قابليت جايگزيني چسب اوره فرمالدهيد با چسب سويا در توليد تخته لايه

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

سابقه و هدف: امروز به دليل مشكلات زيست محيطي چسب هاي مصنوعي مانند خطرات ناشي از انتشار گاز فرمالدهيد براي سلامتي انسان، استفاده از چسب هاي طبيعي در ساخت فرآورده هاي چوبي دوباره مورد توجه پژوهشگران و صنايع قرار گرفته است. مشكلات مربوط به سلامتي انسان و انتشار گاز فرمالدهيد از فرآورده هاي مركب چوبي از جمله نقاط ضعف چسب هاي مصنوعي متداول در صنايع چوب مانند اوره فرمالدهيد هستند. تاكنون تلاش هاي زيادي براي كاهش ميزان انتشار فرمالدهيد و جايگزيني چسب اوره فرمالدهيد با چسب هاي طبيعي در ساخت فرآورده هاي مركب چوبي انجام شده است. اخيرا محققين توانسته اند چسب هاي طبيعي با ويژگي هاي فيزيكي و مكانيكي قابل قبول را در توليد فرآورده هاي مركب چوبي ارائه دهند. اين چسب ها كاملا دوست دار محيط زيست هستند و مشكل انتشار گازهاي خطرناك را نيز ندارند. مواد و روش‌ها: آرد سويا و پروتئين خالص سويا با استفاده از 5 درصد وزني تانن هاي شاه بلوط و ميموزا (به عنوان اتصال دهنده) براي ساخت انواع چسب سويا تركيب شدند. برخي از ويژگي‌هاي چسب‌هاي سويا با استفاده از تحليل گر ترمو-مكانيكي و گرماسنجي پويشي تفاضلي مورد بررسي قرار گرفتند. هم چنين تخته هاي سه لايه از لايه هاي گونه صنوبر دلتوئيدس ساخته شدند و ويژگي هاي مقاومت برشي و گسيختگي لايه ها مورد ارزيابي قرار گرفتند. يافته ها: نتايج حاصل از ارزيابي قابليت ژل شدن چسب هاي سويا با استفاده از روش ترمومكانيكي نشان دادند كه افزودن تانن ها به تركيب چسب سويا سبب كاهش دما و زمان ژل شدن آن ها مي گردند. هم چنين نتايج حاصل از ارزيابي گرماسنجي پويشي تفاضلي نيز نشان دادند كه تانن ها سبب تسريع فرآيند دناتوره شدن در پروتئين سويا مي شوند. نتايج به دست آمده از اندازه گيري مقاومت برشي نمونه هاي آزموني تخته لايه نيز نشان دادند كه افزودن تانن ها به چسب سويا سبب افزايش مقاومت برشي مي گردد. به طوري كه مقادير به دست آمده از آزمون برشي نمونه هاي ساخته شده با انوع چسب سويا در مقايسه با استاندارد اروپايي EN 314-2 و نمونه هاي ساخته شده با چسب اوره فرمالدهيد بالاتر بودند. نتايج حاصل از آزمون مقاومت به گسيختگي لايه طبق استاندارد ANSI HPV- HP1 نيز نشان دادند كه نمونه هاي ساخته شده با چسب سويا همانند نمونه هاي ساخته شده با چسب اوره فرمالدهيد در برابر آب مقاوم نبودند و حداقل هاي لازم براي استفاده در شرايط دروني و بيروني را نداشتند. اما استفاده از عوامل اتصال دهنده تانن ها در تركيب چسب سويا به طور موفقيت آميزي مقاومت به گسيختگي در تخته لايه ها را براي استفاده در شرايط دروني و بيروني افزايش دادند. نتيجه گيري: با در نظر گرفتن نتايج به دست آمده از اين پژوهش چسب هاي سويا به دليل ويژگي هاي مطلوب مكانيكي و فيزيكي در مقايسه با استاندارد EN 314-2، قابليت جايگزيني با چسب اوره فرمالدهيد در ساخت تخته لايه را دارند.

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.