بررسی استفاده از رزین زیست پایه تانن اپوکسی اکریلات بر خواص مکانیکی و فیزیکی تخته خرده چوب

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی چوب و کاغذ-دانشکده منابع طبیعی-دانشگاه تهران

2 دانشگاه تهران

چکیده

سابقه و هدف:
یکی از بخش‌های مهم در صنایع چوب و کاغذ، رزین‌های سنتزی مورد استفاده می‌باشد. رزین‌های اپوکسی، از جمله پلیمرهای پرمصرف در صنایع مختلف و صنایع چسب‌سازی می‌باشند که از ترکیب بیس‌فنول A و اپی‌کلروهیدرین بدست می‌آید. بیس‌فنول A در فرمولاسیون رزین‌های اپوکسی از فرآورده‌های نفتی به دست می‌آید که این فرآورده‌ها محدود و پایان‌پذیر، گران و سرطان‌زا است، وجود بیس‌فنول A، در محیط اطراف، می‌تواند تهدیدی جدی برای سلامت انسان و محیط زیست باشد. تحقیقاتی در زمینه رزین‌های زیستی‌پایه اپوکسی انجام شده از جمله شاکری و همکاران (2010) از رزین سویای اپوکسی‌دار شده اکریلیکی در ساخت تخته‌کاه استفاده کردند. تسوجی و همکاران (2010) مقایسه رزین پایه فرمالدهید و سویای اپوکسی‌دار شده اکریلیکی در ساخت تخته‌کاه را مورد بررسی قرار دادند. هدف این تحقیق، سنتز رزین زیست‌پایه تانن اپوکسی اکریلاتی و ساخت تخته خرده چوب با آن و بررسی خواص مکانیکی و فیزیکی آن است.
مواد و روش‌ها:
در این تحقیق جهت ساخت تخته خرده‌چوب سه لایه با رزین زیست‌پایه تانن اپوکسی اکریلاتی، خرده‌چوب‌های ریز برای لایه سطحی که بر روی مش 20 باقیماده و خرده‌چوب‌های درشت که از مش 20 عبور داده شده برای لایه میانی مورد استفاده قرار گرفت. به منظور کاهش رطوبت خرده‌چوب‌ها تا رطوبت 5/2 درصد، ذرات به مدت 8 ساعت در خشک‌کن دمای 103 درجه قرار گرفتند. تانن تجاری استخراج شده از پوست میموزا، که به صورت پودر قهوه‌ای رنگ و خشک شامل 82 درصد مونومر و الیگومر فلاونوئیدی می‌باشد از شرکت سیلوا شیمی فرانسه تهیه شد. جهت سنتز رزین زیست‌پایه تانن اپوکسی اکریلاتی از اسید اکریلیک (99%)، هیدروکینون (99%) و کاتالیزور1,4-Diazabicyclo [2,2,2] octane شرکت سیگما-آلدریچ استفاده شد. گلیسیدیل اتر تانن با اکریلیک اسید و کاتالیزور و هیدروکینون در دمای 95 درجه سانتی‌گراد به مدت 12 ساعت واکنش داده و رزین تانن اپوکسی اکریلاتی تهیه شد. با استفاده از طیف‌سنجی زیر قرمز تبدیل فوریه ساختار نهایی رزین بررسی شد. سپس تخته‌خرده سه لایه با رزین تانن اپوکسی اکریلاتی در دو دمای پرس 160 و 180 درجه سانتی‌گراد و زمان پرس 5/5 و 5/7 دقیقه با دانسیته اسمی 700 کیلوگرم بر مترمکعب ساخته شد و خواص مکانیکی مانند مقاومت خمشی (MOR)، مدول الاستیسیته (MOE) و چسبندگی داخلی (IB) بر اساس استاندارد EN310 و EN319 و خواص فیزیکی مانند جذب آب (WA) و واکشیدگی ضخامت (TS) پس از 2 و 24 ساعت غوطه‌وری در آب بر اساس استاندارد EN317 اندازه‌گیری شد
یافته‌ها:
اسید اکریلیک با گلیسیدیل اتر تانن واکنش داده، در محل گروه‌های اپوکسی، گروه‌های اکریلیکی قرار می‌گیرند و باعث شاخه‌دار شدن ترکیب و سنتز رزین تانن اپوکسی اکریلاتی شد. نتایج FTIR حضور گروه‌های اکریلیک در رزین را تایید کرد. نتایج آزمایشات نشان داد که افزایش دما و زمان پرس تاثیر مثبت بر روی همه خواص فیزیکی و مکانیکی تخته‌های ساخته شده داشته است. مقاومت خمشی با افزایش دما و زمان پرس از 3/13 به 3/16 مگاپاسکال، مدول الاستیسیته از 2600 به 3600 مگاپاسکال و چسبندگی داخلی از 4/0 به 8/0 مگاپاسکال افزایش یافته است. زیرا افزایش دما و زمان پرس، سبب تبخیر سریعتر رطوبت و نرم شدن و متراکم شدن بهتر ذرات در سطح تخته و انتقال حرارت به لایه میانی و گیرایی بهتر رزین در لایه میانی تخته شد و سبب افزایش مقاومت‌های مکانیکی شد. با افزایش دما و زمان پرس میزان واکشیدگی ضخامت پس از 2 ساعت از 11 درصد به 7 درصد و پس از 24 ساعت از 17 درصد به 12 درصد کاهش یافته است. میزان جذب آب نیز از 25 درصد به 17 درصد بعد از 2 ساعت غوطه‌وری و 30 درصد به 21 درصد بعد از 24 ساعت غوطه‌وری در آب رسیده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Study the using of bio based tannin epoxy acrylate resin in mechanical and physical properties of particle board

نویسندگان [English]

  • shayesteh jahanshahee 1
  • Ali Abdulkhani 2
  • Kazem Doosthoseini 2
  • Alireza Shakeri 2
1 Dep. wood and paper Faculty of natural resources Tehran university
2 University of tehran
چکیده [English]

Background and objectives
One of the important parts in the wood and paper industry are synthetic resins used. Epoxy resins, such as polymers are widely used in various industries and industrial adhesives. That obtained the compound bisphenol A and epichlorohydrin. Bisphenol A of the epoxy resins in the formulation is obtained from the petroleum products, that these products are limited and exhaustible, expensive and cancer. The presence of bisphenol A, in the environment, can be a serious threat to human health and the environment. Research conducted in the field of bio-based epoxy resins such as Shakeri et al (2010) used to soybean epoxy resin in in strawboard. Tasooji et al (2010) compared to the base resin of formaldehyde and epoxy soybean resin were examined in straw boards. The aim of this study was to synthesis of bio based tannin epoxy acrylate and producing particleboard with them and evaluated the mechanical and physical properties.
Materials and methods
In this study, for the production of three layer particle board with bio-based tannin epoxy acrylate resin, fine wood chips to the surface layer remind 20 mesh and coarse wood chips pass to 20 mesh that was used for the middle layer. In order to reduce the moisture in wood with a moisture content of 2.5%, the particles put auto temperature for 8 hours at 103°C, respectively. Commercial tannin extracted from the bark mimosa, which is brown and dry powder contains 82% monomers and oligomers is flavonoid chemistry of Silva France was prepared. For synthesis of bio based tannin epoxy acrylate resin, acrylic acid (99%), hydroquinone (99%) and catalyst 4- Diazabicyclo [2,2,2] octane was used Sigma-Aldrich Co. Glycidyl ether tannin reacted with acrylic acid and hydroquinone and catalyst at a temperature of 95 °C for 12 hours and tannins epoxy acrylate resin was prepared. Using Fourier transform infrared spectroscopy was investigated final structure of the resin. Then in a three-layer board was made with tannin epoxy acrylate resin, at press temperatures of 160 and 180 °C and press time for 5/5 and 7/5 minutes with a nominal density of 700 kg/m3 and mechanical and physical properties were measured such as flexural strength (MOR), modulus elasticity (MOE) and Internal bending (IB) according EN310 and EN319 standards and physical properties such as water absorption (WA) and thickness swelling (TS) (after 2 and 24 hours immersion in water), according to standard EN317.
Results
Acrylic acid reacts with the glycidyl ether tannin, in place of epoxy groups, acrylic groups are causing ripple branches combined. FTIR results confirmed the presence of acrylic resin. The results showed that increasing press temperature and press time had positive effect on physical and mechanical properties have been made. Flexural strength with increasing temperature and time after 13/3 to 16/3 MPa, the modulus of elasticity of 2600 MPa and 3600 Mpa, IB from 0.4 to 0.8 increased. Because a rise in temperature and press time, due to faster evaporation and condensation of moisture and soften the particles in the beam better and better heat transfer to the middle layer and curing the resin in the middle layer board and increase the strength. As temperatures rise and the press time, the thickness swelling has decreased after 2 hours from 11% to 7% and after 24 hours from 17 percent to 12 percent. The water absorption has decreased after 2 hours from 25% to 17% and after 24 hours from 30% to 21% .

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tannin Epoxy Acrylate Resin
  • Particleboard
  • Mechanical and Physical properties