بررسی ویژگی‌های رزین طبیعی تانن- فورفورال برای اصلاح چوب صنوبر

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری رشته علوم و صنایع چوب و کاغذ دانشگاه تهران

2 دانشگاه تهران

3 سرپرست آزمایشگاه حفاظت چوب موسسه تحقیقاتی سیراد، فرانسه استاد دانشگاه مون‌پلیه-گروه بیوووب، سیراد، فرانسه

4 عضو هیئت علمی گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ-دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران

5 دانشیار دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران

6 استاد تحقیقاتی در آزمایشگاه محصولات جنگل‌های مدیرانه‌ای و حاره‌ای، سیراد. مونپلیه، فرانسه.

چکیده

سابقه و هدف: تانن یک بسپار طبیعی است که اخیراً برای حفاظت چوب پیشنهادشده است، اما این پلیمر به‌تنهایی در برابر آب مقاومت چندانی نداشته و به‌آسانی هیدرولیز می‌شود. استفاده از آلدهیدهای مختلف برای ساخت رزین‌های بر پایه تانن برای بهبود خواص این رزین‌ بارها مورد مطالعه قرارگرفته است. فورفورال یک آلدهید طبیعی است که از هیدرولیز اسیدی ضایعات کشاورزی ازجمله تفاله نیشکر تولید می‌شود. در این تحقیق ابتدا اثر افزودن فورفورال به‌عنوان یک آلدهید طبیعی بر روی ویژگی‌های شبکه تانن بررسی شد. سپس قابلیت رزین طبیعی تانن/فورفورال برای اصلاح آغشتگی چوب صنوبر به‌منظور بهبود خواص فیزیکی آن ارزیابی شد.
مواد و روش‌ها: محلول‌های آبی تانن با غلظت 20 درصد و نسبت‌های مختلف فورفورال (5/2، 5، 10، 15، 20، 25، 40 و 50 درصد وزن خشک تانن) در pH های متفاوت متفاوت (2، 5/4، 7 و 9) ساخته شدند. سپس ویژگی‌های مختلف رزین‌ها ازجمله مقاومت به آبشویی، ویسکوزیته، دانسیته و زمان ژله‌ای شدن ارزیابی شده و در ادامه با روش فاکتوریل کامل به‌وسیله نرم‌افزار مینی تب در سطح اطمینان 95 درصد شرایط بهینه برای ساخت رزین مناسب اشباع چوب انتخاب شد. رزین ساخته‌شده در شرایط بهینه برای اشباع چوب صنوبر با استفاده از روش خلأ/فشار مورداستفاده قرار گرفت. برای پخت رزین و تبدیل آنها به بسپار در داخل چوب از حرارت‌دهی استفاده شد. سپس ویژگی‌های فیزیکی چوب طبق استانداردهای سری‌ (2020) ISO 13061 اندازه‌گیری شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که با افزایش نسبت فورفورال دانسیته رزین‌ها افزایش پیدا کرد. زمان ژله‌ای شدن و گرانروی رزین‌ها با افزایش نسبت فورفورال روند افزایشی داشت. رزین ساخته‌شده با نسبت فورفورال 50 درصد بالاترین مقاومت به آبشویی را داشت. بررسی میکروسکوپی نشان داد که رزین‌های حاوی فورفورال دارای ساختار متخلخل‌تری بودند. مطالعات وزن-سنجی حرارتی نشان داد که تا دمای 580 درجه سانتی‌گراد پلیمر تانن/فوفورال اصلاح‌شده دارای ثبات حرارتی ببشتری بود. بر اساس روش فاکتوریل کامل، شرایط بهینه برای ساخت رزین، نسبت فورفورال 50 درصد در اسیدیته 5/4 بود. نمونه‌های چوب صنوبر اشباع‌شده با رزین منتخب دارای جذب آب واکشیدگی حجمی کمتری نسبت به نمونه تیمار نشده بودند. با افزایش غلظت رزین، میزان جذب آب واکشیدگی ابعاد نمونه‌های تیمار شده کاهش قابل ملاحظه‌ای داشت.
نتیجه گیری: مطالعات وسیعی در سطح جهانی برای استفاده از پلیمرهای طبیعی به‌منظور حفاظت و اصلاح چوب در حال اجرا است. نتایج این تحقیق نشان داد که استفاده از رزین طبیعی تانن/فورفورال دورنمای نویدبخشی برای اصلاح ویژگی‌های فیزیکی چوب را دارد. با تنظیم درست شرایط ساخت رزین و پیش تیمار تانن-فورفورال می‌توان به رزینی با گرانروی مناسب و مقاوم به آبشویی برای استفاده در صنعت اشباع چوب دست یافت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The properties of natural tannin-furfural resin to be used for Poplar wood modification

نویسندگان [English]

  • Peyman Ahmadi 1
  • Davood Efhamisisi 2
  • Marie-France Thevenon 3
  • Hamid Zarea Hossainabadi 4
  • Reza Oladi 5
  • jean gerard 6
1 University of Tehran
2 University of Tehran
3 Head of the Wood Preservation Laboratory, CIRAD, UR BIOWooEB, TA B-114/16, 73 rue Jean-François Breton, F-34398 Montpellier Cedex 5, France BIOWooEB, Univ. Montpellier, CIRAD, Montpellier, France
4 Associate Professor, Department of Wood and Paper Science and Technology, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Iran
5 Department of wood and paper science and technology, University of Tehran
6 Head of the Mechanichal Laboratory, CIRAD, UPR BioWooEB, F-34398 Montpellier, France
چکیده [English]

Background and objectives: Tannin is a natural polymer that has recently been proposed for wood protection, but the structure of this polymer is not resistant to water and can be easily hydrolyzed or leached out from the wood. The use of various aldehydes to synthesize tannin-based resins and therefore improving the properties of these resins has already been studied. Furfural is a natural aldehyde and is the raw material for the production of furfuryl alcohol that is produced from the acidic hydrolysis of agricultural wastes, such as sugarcane. In this study, first, the effect of adding furfural on the tannin network features was investigated. Then, the ability of tannin/furfural natural resin was evaluated to impregnate and modify poplar wood to improve its physical properties and hygroscopic behavior.
Materials and methods: Tannin-based resins were made with 20% m/m tannin and different ratios of furfural (2.5, 5, 10, 15, 20, 25, 40, and 50% of tannin dry weight) in different acidic conditions (pH 2, 4.5, 7, 9). For all formulations, the properties of resins were evaluated, including impregnation abilities, leaching resistance, viscosity, density and gel time. Optimal condition for making suitable resin to impregnate wood was selected by the complete factorial method using mini-tab software at a 95% confidence level. Then, the resin made under optimal condition was used to impregnate the poplar wood using the vacuum/pressure method. Heating was used to cure the resin and turn it into a polymer inside the wood. The physical properties of modified wood were measured according to ISO 13061 standard.
Results: Examination of resin properties showed that with an increase in furfural ratio, the resin density increases. Moreover, the resin gel time and viscosity increased, with increasing furfural ratio and acidity respectively. The highest leaching resistance of resin was obtained with a resin made with 50% of furfural. Microscopic studies showed that resins containing furfural had a more porous structure. Thermogravimetric analysis showed that up to 580 °C, tannin / furfural modified polymer had higher thermal stability. According to the complete factorial method used, the optimal condition of resin manufacturing was adding 50% of furfural to tannin with an acidity of 4.5. Samples impregnated with the selected resins had less water absorption and swelling than the untreated ones. The volumetric swelling and water absorption of treated samples showed a considerable decrease with increasing resin concentration.
Conclusion: Extensive studies are underway worldwide to use natural polymers as wood preservatives or modifiers. The results of this study showed that the use of natural tannin / furfural resin has a promising prospect for improving the physical properties of wood. By accurately ‎adjusting the resin manufacturing conditions and the tannin-furfural pretreatment, a resin with suitable viscosity and leaching resistance can be achieved to be used in the wood impregnation industry. It is suggested that future studies investigate the conferred durability and mechanical properties of woods treated and modified with tannin / furfural polymer.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tannin
  • furfural
  • Dimensional stability
  • Leaching
  • Poplar wood