Πράσινα σύνθετα πολυμερικά προϊόντα από ανανεώσιμες πρώτες ύλες για την βιομηχανία ξύλου
Creators: name: Παπαδοπούλου, Ηλέκτρα Σ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Πράσινα σύνθετα προϊόντα
Θερμοσκληραινόμενα πολυμερή
Απόβλητα γεωργικών καλλιέργειών
Επιβράδυνση στην εξάπλωση της φωτιάς
Green composite products
Thermosetting polymers
Agricultural wastes
Retardation in the spread of fire

description: Ο κλάδος των ξυλοσανίδων (όπως μοριοσανίδες, MDF, OSB, κόντρα πλακέ κλπ.) αποτελεί σημαντικό κομμάτι της παγκόσμιας οικονομίας καθώς τα προϊόντα αυτά βρίσκουν εφαρμογή τόσο στον κατασκευαστικό κλάδο όσο και στην επιπλοποιία. Τα τελευταία χρόνια ο κλάδος δέχεται προκλήσεις όπως η κάλυψη των αναγκών του ολοένα αυξανόμενου πληθυσμού της γης σε συνδυασμό με την ανταγωνιστική χρήση του ξύλου σε βιο-διυλιστήρια, η ανάγκη αντικατάστασης των τυπικών πετροχημικών συγκολλητικών ουσιών από άλλες προερχόμενες από ανανεώσιμες πρώτες ύλες που θα είναι και πιο φιλικές στο περιβάλλον και τον άνθρωπο, καθώς και τις απαιτήσεις των σύγχρονων καταναλωτών για προϊόντα με νέες ιδιότητες, όπως π.χ. μικρότερο βάρος, μεγαλύτερη αντοχή στην διάδοση της φωτιάς, μηδενικές εκλύσεις φορμαλδεΰδης κλπ. Η παρούσα μελέτη απαντά σε κάποια από αυτά τα ζητήματα και παρουσιάζει βιώσιμες λύσεις για την αντιμετώπισής τους. Συγκεκριμένα, κατασκευάστηκαν ελαφριές μοριοσανίδες χρησιμοποιώντας το εσωτερικό του βλαστού των λιγνοκυτταρινούχων φυτών κάνναβη, γιούτα και κενάφ αντί για ξύλο, οι οποίες αξιολογήθηκαν με βιομηχανικά πρότυπα και βρέθηκε ότι έχουν μηχανικές ιδιότητες ανάλογες των τυπικών μοριοσανίδων από ξύλο που είναι τουλάχιστον 50% πιο βαριές. Επίσης αναπτύχθηκαν και μελετήθηκαν συγκολλητικές ουσίες α) τύπου φαινόλης – φορμαλδεΰδης (PF) με μερική αντικατάσταση φαινόλης από λιγνίνη, πρωτεΐνη σόγιας και κλάσμα φρύξης ξύλου β) από τανίνη χρησιμοποιώντας ως μέσο δικτύωσής της εξαμεθυλενοτετραμίνη και γ) ουρίας-φορμαλδεΰδης (UF) χρησιμοποιώντας ως μέσο οξίνισης το ελαφρύ κλάσμα της καταλυτικής πυρόλυσης ξύλου. Στην περίπτωση της λιγνίνης αναπτύχθηκε μέθοδος καθαρισμού και μείωση της κοκκομετρίας της μέσω άλεσης σφαιρών ( ball milling). Η επιτυχία της μεθόδου επιβεβαιώθηκε με μετρήσεις AFM. Όλες οι ρητίνες παρουσίασαν φυσικοχημικές και συγκολλητικές ιδιότητες ανάλογες των αντίστοιχων τυπικών ρητινών φαινόλης φορμαλδεΰδης (PF) και ουρίας – φορμαλδεΰδης (UF) τόσο σε κοντραπλακέ όσο και σε μοριοσανίδες σύμφωνα με μετρήσεις που έγιναν με Ευρωπαϊκά πρότυπα που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία. Οι θερμικές ιδιότητες των ρητινών και των μοριοσανίδων αξιολογήθηκαν με μετρήσεις TGA και DSC. Στη δε περίπτωση που χρησιμοποιήθηκε συγκολλητική ουσία με λιγνίνη, προέκυψε από μετρήσεις με cone calorimetry ότι οι ανάλογες σανίδες έχουν καλύτερη συμπεριφορά σε περίπτωση φωτιάς. Όλα τα υλικά που μελετήθηκαν έδωσαν επιτυχημένα και καινοτόμα προϊόντα τα οποία ανταποκρίνονται στις ανάγκες της αγοράς των ξυλοσανίδων και μπορούν να υλοποιηθούν σε βιομηχανικές παραγωγές.
description: The wood-based panels industry (such as particleboards, MDF, OSB, plywood, etc.) is an important part of the world economy, as these products are applicable to both the construction and the furniture industry. In recent years the industry has been facing challenges such as meeting the needs of the growing population combined with the competitive use of wood in bio-refineries, the need to replace typical petrochemical adhesives from other of renewable raw materials that will be more friendly in the environment and in humans, as well as the requirements of modern consumers for products with new properties, such as lower weight, greater resistance to fire propagation, zero formaldehyde emissions, etc. This study answers some of these issues and presents viable solutions to address them. In particular, lightweight particleboards were made using the inner part of the stem of the lignocellulosic crops hemp, jute and kenaf instead of wood. They were evaluated by industrial standards and found to have mechanical properties similar to typical wood particleboards that are at least 50% heavier. Together, various bio-based polymers developed and studied. Namely: Phenol-formaldehyde (PF) type adhesives with partial replacement of phenol from lignin, soy protein and the condensable fraction of wood torrefaction; b) tannin crosslinked with hexamethylene tetramine; and c) urea formaldehyde (UF) resins using as its acidifying agent the light fraction of catalytic pyrolysis of wood. In the case of lignin, a method of purification and reduction of its granulometry was developed by means of ball milling. The success of the method was confirmed by AFM measurements. All resins exhibited physicochemical and adhesive properties analogous to the corresponding typical phenol formaldehyde (PF) and urea-formaldehyde (UF) resins in both plywood and particleboards, according to measurements made with European standards used in industry. The thermal properties of resins and panels were evaluated by TGA and DSC measurements. In the case where lignin has been used, cone calorimetry measurements have shown that the panels produced with such resins have a better behavior in the event of fire compared to panels prepared with a typical PF resin. All the materials studied have provided successful and innovative products that meet the current needs of the wood-based panels’ industry and can be used at high scale productions.