مطالعة ویژگی‌های فیزیکی-شیمیایی و حرارتی رزین ملامین-فرمالدهید اصلاح شده با کاپرولاکتام و اتیلن-گلیکول

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکدة منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.

2 دانشکده شیمی، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

3 گروه تکنولوژی چوب و جنگل، دانشگاه لینه، سوئد.

10.22059/jfwp.2023.358076.1250

چکیده

رزین ملامین-فرمالدهید (MF) به دلیل ویژگی ­های فیزیکی و حرارتی مناسب در تولید پوشش ­ها و قالب­ های ریخته­ گری استفاده می­ شود. کاربرد این رزین به دلیل انتشار فرمالدهید، زمان ماندگاری کوتاه و شکنندگی زیاد محدود می­ باشد. برای بهبود ویژگی­ های رزین MF انواع لاکتام‌ها، الکل ­ها و غیره مورد استفاده قرار گرفته ­اند. در این مطالعه از اتیلن گلیکول و کاپرولاکتام برای کاهش فرمالدهید آزاد رزین و افزایش مدت زمان ماندگاری آن استفاده شد. رزین MF با دو نسبت مولی مختلف ملامین به فرمالدهید (1/6 و 1/5 مول) و افزودن نرم‌کننده ­های کاپرولاکتام و اتیلن گلیکول ساخته شد. ویژگی­ های فیزیکی (ویسکوزیته، چگالی و مدت زمان ژله ­ای شدن)، شیمیایی (طیف­ سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) و رزونانس مغناطیسی هسته (1H-NMR)) و رفتار حرارتی (TGA) رزین­ های MF ساخته شده مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که استفاده از کاپرولاکتام و اتیلن گلیکول موجب افزایش مدت زمان پخت رزین، چگالی، درصد مواد جامد و مدت زمان ماندگاری و همچنین کاهش درصد فرمالدهید آزاد رزین‌ها می‌شود. کاربرد مستقل هر یک از نرم‌کننده ­های اتیلن گلیکول یا کاپرولاکتام تأثیر معنی‌داری بر زمان ژله ­ای شدن نداشت اما استفاده همزمان آن‌ها موجب افزایش زمان ژله ­ای شدن رزین MF شد. آزمون­ های­ طیف ­سنجی FTIR و 1H-NMR حضور نرم‌کننده ­ها در ساختار شیمیایی رزین MF را تأیید کردند. همچنین آزمون TGA نشان داد که استفاده از نرم‌کننده­ ها در ساختار رزین موجب افزایش دمای شروع تخریب می ­شود. اما مقدار مادة باقی ماندة رزین پس از آنالیز TGA با توجه به نوع نرم‌کننده متفاوت بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Studying the physio-chemical and thermal properties of melamine-formaldehyde resin modified with caprolactam and ethylene glycol

نویسندگان [English]

  • Marzieh Sharifat 1
  • Davood Efhamisisi 1
  • Hadi Gholamiyan 1
  • Alireza Shakeri 2
  • Reza Hossein-Pourpia 3
1 Department of Science and Wood and Paper Industries, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.
2 Faculty of Chemistry, University of Tehran, Tehran, Iran.
3 Department of Wood and Forest Technology, University of Linnaeus, Sweden.
چکیده [English]

Melamine-formaldehyde (MF) resin is commonly used in coating and casting mold production because of its favorable physical and thermal characteristics. However, its use is restricted due to formaldehyde release, short shelf life, and high fragility. A variety of substances like lactams and alcohols have been employed to enhance MF resin properties. This study attempts to improve MF resin's characteristics by including ethylene glycol and caprolactam as plasticizers in resin formulation to reduce free formaldehyde content and prolong its shelf life. Two different molar ratios of melamine to formaldehyde (1.6 and 1.5 mol) were used in the synthesis of the MF resin, with the inclusion of plasticizers: caprolactam and ethylene glycol. The physical characteristics such as viscosity, density, and gelling time, chemical attributes (Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and nuclear magnetic resonance (1H-NMR)), and thermal properties (thermogravimetric analysis (TGA)) of MF resins were examined. The results showed that the addition of ethylene glycol and caprolactam increased curing time, density, solids content, and shelf life while reducing free formaldehyde content. While the individual application of either plasticizer had no significant effect on gelation time, their simultaneous use increased it. FTIR and 1H-NMR confirmed the presence of the plasticizers in the MF resin's chemical structure, while TGA demonstrated that the addition of plasticizers leads to an increase in its thermal stability. However, the amount of resin residue after TGA analysis was different according to the type of plasticizer.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nuclear magnetic resonance
  • Gelling time
  • Free formaldehyde
  • Physiochemical properties

مراجع

[1] Ahmadi, P., Efhamisisi, D., Pourtahmasi, K., & Izadyar, S. (2019). The investigation of physico-mechanical characteristics of poplar wood impregnated with melamine formaldehyde resin. Forest and Wood Products, 72(3): 249-261.
[2] Bajia, S., Sharma, R., & Bajia, B. (2009). Solid-state microwave synthesis of melamine-formaldehyde resin. Journal of Chemistry, 6(1): 120-124.
[3] Raval, D.K., Patel, A.J., & Narola, B. N. (2006). A study on composites from casein modified melamine-formaldehyde resin. Polymer-Plastics Technology and Engineering, 45(3): 293-299.
[4] Lan, P., Yang, R., Mao, H., Cui, J., & Brosse, N. (2019). Production of Melamine Formaldehyde Resins Used in Impregnation by Incorporation of Ethylene Glycol and Caprolactam with High Flexibility, Storage Stability, and Low Formaldehyde Content. Bioresource, 14(4): 9916-9927.
[5] Kohlmayr, M., Zuckerstätter, G., & Kandelbauer, A. (2012). Modification of melamine‐formaldehyde resins by substances from renewable resources. Journal of Applied Polymer Science, 124(6): 4416-4423.
[6] Doerries, P., & Wonner, J. (2002). Lactam derivatives for melamine impregnating resins, and resin mixtures containing them. U.S. Patent 6,355,794. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.
[7] Grunwald, D. (2002). Molecular structure of melamine-formaldehyde impregnation resins. European Laminates Conference and Workshop, Apr.10-11, Vienna, Austria. pp. 1-9.
[8] Ullah, S., Bustam, M.A., Ahmad, F., Nadeem, M., Naz, M.Y., Sagir, M., & Shariff, A.M. (2015). Synthesis and characterization of melamine formaldehyde resins for decorative paper applications. Journal of the Chinese Chemical Society, 62(2): 182-190.
[9] ASTM D4426-01 (2013). Standard Test Method for Determination of Percent Nonvolatile Content of Liquid Phenolic Resins Used for Wood Laminating, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2013, astm.org.
[10] ASTM D1875, Standard Test Method for Density of Adhesives in Fluid Form, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2003, astm.org.
[11] ASTM D1084-16, Standard Test Methods for Viscosity of Adhesives, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2016, astm.org.
[12] Liu, J.X., Zhou, L., Jiang, Q.B., Yang, J., & Xie, J.J. (2014). Synthesis and characterization of melamine-formaldehyde resin for foaming use. Applied Mechanics and Materials, 628, 24-27.
[13] Mao, A., & Kim, M.G. (2013). The effects of adding melamine at different resin synthesis points of low mole ratio urea-melamine-formaldehyde (UMF) resins. BioResources, 8(4): 5733-5748.
[14] EN ISO 11402. (2004) Phenolic, amino and condensation resins - Determination of free-formaldehyde content, www.iso.org
[15] Merline, D.J., Vukusic, S., & Abdala, A.A. (2013). Melamine formaldehyde: curing studies and reaction mechanism. Polymer Journal, 45(4): 413-419.
[16] Antunes, A., Gomes, A., Paiva, N., Ferra, J., Martins, J., Carvalho, L., Barros‐Timmons, A., & Magalhães, F.D. (2018). Blocked melamine–urea–formaldehyde resins and their usage in agglomerated cork panels. Journal of Applied Polymer Science, 135(35): 46663.
[17] Snejdrova, E., & Dittrich, M. (2012). Pharmaceutically used plasticizers. Recent advances in plasticizers, 45-68.
[18] Wojciechowska, P. (2012). The effect of concentration and type of plasticizer on the mechanical properties of cellulose acetate butyrate organic-inorganic hybrids. Recent advances in Plasticizers, 8: 141-164.
[19] Krishnan, L., Kandola, B.K., Deli, D., & Ebdon, J.R. (2022). Thermal Stability, Flammability and Mechanical Performances of Unsaturated Polyester–Melamine Resin Blends and of Glass Fibre-Reinforced Composites Based on Them. Polymers, 14: 4885.
[20] Devallencourt, C., Saiter, J.M., Fafet, A., & Ubrich, E. (1995). Thermogravimetry/fouriertransform infrared coupling investigations to study the thermal stability of melamine formaldehyde resin. Thermochimica Acta, 259(1): 143-151.
 
نشریه جنگل و فرآورده های چوب
دوره 76، شماره 2
شهریور 1402
صفحه 141-151

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار