بررسی خواص حرارتی و شیمیایی رزین زیستی برپایة تانن و لیگنوسولفونات

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و صنایع چوب، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

2 گروه علوم و صنایع چوب، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه گرگان، گرگان، ایران.

10.22059/jfwp.2023.351864.1228

چکیده

در سال­ های اخیر، تقاضای زیادی برای جایگزینی مواد فسیلی با مواد سازگار با محیط زیست و پایدار وجود داشته است که از جمله این مواد می­‌توان به جایگزینی چسب‌هایی که به‌طور معمول از منابع فسیلی تولید می‌شوند و در محصولات چوبی بیشترین کاربرد را دارند، اشاره کرد. رزین‌های مبتنی بر فرمالدهید متداول‌ترین اتصال‌دهنده‌های تجاری مورد استفاده در صنایع چوب هستند که در موارد مبتنی بر محصولات چوبی از بزرگ‌ترین منابع آلودگی ‌محیط زیستی به‌شمار می­ آیند و سلامت انسان را نیز به‌خطر می‌اندازد. از این‌رو، تحقیقات بر روی چسب‌های طبیعی مبتنی بر لیگنین و تانن در حال حاضر رو به افزایش است و امروزه تلاش‌های زیادی جهت جایگزینی رزین ­های طبیعی با رزین‌های مصنوعی در جریان است. در این تحقیق از تانن و لیگنوسولفونات به‌عنوان مادة اولیه سازگار با محیط زیست و اتصال‌دهنده‌های عرضی فورفورال، پلی‌اتیلن‌ایمین، سیریسین و گلوتارآلدئید چسب تهیه شد. ابتدا مواد اولیه با اتصال‌دهندة عرضی فورفورال ترکیب و سپس اتصال دهنده ­های دیگر با نسبت متفاوت به ترکیب اضافه شد و در دمای 80 درجة سانتی‌گراد به مدت نیم ساعت مخلوط شد. از اختلاط این مواد، 12 نوع ترکیب مختلف رزین تهیه شده که جهت شناسایی گروه‌های عاملی تحت طیف‌سنجی FT-IR و همچنین جهت بررسی خواص حرارتی رزین آنالیز‌های TGA و DSC مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج نشان داد که ترکیبات دارای پلی‌اتیلن ایمین در برابر تخریب حرارتی مقاومت خوبی داشتند و فورفورال نیز باعث بهبود ویژگی‌های چسب‌ها شده است. ترکیب مواد اولیه، فوفورال، پلی‌اتیلن ایمین و سیریسین در آزمون TGA دارای بیشترین ثبات بوده است. در واقع حضور اتصال‌دهنده­ های عرضی بیشتر به‌دلیل حضور گروه‌های عاملی و افزایش چگالی اتصالات رزین منجر به افزایش پایداری حرارتی آن­ ها شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation on thermal and chemical properties of bio-adhesive based on tannin and lignosulfonate

نویسندگان [English]

  • ِِAli Abdolkhani 1
  • Ali Malleki 1
  • Jaber Hosseinzade 1
  • Faezeh Askari 1
  • Sahab Hedjazi 2
  • Davood Gholami 1
1 Department of Wood and Paper Science and Technology, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.
2 Department of Wood and Paper Sciences, Faculty of Natural Resources, University of Gorgan, Gorgan, Iran.
چکیده [English]

In recent years, there has been a great demand to replace fossil materials with environmentally friendly and sustainable ones. One of these materials is the adhesives that are usually produced from fossil sources and are commonly used in wood products. Formaldehyde-based resins are the most common commercial crosslinker used in the wood industry, which is considered one of the biggest sources of environmental pollution in cases based on wood products and endangers human health. Therefore, research on natural adhesives based on lignin and tannin is currently increasing, and today many efforts are underway to replace natural adhesives with synthetic adhesives. In this research, an adhesive was prepared from tannin and lignosulfonate as an environmentally friendly raw material. Furfural and polyethyleneimine, siricin, and glutaraldehyde were used as crosslinkers. Initially, the raw materials were mixed with furfural crosslinker, and then other binders were added in different proportions and mixed at 80°C for half an hour. By mixing these materials, 12 types of different adhesive compounds were prepared. These compounds were subjected to FT-IR spectroscopy to identify the functional groups and to check the thermal properties of different adhesive treatments such as TGA and DSC analysis. The results showed that compounds containing polyethyleneimine had good resistance to thermal degradation, and furfural also improved the characteristics of the adhesives. The combination of raw materials, furfural, polyethyleneimine, and sericin showed the most stability in the TGA test. In fact, the presence of more crosslinkers led to an increase in the thermal stability of the adhesives due to the presence of functional groups and the increase in the density of resin joints.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Crosslinkers
  • Natural adhesive
  • Furfural
  • Polyethyleneimin

مراجع

[1]. Dongre, P., Driscoll, M., Amidon, T., & Bujanovic, B. (2015). Lignin-Furfural based adhesives. Energies, 8(8), 7897-7914.
[2]. Antov, P., Savov, V., & Neykov, N. (2020). Sustainable bio-based adhesives for eco-friendly wood composites. a review. Wood Research, 65(1), 51-62.
[3]. Zhou, X., & Du, G., 2020. Tannins-Structural properties, biological properties and current knowledge. Edite by Alfredo Aires, pp. 97-103.
[4]. Pizzi, A. (2006). Recent developments in eco-efficient bio-based adhesives for wood bonding: opportunities and issues. Journal of Adhesion Science and Technology, 20(8), 829-846.
[5]. Sowunmi, S., Ebewele, R.O., Peters, O., & Conner, A.H. (2000). Differential scanning calorimetry of hydrolysed mangrove tannin. Polymer International, 49(6), 574-578.
[6]. Saražin, J., Schmied, D., Pizzi, A., & Sernek, M. (2020). Bio-Based adhesive mixtures of pine tannin and different types of lignins. Bioresources, 15(4), 9401.
[7]. Gao, Z., Yuan, J.L., & Wang, X.M. (2007). Phenolated larch‐bark formaldehyde adhesive with multiple additions of sodium hydroxide. Pigment and Resin Technology, 36(5), 279-285.
[8]. Efhamisisi, D., Thevenon, M. F., Hamzeh, Y., Karimi, A., Pizzi, A., & Pourtahmasi, K. (2016). Induced tannin adhesive by boric acid addition and its effect on bonding quality and biological performance of poplar plywood. Acs Sustainable Chemistry and Engineering. 4(5), 2734-2740.
[9]. Balea, G., Lunguleasa, A., Zeleniuc, O., & Coşereanu, C. (2022). Three adhesive recipes based on magnesium lignosulfonate, used to manufacture particleboards with low formaldehyde emissions and good mechanical properties. Forests, 13(5), 737.
[10]. Chupin, L., Charrier, B., Pizzi, A., Perdomo, A., & Bouhtoury, C.E. (2015). Study of thermal durability properties of tannin–lignosulfonate adhesives. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 119(3), 1577-1585.
[11]. Arias, A., González‐García, S., Feijoo, G., & Moreira, M.T. (2022). Tannin‐based bio‐adhesives for the wood panel industry as sustainable alternatives to petrochemical resins. Journal of Industrial Ecology, 26(2), 627-642.
[12]. Yi, Z., Wang, W., Zhang, W., & Li, J. (2016). Preparation of tannin-formaldehydefurfural resin with pretreatment of depolymerization of condensed tannin and ring opening of furfural. Journal of Adhesion Science and Technology, 30(9), 947-959.
[13]. Zhang, Y., Li, N., Chen, Z., Ding, C., Zheng, Q., Xu, J., & Meng, Q. (2020). Synthesis of high-water-resistance lignin-phenol resin adhesive with furfural as a crosslinking agent. Polymers, 12(12), 2805.
[14]. Faris, A. H., Rahim, A. A., Ibrahim, M. N. M., Alkurdi, A.M., & Shah, I. (2016). Combination of lignin polyol–tannin adhesives and polyethylenimine for the preparation of green water‐resistant adhesives. Journal of Applied Polymer Science, 133(20), 43437.
[15]. Mosiewicki, M., Aranguren, M.I., & Borrajo, J. (2004). Thermal and mechanical properties of woodflour/tannin adhesive composites. Journal of Applied Polymer Science, 91(5), 3074-3082.
[16]. Khan, M. A., Ashraf, S. M., & Malhotra, V.P. (2004). Development and characterization of a wood adhesive using bagasse lignin. International Journal of Adhesion and Adhesives, 24(6), 485-493.
[17]. Li, X., Nicollin, A., Pizzi, A., Zhou, X., Sauget, A., & Delmotte, L. (2013). Natural tannin–furanic thermosetting moulding plastics. RSC Advances, 3(39), 17732-17740.
[18]. Ghahri, S- M., Behbood, Pizzi, A, Mirshokraie, A., & Mansouri, H.R. (2018). Improving water resistance of soy-based adhesive by vegetable tannin. Journal of Polymers and The Environment, 26, 1881-1890.
[19]. Magina, S., Gama, N., Carvalho, L., Barros-Timmons, A., & Evtuguin, D.V. (2021). Lignosulfonate-based polyurethane adhesives. Materials, 14(22), 7072.
نشریه جنگل و فرآورده های چوب
دوره 76، شماره 2
شهریور 1402
صفحه 113-121

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار