اصلاح ساختار لیگنین با هدف افزایش میزان استفاده از آن در چسب فنول- فرمالدهید

سابقه و هدف: یکی از کاربردهای بالقوه لیگنین به علت دارا بودن شباهت ساختاری با فنول در تهیه چسب فنول- فرمالدهید می باشد. مشکل اصلی موجود در این زمینه، فعالیت شیمیایی کمتر لیگنین در مقایسه با فنول می باشد که استفاده از مقادیر زیاد لیگنین در تهیه چسب فنول فرمالدهید را غیرممکن ساخته است. در پژوهش های گذشته از روش های مختلفی به منظور اصلاح لیگنین استفاده شده که هیچکدام از این روش ها نتوانستند استفاده از لیگنین در مقادیر زیاد در این چسب را ممکن سازند. در تحقیق حاضر به منظور ارتقای خواص لیگنین از یک روش دو مرحله ای استفاده گردید؛ بدین ترتیب که بعد از اصلاح لیگنین با مایعات یونی عمیق از نوع آمینواسید بر پایه لیزین از فرآیند متیلول دار لیگنین با آلدهید غیرسمی گلی اکسال استفاده شد. لیگنین اصلاح شده در مقادیر زیاد جایگزین فنول در چسب فنول- فرمالدهید گردید و خواص چسب تهیه شده مطابق روش های استاندارد اندازه گیری شد. مواد و روش ها: اصلاح شیمیایی لیگنین در دو مرحله صورت پذیرفت: در ابتدا ساختار شبکه ای لیگنین با مایع یوتکتیک عمیق از نوع آمینواسید بر پایه لیزین (Lys-AADES) جداسازی شد و سپس در واکنش با آلدهید غیرسمی به نام گلی اکسال، متیلول دار گردید. خواص حرارتی و ساختاری لیگنین قبل و بعد از انجام اصلاحات شیمیایی اندازه گیری شد. سپس لیگنین اصلاح شده به میزان ۷۰، ۸۰ و ۹۰ درصد وزنی فنول در چسب فنول- فرمالدهید مورد استفاده قرار گرفته و چسب تهیه شده برای ساخت تخته سه لایه بکار رفت. در انتها خواص مختلف چسب تهیه شده به همراه خواص فیزیکی و مکانیکی تخته لایه های تولیدی مطابق روش های استاندارد مورد بررسی قرار گرفت. یافته ها: نتایج آنالیز FTIR تفکیک شبکه ساختاری لیگنین و ورود گروه آمینی (NH۲) به ساختار لیگنین در اثر تیمار با مایع یوتکتیک عمیق و ورود گروه های واکنش پذیر متیلول (CH۲OH) پس از فرآیند متیلولاسیون را تایید نمود. نتایج آنالیز گرماسنج روبشی تفاضلی (DSC) نیز نشان داد که دمای انتقال شیشه ای (Tg) لیگنین بکر در ابتدا پس از تیمار با AADES از ۹۱ درجه سانتی گراد به ۷۹ درجه سانتی گراد کاهش یافته و سپس با گلی اکساله نمودن لیگنین تیمار شده و ورود گروه متیلول به ساختار آن به ۷۱ درجه سانتیگراد کاهش می-یابد. خواص فیزیکی- شیمیایی چسب تهیه شده نشان داد که چسب های لیگنین- فنول- فرمالدهید (LPF) حاوی لیگنین اصلاح شده دارای زمان ژله ای شدن سریعتر و ویسکوزیته بیشتری در مقایسه با چسب های حاوی لیگنین بکر بودند. بر اساس یافته های این پژوهش، تخته-لایه های حاوی چسب LPF با لیگنین اصلاح شده مقاومت برشی (خشک و مرطوب) و ثبات ابعادی بیشتر و انتشار فرمالدهید کمتری را در مقایسه با چسب LPF حاوی لیگنین بکر نشان دادند.نتیجه گیری: لازم به ذکر است که بر اساس نتایج این تحقیق، اصلاح لیگنین با مایع یوتکتیک عمیق از نوع آمینواسید بر پایه لیزین و سپس گلی اکساله کردن آن امکان استفاده از لیگنین در مقادیر زیاد (تا ۹۰% وزنی فنول مورد استفاده) در ساختار چسب فنول- فرمالدهید را فراهم آورده؛ بطوریکه ویژگی های چسب LPF تولیدی و تخته لایه تولید شده از آن مشایه با چسب رایج فنول- فرمالدهید می باشد. نتایج این پژوهش می تواند به گشودن پنجره های جدیدی برای توسعه کاربرد لیگنین در صنایع چسب و چوب کمک شایانی نماید.

کلیدواژه ها:

لیگنین ، اصلاح شیمیایی ، خواص فیزیکی و مکانیکی ، چسب چوب ، دمای انتقال شیشه ای