared panels were analyzed using standard methods. FTIR analysis indicated that modification of lignin by an ionic liquid can change some chemical bonds and even produce new bonds.  However, the chemical structures of the virgin lignin and nanolignin were similar. The physical and mechanical properties of the prepared composites indicated that the addition of both forms of lignin significantly increased the dimensional stability, bending properties (flexural modulus and flexural strength), and impact strength of the composites. Based on the findings of this research, IL-treated lignin exhibited better physical and mechanical results as a coupling agent in wood plastic composites compared to nanolignin; thus, the composites with 5 wt% have the highest mechanical strength and dimensional stability among all lignin-containing samples.

کلیدواژه‌ها [English]

  • FTIR
  • Lignin
  • Nanoparticle
  • Physical and mechanical properties

مراجع

 [1]. Shen, Z., Ye, Z., Li, K., & Qi, C. (2021). Effects of coupling agent and thermoplastic on the interfacial bond strength and the mechanical properties of oriented wood strand–thermoplastic composites. Polymers, 13(23), 1-11.
[2]. Rozman, H.D., Tan, K.W., Kumar, R.N., Abubakar, A., Ishak, M., & Ismail, H. (2000). Effect of lignin as a compatibilizer on the physical properties of coconut fiber-polypropylene composites. European Polymer Journal, 36(7), 1483-1494.
[3]. Xu, K., Li, K., Zhong, T., Guan, L., Xie, C., & Li, S. (2014). Effect of chitosan as biopolymer coupling agent on the thermal and rheological properties of polyvinyl chloride/wood flour composites. Composites Part B: Engineering, 58(2), 392-399.
[4]. Younesi-Kordkheili, H., Pizzi, A., & Niyatzade, G. (2016). Reduction of formaldehyde emission from particleboard by phenolated kraft lignin. The Journal of Adhesion, 92(6), 485-497.
[5]. Younesi-Kordkheili, H., & Pizzi, A. (2020). Ionic liquid- modified lignin as a bio- coupling agent for natural fiber- recycled polypropylene composites. Composite part B- Engineering, 181(2020), 1-6.
[6]. Qi, G., Yang, W., Puglia, D., Wang, H., Xu, P., Dong, W., Zheng, T., & Ma, P. (2020). Hydrophobic, UV resistant and dielectric polyurethane-nanolignin composites with good reprocess ability. Materials and Design, 196(2020), 1-11.
[7]. Yang, W., Ding, H., Qi, G., Li, C., Xu, P., Zheng, T., Zhu, X., Kenny. J.M., Puglia, D., & Ma, P. (2021). Highly transparent PVA/nanolignin composite films with excellent UV shielding, antibacterial and antioxidant performance. Reactive and Functional Polymers, 162(2021), 1-12.
[8]. Mariotti, N. (2014). Combination of esterified kraft lignin and mape as coupling agent for bark/hdpe composites. Journal of Materials Science Research, 3(2), 8-22.
[9]. Luo, S., Cao, J., & Sun, W. (2017). Evaluation of Kraft lignin as natural compatibilizer in wood flour/polypropylene composites. Polymer Composites, 38(11), 2387-2394.
[10]. Younesi-Kordkheili, H., Farsi, M., & Rezazadeh, Z. (2013). Physical, mechanical and morphological properties of polymer composites manufactured from carbon nanotubes and wood flour. Composites Part B: Engineering, 44(1), 750-755.
[11]. Deka, B.D., & Maji, T.K. (2012). Effect of nanoclay and ZnO on the physical and chemical properties of wood polymer nanocomposite. Journal of Applied Polymer Science, 124(4), 2919- 2929.
[12]. Younesi-Kordkheili, H., Naghdi, R., & Amiri, M. (2015). Influence of nanoclay on urea–glyoxalated lignin–formaldehyde resins for wood adhesive. The Journal of Adhesion, 93(6), 431-443.
[13]. Younesi-Kordkheili, H. (2017). Improving physical and mechanical properties of new lignin- urea-glyoxal resin by nanoclay. European Journal of Wood and Wood Products, 75(6), 885-891.
[14]. Behroz, R., Younesi-Kordkheili, H., & Kazemi, S. (2012). Physical properties of lignin added wood flour-polypropylene composites: a comparison of direct and solvent mixing techniques. Asian Journal of Chemistry, 24(1), 157-167.
[15]. Chen, Y., Gong, X., Yang, G., Li. Q., & Zhou, N. (2019).  Preparation and characterization of a nanolignin phenol formaldehyde resin by replacing phenol partially with lignin nanoparticles. RSC Advances, 9(2020): 29255-29262.
[16]. Qu, Y., Luo, H., Li, H., & Xu. (2015). Comparison on structural modification of industrial lignin by wet ball milling and ionic liquid pretreatment. Journal of Biotechnology Report, 6(2015): 1-7.
[17]. Zikeli, F., Vinciguerra, V., Annibale, A., Capitani, D., Romagnoli, M., and Mugnozza, G.S. (2019). Preparation of lignin nanoparticles from wood waste for wood surface treatment. Nanomaterials, 9(2019): 1-18.
[18] Qu, Y., Luo, H., Li, H., & Xu, J. (2015). Comparison on structural modification of industrial lignin by wet ball milling and ionic liquid pretreatment. Biotechnology Reports, 6(2015): 1-7.
[19]. Younesi-Kordkheili, H., & Pizzi, A. (2022). A Improving the properties of phenol-lignin-glyoxal as a wood adhesive by lignin nanoparticles. European Journal of Wood and Wood Products, 81(2): 507-512.
[20]. Li, Y. (2012). Effect of coupling agent concentration, fiber content, and size on mechanical properties of wood/HDPE composites. International Journal of Polymer Materials, 61(11): 82-890.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار