قابلیت جایگزینی چسب اوره فرمالدهید با چسب سویا در تولید تخته لایه

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، بخش تحقیقات علوم چوب و فرآورده‌های آن، مؤسسه تحقیقات جنگل‌ها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

2 سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

چکیده

سابقه و هدف: امروز به دلیل مشکلات زیست محیطی چسب های مصنوعی مانند خطرات ناشی از انتشار گاز فرمالدهید برای سلامتی انسان، استفاده از چسب های طبیعی در ساخت فرآورده های چوبی دوباره مورد توجه پژوهشگران و صنایع قرار گرفته است. مشکلات مربوط به سلامتی انسان و انتشار گاز فرمالدهید از فرآورده های مرکب چوبی از جمله نقاط ضعف چسب های مصنوعی متداول در صنایع چوب مانند اوره فرمالدهید هستند. تاکنون تلاش های زیادی برای کاهش میزان انتشار فرمالدهید و جایگزینی چسب اوره فرمالدهید با چسب های طبیعی در ساخت فرآورده های مرکب چوبی انجام شده است. اخیرا محققین توانسته اند چسب های طبیعی با ویژگی های فیزیکی و مکانیکی قابل قبول را در تولید فرآورده های مرکب چوبی ارائه دهند. این چسب ها کاملا دوست دار محیط زیست هستند و مشکل انتشار گازهای خطرناک را نیز ندارند.
مواد و روش‌ها: آرد سویا و پروتئین خالص سویا با استفاده از 5 درصد وزنی تانن های شاه بلوط و میموزا (به عنوان اتصال دهنده) برای ساخت انواع چسب سویا ترکیب شدند. برخی از ویژگی‌های چسب‌های سویا با استفاده از تحلیل گر ترمو-مکانیکی و گرماسنجی پویشی تفاضلی مورد بررسی قرار گرفتند. هم چنین تخته های سه لایه از لایه های گونه صنوبر دلتوئیدس ساخته شدند و ویژگی های مقاومت برشی و گسیختگی لایه ها مورد ارزیابی قرار گرفتند.
یافته ها: نتایج حاصل از ارزیابی قابلیت ژل شدن چسب های سویا با استفاده از روش ترمومکانیکی نشان دادند که افزودن تانن ها به ترکیب چسب سویا سبب کاهش دما و زمان ژل شدن آن ها می گردند. هم چنین نتایج حاصل از ارزیابی گرماسنجی پویشی تفاضلی نیز نشان دادند که تانن ها سبب تسریع فرآیند دناتوره شدن در پروتئین سویا می شوند. نتایج به دست آمده از اندازه گیری مقاومت برشی نمونه های آزمونی تخته لایه نیز نشان دادند که افزودن تانن ها به چسب سویا سبب افزایش مقاومت برشی می گردد. به طوری که مقادیر به دست آمده از آزمون برشی نمونه های ساخته شده با انوع چسب سویا در مقایسه با استاندارد اروپایی EN 314-2 و نمونه های ساخته شده با چسب اوره فرمالدهید بالاتر بودند. نتایج حاصل از آزمون مقاومت به گسیختگی لایه طبق استاندارد ANSI HPV- HP1 نیز نشان دادند که نمونه های ساخته شده با چسب سویا همانند نمونه های ساخته شده با چسب اوره فرمالدهید در برابر آب مقاوم نبودند و حداقل های لازم برای استفاده در شرایط درونی و بیرونی را نداشتند. اما استفاده از عوامل اتصال دهنده تانن ها در ترکیب چسب سویا به طور موفقیت آمیزی مقاومت به گسیختگی در تخته لایه ها را برای استفاده در شرایط درونی و بیرونی افزایش دادند.
نتیجه گیری: با در نظر گرفتن نتایج به دست آمده از این پژوهش چسب های سویا به دلیل ویژگی های مطلوب مکانیکی و فیزیکی در مقایسه با استاندارد EN 314-2، قابلیت جایگزینی با چسب اوره فرمالدهید در ساخت تخته لایه را دارند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Possibility of replacing urea formaldehyde resin by soy adhesive in production of plywood

نویسندگان [English]

  • Saman Ghahri 1
  • Reza Hajihassani 2
1 Assistant Prof., Wood and Forest Products Division, Research institute of forests and rangelands, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran
2 Assistant Prof., Wood and Forest Products Division, Research institute of forests and rangelands, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran
چکیده [English]

Background and Objectives: Todays, environmental problems of synthetic adhesives such as formaldehyde emission danger for human health cause to consider bio adhesives for wood based composites production by researchers and industries. Human health problems and formaldehyde emission from wood-based composites are some of the major drawbacks of the traditional synthetic adhesives such as urea formaldehyde resins. There have been many attempts to decrease formaldehyde emission and replace urea formaldehyde resins with bio-based adhesives for wood-based composites. Recently, researchers were developed bio based adhesives for wood based product manufacturing with acceptable physical and mechanical properties. These adhesives are totally environment-friendly and they have no gas emission. In this research, feasibility of replacing soy based adhesives by urea formaldehyde resin for plywood manufacturing was investigated.
Materials and Methods: Soy flour and soy protein combined with two types of different hydrolysable tannin and condensed tannin namely chestnut tannin and mimosa tannin by 5 wt% (as cross-linker agents) to produce different soy adhesives. Some properties of soy adhesives were evaluated by thermo-mechanical analyzer and differential scanning calorimetry. The adhesives were tested dynamically by thermomechanical analysis (TMA) on a Mettler 40 apparatus. Thermal transition properties of modified and unmodified soy flour samples were measured with an INNUO DSC 500-B instrument. Also, three ply plywood specimens with Populus deltoides plies were manufactured and their mechanical strength (shear strength) and delamination properties were investigated.
Results: The results obtained from thermo mechanical analysis showed that addition of tannins to soy based adhesives cause to decrease in their gelation time and temperature. Also, results of differential scanning calorimetry analysis showed a decrease in the denaturation temperature of soy protein by tannins addition. The results of plywood mechanical test showed an increase in the shear strength of specimens which prepared with improved-soy based adhesive by tannins as crosslinking agents. Their shear strength were evaluated higher than European standards, EN-314-2, and manufactured plywood by urea formaldehyde resin. Delamination test based on ANSI HPV- HP1 standard, also, showed the lower cyclic water resistance of all types of plywood which manufactured by soy based adhesives without crosslinking agents and, urea formaldehyde resin even indoor condition. But, addition of tannins as crosslinking agent to soy based adhesives, successfully, increased their delamination resistance for indoor and outdoor applications
Conclusion: Based on obtained results, soy adhesives because of acceptable physical and mechanical properties according to EN-314-2, have good potential to replace urea formaldehyde resin for plywood manufacturing.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bio adhesives
  • Wood products
  • Physical and mechanical properties

مراجع

 1.Allen, A.J., Marcink, J.J., Wagler, T.A., and Sosnowick, A.J. 2010. Investigations of the molecular interactions of soy-based adhesives. Forest Products J. 60: 6. 534-540.
2.Antov, P., Krišt’ák, L., Réh, R., Savov, V., and Papadopoulos, A.N. 2021.Eco-friendly fiberboard panels from recycled fibers bonded with calcium lignosulfonate. Polymers. 13: 639. https://doi.org/ 10.3390/polym13040639.
3.Bacigalupe, A., and Escobar, M.M. 2021. Soy protein adhesives for particleboard production – A review. J. of Polymers and the Environment. https://doi.org/ 10.1007/s10924-020-02036-8.
4.Charlton, A.J., Baxter, N.J., Lokmankhan, M., Moir, A.J., Haslam, E., Davies, A.P., and Williamson, M.P. 2002. Polyphenol/ peptide binding and precipitation. J.of Agricultural and Food Chemistry.50: 1593-1601.
5.Chen, X., Li, J., Pizzi, A., Fredon, E., Gerardin, C., Zhou, X., and Du, G. 2021. Tannin-furanic foams modified by soybean protein isolate (SPI) and industrial lignin substituting formaldehyde addition. Industrial Crops and Products. 168: 113607, ISSN 0926-6690, https:// doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.113607.
6.Chen, X., Pizzi, A., Xi, X., Zhou, X., Fredon, E., and Gerardin, C. 2021. Soy protein isolate non-isocyanates polyurethanes (NIPU) wood adhesives. J. of Renewable Materials, Scrivener publishing, In press, (10.32604/jrm. 2021. 015066).
7.Ghahri, S., Bari, E., and Pizzi, A. 2021. The challenge of environment-friendly adhesives for bio-composites. P 195-229, In: M. Jawaid, T. Ahmed Khan, M. Nasir, and M. Asim (eds), Eco-Friendly Adhesives for Wood and Natural Fiber Composites, Springer, Singapore.
8.Ghahri, S., Chen, X., Pizzi, A., Hajihassani, R., and Papadopoulos, A.N. 2021. Natural tannins as new cross-linking materials for soy-based adhesives. Polymers. 13: 4. 595-610.
9.Ghahri, S., Mohebby, B., Pizzi, A., Mirshokraie, A., and Mansouri, H.R. 2018. Improving water resistance of soy-based adhesive by vegetable tannin.J. of Polymers and the Environment.26: 5. 1881-1890.
10.Ghahri, S., Mohebby, B., Mirshokraie, S.A., and Mansouri, H.R. 2016. The effect of soy-flour mesh size and its adhesive acidity changes on shear strength of plywood. Iranian J. of wood and paper industries. 7: 3. 377-386.
11.Hosseini, B., Ghofrani, M., Taghiyari, H.R., and Ghahri, S. 2019. Effect of soy flour addition to urea-formaldehyde resin on plywood strength properties and formaldehyde emission. Iranian J. of Wood and Paper Science Research.
34: 3. 387-396.
12.Huang, W., and Sun, X. 2000. Adhesive properties of soy proteins modified by sodium dodecyl sulfate and sodium dodecylbenzene sulfonate. J. of the American Oil Chemists Society.77: 7. 705-708.
13.Koupantsis, T., Pavlidou, E., and Paraskevopoulou, A. 2016. Glycerol and tannic acid as applied in the preparation of milk proteins - CMC complex coavervates for flavour encapsulation. Food Hydrocolloids. 57: 62-71.
14.Li, J., Chang, Z., Zhang, B., Li, X., Sun, Z., Pengfei, H., Zhang, S., and Gao, Z. 2019. Effect of ambient aging during soybean meal storage on the performance of a soybean-based adhesive. Industrial Crops and Products. 140: 111725, ISSN 0926-6690, doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.111725.
15.Pizzi, A. 2021. Covalent and ionic bonding between tannin and collagen in leather making and shrinking: a MALDI-TOF study. J. of Renewable Materials. 9: 8. 1345-1364. 
16.Sionkowska, A., Kaczmarek, B., and Lewandowska, K. 2014. Modification of collagen and chitosan mixtures by the addition of tannic acid. J. of Molecular Liquids. 199: 318-323.
17.Ghahri, S., and Hajihassani, R. 2021. Use of Modified Soy Adhesive for Manufacturing Fiberboard from Wood and OCC Fiber. Iranian J. of wood and paper industries. 12: 2. 247-257.
18.Taghiyari, H.R., Hosseini, S.B., Ghahri, S., Ghofrani, M., and Papadopoulos, A.N. 2020. Formaldehyde emission in micron-sized wollastonite-treated plywood bonded with soy flour and urea-formaldehyde resin. Applied sciences. 10: 19. 6709-6723.
19.Yin, H., Zheng, P., Zhang, E., Rao, J., Lin, Q., Fan, M., Zhu, Z., Chen, M., Cheng, S., Zeng, Q., and Chen, N. 2020. An environmentally-friendly soybean based resin as an alternative to formaldehyde-based counterpart for biomass composites, International J. of Adhesion and Adhesives. 104: 102755, ISSN 0143-7496, https://doi.org/10. 1016/ j.ijadhadh.2020.102755.
20.Zhu, X., Song, C., Sun, X., Wang, D., Cai, D., Wang, Z., Chen, Y., and Chen, X. 2021. Improved water resistance of TA-modified soy adhesive: Effect of complexation. International J. of Adhesion and Adhesives. 108: 102858, ISSN 0143-7496, https://doi.org/10. 1016/j.ijadhadh.2021.102858.
پژوهش‌های علوم و فناوری چوب و جنگل
دوره 28، شماره 3
آذر 1400
صفحه 111-129

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار