كاربرد نانوكريستال سلولز استيله شده در چسب بر پايه سوياي اصلاح شده براي تخته لايه

Application of acetylated nanocrystalline cellulose in modified soy-based adhesive for plywood

با هدف ارائه يك چسب بدون فرم‌آلدهيد قابل رقابت با چسب‌هاي مورد استفاده در صنعت چوب، از آرد دانه سويا (SF) كه ماده‌اي فراوان، دوست‌دار محيط‌زيست و تجديدپذير است و با سديم هيدروكسيد (NaOH)، پلي اتيلن ايمين (PEI) و نانوكريستال سلولز (NCC) استيله شده در دو سطح 1 و 3% درصد وزني SF/PEI به عنوان مواد اصلاح كننده SF، فرمول‌بندي‌هاي متفاوتي سنتز شدند. مواد اصلاح كننده چسب‌هاي سويا با هدف كاهش ضعف‌هاي سويا مانند مقاومت اتصال و مقاومت به آب پايين و بهبود ويژگي‌هاي چسب به كار مي‌روند. ويژگي‌هاي فيزيكي چسب‌ها مانند ميزان ماده جامد،pH، ژل تايم و ويسكوزيته، مطابق استاندارد اندازه‌گيري شدند. با فرمول‌بندي‌هاي سنتز شده، تخته لايه‌هاي راش (Fagus orientalis) ساخته شد و مقاومت به آب و مقاومت برشي نمونه‌ها در حالت تر و خشك مطابق استانداردهاي مربوطه اندازه‌گيري و نتايج آن‌ها با نتايج تخته‌هاي فنول‌فرم‌الدهيد (PF) مقايسه شد. تغييرات ساختاري چسب‌ها با طيف‌سنجي FTIR بررسي شد. با بررسي NCC استيله شده، اصلاح گروه‌هاي هيدروكسيل و جايگزيني آن‌ها با گروه‌هاي استري با طيف‌سنجي FTIR تاييد، درجه استخلاف آن‌ها به روش تيتراسيون 0/34 و آناليز X-Ray كاهش شاخص بلورينگي را پس از استيلاسيون نشان داد. با افزودن مواد اصلاح كننده به SF ماده جامد و ويسكوزيته افزايش يافت. تخته‌‌لايه‌هاي با فرمول‌ SF/PEI/NaOH/NCC در دو سطح NCC استيله شده داراي مقاومت برشي و مقاومت به آب مشابه چسب PF بودند. نتايج FTIR نشان داد NaOH، SF را واسرشت و دسترسي به گروه‌هاي آميني محصور در ساختار آن را بيشتر كرد. طيف SF/PEI/NaOH در مقايسه با SF/NaOH تغييرمكان‌هاي كوچكي را در پيك‌هاي جذبي نشان داد. طيف فرمول-بندي SF/PEI/NaOH/NCC حاكي از حذف يا كاهش شديد آمين‌هاي نوع اول و دوم بود. با در نظر گرفتن گروه‌هاي عاملي آرد سويا و گروه‌هاي آميني PEI كه پتانسيل واكنش با گروه‌هاي عاملي هيدروكسيل و كربونيلNCC استيله شده را دارند، پيوندهاي هيدروژني بين اجزاي چسب ايجادشد

Aimed to develop a formaldehyde-free adhesive that can compete with conventional adhesives in wood industry, soy flour (SF), an abundant, environmentally friendly and renewable material, was used. Using sodium hydroxide (NaOH), polyethylene imine (PEI) and acetylated nanocrystalline cellulose (NCC) at two levels (one and three percent by weight of the dry weight of SF / PEI) as modifying agents, different formulations were prepared. Modifying agents help to improvement of soy adhesive properties. Physical properties of synthesized adhesives such as the solid content, pH, gel time and viscosity of adhesives were measured. Beech (Fagus orientaleis) plywood samples were made by each formulation and their water resistance, dry and wet shear strength were measured in accordance with related standards. The results were compared with those of PF samples. Adhesive structural changes were evaluated with FTIR spectroscopy. With evaluation of acetylated NCC, modification of hydroxyl groups and replacing them to ester groups confirmed by FTIR spectroscopy, and the DS determined by titration was 0.34. X-ray analysis showed that the acetylation process reduced the crystallinity. Solid content and viscosity of adhesives were increased by adding modifying materials. Plywood samples with formulation of SF/PEI/NaOH/NCC in both two levels of acetylated NCC had shear strength and water resistance similar to PF adhesive. FTIR analysis indicated that NaOH denatures SF; amino groups buried inside the compact protein structure become available. Compared to SF/NaOH, SF/PEI/NaOH showed small shifts in absorbance peaks. Primary and secondary amines in SF/PEI/NaOH diminished or disappeared. Considering functional groups of SF and amino groups of PEI which have potential to react hydroxyl and carbonyl groups of acetylated NCC, hydrogen bonds within adhesive component developed.