بررسی تأثیر سمی کاربازید، آمینو پروپیل تری اتوکسی سیلان (APTES) بر میزان انتشار گاز فرمالدئید و خواص فیزیکی- مکانیکی تخته‌ خرده چوب‌های ساخته شده با رزین اوره فرمالدئید(UF)

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی صنایع چوب و فراورده‌های سلولزی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه زابل، زابل، ایران

2 دانشیار، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه زابل، زابل، ایران.

3 دانشیار ، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه زابل، زابل، ایران.

4 دانشیار، گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه زابل، زابل، ایران.

چکیده

سابقه و هدف: صنعت تخته خرده چوب به دلیل کاربرد گسترده در ساخت و ساز و دکوراسیون دارای اهمیت است که در آن چسب‌های اوره فرمالدئید به دلیل مقرون به صرفه بودن، به طور رایج استفاده می‌شوند؛ با این حال، انتشار گاز اوره فرمالدئید از این تخته‌ها یک چالش جدی زیست محیطی و بهداشتی محسوب می‌شود که می‌تواند منجر به خطرات در سلامتی و حتی سرطان شود؛ لذا، تحقیقات کنونی بر روی استفاده از افزودنی‌هایی نظیر سمی کاربازید و آمینو پروپیل تری اتوکسی سیلان متمرکز شده‌اند تا این میزان انتشار فرمالدئید از محصولات نهایی کاهش یابد. هدف بررسی تأثیر سمی کاربازید، آمینو پروپیل تری اتوکسی سیلان (APTES) بر میزان انتشار گاز فرمالدئید و خواص فیزیکی- مکانیکی تخته‌ خرده چوب‌های ساخته شده با رزین اوره فرمالدئید(UF) تولیدی شرکت‌های چسب‌ شیراز و سامد می‌باشد.
مواد و روش‌ها: این پژوهش به بررسی ساخت تخته‌ خرده چوب‌های با استفاده از خرده چوب‌های درشت و ریز، چسب اوره فرمالدئید سامد مشهد، شیراز، هاردنر و مقادیر مختلفی از ماده سمی کاربازید (1، 5/1 گرم) و آمینو پروپیل تری اتوکسید (2، 4، 6 درصد) می‌پردازد؛ خرده چوب‌های خشک ‌شده با این مواد مخلوط شده و کیک خرده چوب (با نسبت 60 به 40 خرده چوب درشت به ریز) در دمای 190 درجه سانتی‌گراد و فشار مشخص پرس شد تا تخته‌هایی با دانسیته 7/0 گرم بر سانتی‌متر مکعب و ضخامت 16 میلی‌متر تولید شود؛ در نهایت، تخته ساخته شده به مدت دو هفته در شرایط استاندارد نگهداری شدند و برای ارزیابی کیفیت، مقاومت و مدول خمشی، چسبندگی داخلی، انتشار فرمالدئید، جذب آب، واکشیدگی ضخامت و بررسی‌های میکروسکوپی روی آن‌ها انجام شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که چسب شاهد شیراز عملکرد مکانیکی بهتری دارد، از جمله می‌توان به مقاومت خمشی، چسبندگی داخلی و مدول الاستیسیته خمشی بالاتر آن اشاره کرد. سمی‌کربازید در چسب شیراز با ۱ گرم بیشترین مقاومت خمشی و با ۱٫۵ گرم بالاترین چسبندگی داخلی و مدول خمشی و آمینوپروپیل‌تری‌اتوکسی‌سیلان در چسب شیراز با ۲ درصد بیشترین مقاومت خمشی، چسبندگی داخلی و مدول خمشی نشان دادند. کمترین جذب آب و واکشیدگی ضخامت (۲ و ۲۴ ساعت) در چسب شیراز مشاهده شد. در مورد جذب آب پس از ۲ ساعت، چسب سامد مشهد با ۶ درصد آمینوپروپیل‌تری‌اتوکسی‌سیلان کمترین جذب آب را داشت، اما پس از ۲۴ ساعت، چسب شیراز با همان غلظت ۶ درصد کمترین میزان جذب آب را نشان داد. انتشار فرمالدئید در چسب شیراز به طور کلی کمتر بود و با افزودن 5/1 گرم سمی‌کربازید و همچنین 2 درصد تری‌اتوکسید، کاهش چشمگیری در چسب شیراز مشاهده شد. تحلیل‌های SEM و FTIR این نتایج را تأیید کرده و نشان دادند که پیوندهای شیمیایی قوی (شامل گروه‌های C=O، N-H، C-H و Si-O-Si) بین اجزا، منجر به افزایش چسبندگی، یکپارچگی و سازگاری بین پلیمر چسب و خرده‌چوب شده است.
نتیجه گیری: بهترین خواص مکانیکی (بیشترین مقاومت خمشی و چسبندگی داخلی) با استفاده از چسب شیراز همراه با 2 درصد آمینو پروپیل تری اتوکسی سیلان به دست آمد، در حالی که بالاترین مدول الاستیسیته خمشی مربوط به چسب شاهد شیراز بود؛ در زمینه جذب آب، کمترین مقدار در 2 ساعت مربوط به چسب سامد مشهد با 6 درصد افزودنی و در 24 ساعت مربوط به چسب شیراز با 6 درصد افزودنی بود، و کمترین واکشیدگی ضخامت نیز در چسب شیراز با 2 درصد تری‌اتوکسید مشاهده شد؛ از نظر ایمنی، کمترین انتشار گاز فرمالدئید متعلق به چسب سامد مشهد با 6 درصد تری‌اتوکسید بود؛ علاوه بر این، بررسی‌های میکروسکوپی (SEM) نشان داد که افزودن سیلان باعث بهبود چسبندگی و یکنواختی ساختار شده، و تحلیل FTIR نیز بر برقراری تعاملات شیمیایی مؤثر بین اجزای چسب و خرده چوب تأیید داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation of the toxic effect of carbazide, aminopropyltriethoxysilane (APTES) on the formaldehyde gas emission rate and physical-mechanical properties of particleboard made with urea-formaldehyde (UF) resinAbstract

نویسندگان [English]

  • Samaneh Pourkarami 1
  • Hamid Reza Mansouri 2
  • Mohammad Dehmardeh Qalenow 3
  • Ali Reza Samzadeh 4
1 Ph.D. Student in Wood and Cellulosic Products Engineering, Faculty of Natural Resources, University of Zabol, Zabol, Iran.
2 Associate Professor, Department of Wood and Paper Science and Technology, Faculty of Natural Resources, University of Zabol, Zabol, Iran.
3 Associate Professor, Department of Wood and Paper Science and Technology, Faculty of Natural Resources, University of Zabol, Zabol, Iran.
4 Associate Professor, Department of Chemistry, Faculty of Science, University of Zabol, Zabol, Iran.
چکیده [English]

Background and Objective: The particleboard industry is important due to its wide application in construction and decoration, where urea-formaldehyde adhesives are commonly used due to their cost-effectiveness; however, the emission of urea-formaldehyde gas from these boards is a serious environmental and health challenge that can lead to health hazards and even cancer; therefore, current research has focused on the use of additives such as carbazide and aminopropyltriethoxysilane to reduce this formaldehyde emission from the final products. The aim is to investigate the effect of carbazide, aminopropyltriethoxysilane (APTES) on the formaldehyde emission rate and physical-mechanical properties of particleboard made with urea-formaldehyde (UF) resin produced by Shiraz and Samed Adhesives Companies.
Materials and Methods: This study investigates the manufacture of particleboard using coarse and fine wood chips, Samed Mashhad, Shiraz urea formaldehyde adhesive, hardener, and various amounts of the toxic substance carbazide (1, 1/5 grams) and aminopropyltriethoxide (2, 4, 6 percent); dried wood chips were mixed with these materials and the chip cake (with a ratio of 60 to 40 coarse to fine wood chips) was pressed at 190 degrees Celsius and a certain pressure to produce boards with a density of 0/7 grams per cubic centimeter and a thickness of 16 millimeters; finally, the manufactured boards were stored for two weeks under standard conditions and were subjected to quality evaluation, strength and flexural modulus, internal adhesion, formaldehyde diffusion, water absorption, thickness swelling, and microscopic examinations.
Results: The results showed that the Shiraz control adhesive had better mechanical performance, including its higher flexural strength, internal adhesion, and flexural modulus. Semicarbazide in Shiraz adhesive with 1 g showed the highest flexural strength and with 1/5 g the highest internal adhesion and flexural modulus, and aminopropyltriethoxysilane in Shiraz adhesive with 2% showed the highest flexural strength, internal adhesion, and flexural modulus. The lowest water absorption and thickness swelling (2 and 24 hours) were observed in Shiraz adhesive. Regarding water absorption after 2 hours, Samed Mashhad adhesive with 6% aminopropyltriethoxysilane had the lowest water absorption, but after 24 hours, Shiraz adhesive with the same concentration of 6% showed the lowest water absorption. Formaldehyde emission in Shiraz adhesive was generally lower, and a significant reduction was observed in Shiraz adhesive with the addition of 1/5 g semicarbazide and 2% triethoxide. SEM and FTIR analyses confirmed these results and showed that strong chemical bonds (including C=O, N-H, C-H, and Si-O-Si groups) between the components led to increased adhesion, integrity, and compatibility between the adhesive polymer and wood chips.
Conclusion: The best mechanical properties (highest flexural strength and internal adhesion) were obtained using Shiraz adhesive with 2% aminopropyltriethoxysilane, while the highest flexural modulus of elasticity was obtained with the Shiraz control adhesive; in terms of water absorption, the lowest value in 2 hours was for Samed Mashhad adhesive with 6% additive and in 24 hours for Shiraz adhesive with 6% additive, and the lowest thickness swelling was observed in Shiraz adhesive with 2% triethoxide; in terms of safety, the lowest formaldehyde gas emission was for Samed Mashhad adhesive with 6% triethoxide; In addition, microscopic (SEM) studies showed that the addition of silane improved adhesion and structural uniformity, and FTIR analysis also confirmed the establishment of effective chemical interactions between the adhesive components and wood chips.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Formaldehyde gas emissions
  • carbazide poisoning
  • Samed glue
  • Shiraz glue

مراجع

1.Kelleci, O., Koksal, S. E., Aydemir, D.,
& Sancar, S. (2022). Eco-friendly particleboards with low formaldehyde emission and enhanced mechanical properties produced with foamed urea-formaldehyde resins. Journal of Cleaner Production. 379 (2(15)), 134785.
2.Pirayesh, H. R., Khanjanzadeh, H., & Salari, A. (2013). Effect of using walnut/almond shells on the physical, mechanical properties and formaldehyde emission of particleboard. Composites Part B: Engineering. 45(1), 858-863.
3.Liang, J., Wu, J., & Xu, J. (2021).
Low-formaldehyde emission composite particleboard manufactured from waste chestnut bur. Springer Nature Link. 64(21).
4.Yadav, R. (2021). Development of low formaldehyde emitting particle board
by nano particle reinforcement. Journal
of Applied and Natural Science.
13(4), 1187-1197.
5.Medved, S., Tudor, E. M., Catalin Barbu, M., & Antonović, A. (2019). Efficiency of bark for reduction of formaldehyde emmision from particleboards. Wood Research. 64(2), 307-316.
6.Warui Kariuki, S., Wachira, J., Kawira, M., & Murithi, G. (2019). Formaldehyde Use and alternative biobased binders for particleboard formulation: A review. Journal of Chemistry. 2019, 1-12.
7.Kameshki, B., Bayatkashkoli, A., Dahmardeh Ghaleno, M., Dahmardeh Behroz, R., & Shahreyare Moghddam, M. (2023). Evaluation of formaldehyde emission of medium density fiberboard made from with eco-friendly stabilizers and residue fibers of licorice root.
Journal of Forest and Wood Products. 76(3), 269-282. [In Persian]
8.Asefi Hedayat Abad, M., Mansouri,
H. R., Nosrati, B., Samzadeh, A., & Shirzaei, S. (2018). Reduction of emissions of formaldehyde from urea-formaldehyde (UF) resins using boards made with urea additive. Forest and Wood Products. 71(4), 335-345. [In Persian]
9.Ghani, A., Ashaari, Z., Bawon, P., & Lee, S.H. (2018). Reducing formaldehyde emission of urea formaldehyde-bonded particleboard by addition of amines as formaldehyde scavenger. Building and Environment. 142, 188-194.
10.Heydar, F., Mansouri, H., Sorinezami, Z., Dahmardeh Ghalehno, M., & Pizzi, A. (2022). Influence of additive of Chlorophytum comosum plant extract on physicochemical, structural and mechanical properties of urea formaldehyde resin. Iranian Journal
of Wood and Paper Industries.
13(3), 361-373. [In Persian]
11.Yang, P., Zhu, Z., Wang, L., Shen, A., Tang, M., Chen, M., Cao, Y., Dai, H., & Zhou, X. (2023). Developing carbon dots as green modifiers for improving the bonding performance of low-
molar-ratio urea-formaldehyde resin. International Journal of Adhesion and Adhesives. 125, 103416.
12.Zhao, Y., Zhang, S., Xu, Q., Wang, K., Yu, Y., Zhao, Q., Jiang, M., & Liu, P. (2024). Molecular dynamics simulation: The roles of silane coupling agent structural configurations on quartz
fiber-epoxy interface. Computational Materials Science. 235, 112833.
13.Najahi, A., Aguado, R. J., Tarrés, Q., Boufi, S., & Delgado-Aguilar, M. (2023). Harvesting value from agricultural waste: Dimensionally stable fiberboards and particleboards with enhanced mechanical performance and fire retardancy through the use of lignocellulosic nanofibers.
14.Onat, S. M., & Kelleci, O.
(2022). Effects of silane treatment
on physical and mechanical properties
of particleboards prepared with
urea formaldehyde. Drvna Industrija.
73(4), 439-444.
15.Altgen, M., Altgen, D., Klüppel, A., & Rautkari, L. (2020). Effect of curing conditions on the water vapor sorption behavior of melamine formaldehyde resin and resin-modified wood.
Journal of Materials Science.
55(25), 11253-11266.
16.Kord, B., Ghalehno, M. D., & Movahedi, F. (2020). Effect of immidazolium-based green solvents on the moisture absorption and thickness swelling behavior of wood flour/polyethylene composites. Journal of Thermoplastic Composite Materials. 35(11), 2162-2176.
17.Kaboorani, A. (2017). Characterizing water sorption and diffusion properties of wood/plastic composites as a function of formulation design. Construction and Building Materials. 136, 164-172.
18.Cui, Y. H., Wang, X. X., Xu, Q., & Xia, Z. Z. (2010). Research on moisture absorption behavior of recycled polypropylene matrix wood plastic composites. Journal of Thermoplastic Composite Materials. 24(1), 65-82.
19.Kong, X., Wei, Z., Xia, S., Jia, B., Gan, L., & Han, S. (2023). The characterizations of nanofluid type urea formaldehyde resins. International Journal of Adhesion and Adhesives. 126, 103451.
20.Asadi Khorramabadi, L., Behrooz, R., & Kazemi Najafi, S. (2023). Reduction of formaldehyde emission from medium density fiberboard using nanoclay modified with 3-aminopropyltriethoxysilane and l-Lysine as additives to urea-formaldehyde adhesive. International Journal of Adhesion and Adhesives. 125, 103426.
21.Gao, Z. Z., Yue, C., Cao, H. B., Wang, X. B., Zhu, X. F., & Lin, R. H. (2012). Preparation and formaldehyde emission and bonding performance of novel modified urea-formaldehyde resin adhesive. Advanced Materials Research. Pp: 490-495, 3476-3480.
22.Tjeerdsma, B. F., & Militz, H. (2005). Chemical changes in hydrothermal treated wood: FTIR analysis of combined hydrothermal and dry heat-treated wood. Holz Als Roh- Und Werkstoff. 63(2), 102-111.
23.Kumari Maddina, S., & Kandru, A. (2025). Identification of fanctional groups and chemical profiling of Ipomoea paracitica using FTIR spectroscopy. International Journal on Biological Sciences. 16(1), 17-26.
24.Zorba, T., Papadopoulou, E., Hatjiissaak, A., Paraskevopoulos, K. M., & Chrissafis, K. (2008). Urea-formaldehyde resins characterized by thermal analysis and FTIR method. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 92(1), 29-33.
25.Chiang, T. C., Hamdan, S., & Osman, M. S. (2016). Urea formaldehyde composites reinforced with Sago fibres analysis by FTIR, TGA, and DSC. Advances in Materials Science and Engineering. 2016, 1-10.
26.Yang, X., Li, Q., Huang, W., & Suo, N. (2015). Analysis of melamine-formaldehyde ware,urea-formaldehyde ware and covering coat of ware by FTIR spectrometry. In Chemical Analysis and Meterage.
27.Zhang, W., Azizi-Lalabadi, M., Roy, S., Salim, S. A., Castro-Muñoz, R., & Jafari, S. M. (2023). Maillard-reaction (glycation) of biopolymeric packaging films; principles, mechanisms, food applications. Trends in Food Science & Technology. 138, 523-538. 
28.Tang, Q., Yang, Y., Lu, Y., Diao, S., Chen, Y., & Zhang, G. (2023). A highly durable reactive flame retardant with –N=P–(N)3– and phosphoric acid ester groups for cotton fabrics. Cellulose. 30(16), 10533-10550.
29.Jin, F., Wu, X., Gao, F., Ge, H. L., Wang, S., Wang, Y., Wu, Q., & Yang, H. (2023). Developing a high response and low hysteresis humidity sensor based on C60-Lys. Vacuum. 214, 112242.
30.Ta, T. K. H., Tran, T. N. H., Tran, Q. M. N., Pham, D. P., Pham, K. N., Cao, T. T., Kim, Y. S., Tran, D. L., Ju, H., & Phan, B. T. (2017). Surface functionalization of WO3 thin films with (3-aminopropyl) triethoxysilane and succinic anhydride. Journal of Electronic Materials. 46(6), 3345-3352.
31.Okabayashi, H., Shimizu, I., Nishio, E., & Connor, C. J. O. (1997). Diffuse reflectance infrared Fourier transform spectral study of the interaction of 3-aminopropyltriethoxysilane on silica gel. Behavior of amino groups on the surface. Colloid & Amp; Polymer Science. 275(8), 744-753.
پژوهش‌های علوم و فناوری چوب و جنگل
دوره 32، شماره 4
دی 1404
صفحه 109-128

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار