بررسي استفاده از رزين زيست پايه تانن اپوكسي اكريلات بر خواص مكانيكي و فيزيكي تخته خرده چوب

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

سابقه و هدف: يكي از بخش‌هاي مهم در صنايع چوب و كاغذ، رزين‌هاي سنتزي مورد استفاده مي‌باشد. رزين‌هاي اپوكسي، از جمله پليمرهاي پرمصرف در صنايع مختلف و صنايع چسب‌سازي مي‌باشند كه از تركيب بيس‌فنول A و اپي‌كلروهيدرين بدست مي‌آيد. بيس‌فنول A در فرمولاسيون رزين‌هاي اپوكسي از فرآورده‌هاي نفتي به دست مي‌آيد كه اين فرآورده‌ها محدود و پايان‌پذير، گران و سرطان‌زا است، وجود بيس‌فنول A، در محيط اطراف، مي‌تواند تهديدي جدي براي سلامت انسان و محيط زيست باشد. تحقيقاتي در زمينه رزين‌هاي زيستي‌پايه اپوكسي انجام شده از جمله شاكري و همكاران (2010) از رزين سوياي اپوكسي‌دار شده اكريليكي در ساخت تخته‌كاه استفاده كردند. تسوجي و همكاران (2010) مقايسه رزين پايه فرمالدهيد و سوياي اپوكسي‌دار شده اكريليكي در ساخت تخته‌كاه را مورد بررسي قرار دادند. هدف اين تحقيق، سنتز رزين زيست‌پايه تانن اپوكسي اكريلاتي و ساخت تخته خرده چوب با آن و بررسي خواص مكانيكي و فيزيكي آن است. مواد و روش‌ها: در اين تحقيق جهت ساخت تخته خرده‌چوب سه لايه با رزين زيست‌پايه تانن اپوكسي اكريلاتي، خرده‌چوب‌هاي ريز براي لايه سطحي كه بر روي مش 20 باقيماده و خرده‌چوب‌هاي درشت كه از مش 20 عبور داده شده براي لايه مياني مورد استفاده قرار گرفت. به منظور كاهش رطوبت خرده‌چوب‌ها تا رطوبت 5/2 درصد، ذرات به مدت 8 ساعت در خشك‌كن دماي 103 درجه قرار گرفتند. تانن تجاري استخراج شده از پوست ميموزا، كه به صورت پودر قهوه‌اي رنگ و خشك شامل 82 درصد مونومر و اليگومر فلاونوئيدي مي‌باشد از شركت سيلوا شيمي فرانسه تهيه شد. جهت سنتز رزين زيست‌پايه تانن اپوكسي اكريلاتي از اسيد اكريليك (99%)، هيدروكينون (99%) و كاتاليزور1,4-Diazabicyclo [2,2,2] octane شركت سيگما-آلدريچ استفاده شد. گليسيديل اتر تانن با اكريليك اسيد و كاتاليزور و هيدروكينون در دماي 95 درجه سانتي‌گراد به مدت 12 ساعت واكنش داده و رزين تانن اپوكسي اكريلاتي تهيه شد. با استفاده از طيف‌سنجي زير قرمز تبديل فوريه ساختار نهايي رزين بررسي شد. سپس تخته‌خرده سه لايه با رزين تانن اپوكسي اكريلاتي در دو دماي پرس 160 و 180 درجه سانتي‌گراد و زمان پرس 5/5 و 5/7 دقيقه با دانسيته اسمي 700 كيلوگرم بر مترمكعب ساخته شد و خواص مكانيكي مانند مقاومت خمشي (MOR)، مدول الاستيسيته (MOE) و چسبندگي داخلي (IB) بر اساس استاندارد EN310 و EN319 و خواص فيزيكي مانند جذب آب (WA) و واكشيدگي ضخامت (TS) پس از 2 و 24 ساعت غوطه‌وري در آب بر اساس استاندارد EN317 اندازه‌گيري شد يافته‌ها: اسيد اكريليك با گليسيديل اتر تانن واكنش داده، در محل گروه‌هاي اپوكسي، گروه‌هاي اكريليكي قرار مي‌گيرند و باعث شاخه‌دار شدن تركيب و سنتز رزين تانن اپوكسي اكريلاتي شد. نتايج FTIR حضور گروه‌هاي اكريليك در رزين را تاييد كرد. نتايج آزمايشات نشان داد كه افزايش دما و زمان پرس تاثير مثبت بر روي همه خواص فيزيكي و مكانيكي تخته‌هاي ساخته شده داشته است. مقاومت خمشي با افزايش دما و زمان پرس از 3/13 به 3/16 مگاپاسكال، مدول الاستيسيته از 2600 به 3600 مگاپاسكال و چسبندگي داخلي از 4/0 به 8/0 مگاپاسكال افزايش يافته است. زيرا افزايش دما و زمان پرس، سبب تبخير سريعتر رطوبت و نرم شدن و متراكم شدن بهتر ذرات در سطح تخته و انتقال حرارت به لايه مياني و گيرايي بهتر رزين در لايه مياني تخته شد و سبب افزايش مقاومت‌هاي مكانيكي شد. با افزايش دما و زمان پرس ميزان واكشيدگي ضخامت پس از 2 ساعت از 11 درصد به 7 درصد و پس از 24 ساعت از 17 درصد به 12 درصد كاهش يافته است. ميزان جذب آب نيز از 25 درصد به 17 درصد بعد از 2 ساعت غوطه‌وري و 30 درصد به 21 درصد بعد از 24 ساعت غوطه‌وري در آب رسيده است. نتيجه گيري: آنچه در اين پژوهش ميتوان به آن دست يافت شرايط بهينه براي ساخت رزين زيست پايه تانن اپوكسي اكريلات دماي 95 درجه سانتيگراد و زمان پخت 12 ساعت بود. در ساخت تخته با رزين تانن اپوكسي اكريلات افزايش دماي پرس از 160 به 180 درجه و زمان پرس از 5/5 به 7/5 دقيقه تأثير مثبت بر روي خواص فيزيكي و مكانيكي پانل نهايي داشت. با توجه به اين كه همه تخته ها از خواص مكانيكي و فيزيكي استاندارد اروپا برخوردار بودند جهت صرفه اقتصادي، تخته هاي ساخته شده در دماي 160 درجه و زمان 5/5 قيقه ميتواند خواسته هاي صنعت را برآورده كند.

Background and objectives: One of the important parts in the wood and paper industry is 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 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 the 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. Brown and dry powder contains 82% monomersand oligomers of flavonoid, was prepared from Silva (France). 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. the final structure of the resinwas investigated Using Fourier transform infrared spectroscopy. 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 a 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%. Conclusion: What can be achieved in this study, optimal conditions for the production of bio-based tannin epoxy acrylate resin was 95°C temperature and baking time was 12 hours. In producing particle board with tannin epoxy acrylate resin the increasing of press temperature from 160 to 180 °C and the press time from 5.5 to 7.5 minutes had positive effect on physical and mechanical properties of the final panel. The economy in the manufacture of panel boards made at a temperature of 160 °C and a time of 5.5 minutes can meet the demands of the industry.