عنوان پایان‌نامه
توسعه وبررسی خصوصیات چسب طبیعی پروتئین سویای اصلاح شده با مواد شیمیایی ونانو سلولز ساخت ،بر هم کنش وکاربرد آن در تخته لایه.
- رشته تحصیلی
- مهندسی منابع طبیعی - علوم و صنایع چوب و کاغذ
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 80081;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 80081;کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 7318;کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 7318
- تاریخ دفاع
- ۲۴ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- فرناز اصلاح
- استاد راهنما
- محمدمهدی فائزی پور
- چکیده
- در این رساله، با هدف ارائه یک چسب بدون فرم آلدهید قابل رقابت با چسب های متداول صنعت چوب، از آرد دانه سویا (SF) که ماده ای فراوان، دوست دار محیط زیست و تجدیدپذیر است، استفاده شد. بدین منظور فرمول‌بندی های متفاوتی با در نظر گرفتن اجزاء تشکیل دهنده چسب یعنی آرد دانه سویا (SF)، استیک انیدرید (AA)، پلی اتیلن ایمین (PEI)، سدیم هیدروکسید (NaOH) و نانو کریستال سلولز (NCC) استیله شده در دو سطح 1 و 3% درصد وزنی SF/PEI، سنتز گردید. جهت تعیین زمان بهینه استیلاسیون در تیمارهای مختلف (نیم ساعت، یک ساعت و یک ونیم ساعت)، از روش نین هیدرین استفاده گردید. در فرمول بندی های استیله شده دارای PEI نیز، نسبت وزنی SF استیله شده (ASF) به PEI در سه سطح پنج به یک، شش به یک و هفت به یک بررسی گردید. سپس ویژگی های فیزیکی چسب ها از جمله pH، ژل تایم، میزان ماده جامد و ویسکوزیته هر فرمول بندی اندازه گیری شد. جهت مشخص نمودن تغییرات شیمیایی چسب در طول اصلاح نیز، از طیف سنجی FTIR و 1H NMR استفاده شد و به منظور تشخیص تغییرات ساختاری پروتئین سویا پس از اصلاح شیمیایی، از اسپکتروسکوپی ماوراء بنفش مرئی (UV-Visible) بهره گرفته شد. بررسی مرفولوژی سطحی فرمول‌بندی‌های چسب نیز با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) صورت گرفت و ابعاد NCC با میکروسکوپ نیروی اتمی AFM بررسی شد. به منظور بررسی گروه های عاملیNCC نیز، قبل و بعد از استیلاسیون از طیف سنجی FTIR استفاده گردید و درجه استخلاف NCC استیله شده به روش تیتراسیون تعیین شد. ساختار بلورینگی و درجه بلورینگی NCC نیز قبل و پس از استیلاسیون با پراش سنج اشعه X مطالعه شد. در انتها، با استفاده از هر فرمول سنتز شده، نمونه های تخته لایه گونه راش (Fagus orientalis) ساخته شدند و مقاومت به آب و مقاومت برشی آن ها در حالت تر و خشک مطابق با استانداردهای مربوطه اندازه گیری شد و نتایج آنها با نتایج تخته های ساخته شده با چسب فنول فرم الدهید (PF) مقایسه شدند. نتایج نشان داد که با افزودن مواد فوق به SF، ماده جامد و ویسکوزیته افزایش یافت (در نمونه های ASF، در نتیجه استیلاسیون و کاهش زنجیره های پلیمری، ویسکوزیته به شدت کاهش یافت). نتایج طیف سنجی های FTIR، 1H NMR و UV-Visible حاکی از تغییرات ساختاری و شیمیایی SF پس از اصلاح با مواد فوق الذکر بودند. بررسی مورفولوژی سطحی چسب ها با SEM نشان داد که پس از اصلاح مرحله به مرحله، سطوح چسب منعقد شده نسبتا صاف تر و هموارتر و با میزان خلل و فرج کمتر بودند. با بررسی NCC استیله شده، اصلاح گروه های هیدروکسیل و جایگزینی آنها با گروههای استری با طیف سنجی FTIR تایید، درجه استخلاف آنها به روش تیتراسیون 34/0 بدست آمده و آنالیز X-Ray کاهش شاخص بلورینگی را پس از استیلاسیون نشان داد. چسب های سویای استیله شده برای ساخت تخته لایه مناسب نبودند اما در ترکیب با PEI و NaOH، تخته لایه های ساخته شده با آنها دارای مقاومت برشی و جذب آب مشابه چسب PF بودند. مناسب ترین زمان استیلاسیون، یک ساعت و مناسب ترین نسبت ASF به PEI 1/6 بود. تخته های ساخته شده با فرمول بندی SF/PEI/NaOH/NCC در هر دو سطح NCC استیله شده دارای مقاومت برشی و جذب آب مشابه چسب PF بودند.
- Abstract
- 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), acetic anhydride, 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. Physical properties of synthesized adhesives such as the solid content, pH, gel time and viscosity of adhesives were measured. Ninhydrine method was used to determine the optimum time of acetylation in different treatments (0.5 h, 1 h and 1.5 h of SF acetylation). The ratios of ASF to PEI were 5:1, 6: 1, and 7:1, respectively in the acetylated formulations that pose PEI. Formulations were characterized using FTIR and 1H NMR absorption spectra to evaluate chemical changes of adhesives during modification. UV-visible spectroscopy was used to determination of soy protein structural changes during chemical modification. Scanning Electron Microscopy (SEM) was used to evaluation of surface morphology of adhesive formulations. The dimensions of NCC were evaluated with Atomic Force Microscope (AFM).The functional groups of NCC were studied with FTIR spectroscopy before and after acetylation. The degree of substitution of acetylated NCC was determined with titration method. NCC crystallinity structure and degree of crystallinity before and after acetylation was studied by X-ray diffractometer. 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. Solid content and viscosity of adhesives were increased by adding the above materials (In ASF samples, as a result of acetylation and reduction of polymer chains, the viscosity decreased sharply. The results of FTIR, 1H NMR and UV-Visible indicated the chemical and structural changes of SF after modification with the above-mentioned materials. Evaluation of surface morphology of adhesives by SEM showed that after the step by step modification, the cured adhesives observed relatively smoother with less pores. 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. Plywood composites made by acetylated formulations had not appropriate properties but when PEI and NaOH were added to the ASF formulations, the resulting plywood panels had superior water resistance and shear strength. The most appropriate time of acetylation was 1 h, and the most suitable ratio of ASF/PEI was 6/1. 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.Keywords: Natural adhesive, Soybean flour, plywood, chemical modification
