Author name:
منيب طاهر سلمان يحيى المفتي
Supervisor name:
وليد عبودي بني جرجيس قصير | اياد جاجان خورشيد محمد الداؤدي
University location:
Mosul
Abstract:
تؤدي اللواصق دورا مهما في تصنيع المنتجات الخشبية ولاسيما معامل الالواح الحبيبية المضغوطة، وتكون هذه اللواصق عادة بين لواصق فينولية وامينية ، حيث تستخدم غالبا لواصق اليوريافورمالديهايد والميلامين فورمالديهايد . ان استعمال اللواصق التانينية في انتاج الواح خارجية الاستخدام مقاومة للظروف الجوية نال قبولا متزايدا من النواحي الصناعية والتقنية خلال العقود الخمسة الماضية بعد ارتفاع اسعار اللواصق التركيبية المستخرجة من المشتقات البترولية . ان اغلب تراكيب التانين المستخدمة صناعيا لحد الان تعتمد على التانينات المتعددة الفلافونويد من نوع الريسورسينول كتانين الواتل (مستخلص الميموزا التجاري) والكوبراكو .وحققت هذه المركبات نجاحا متقدما عند احلالها محل اللواصق التركيبية في البلدان التي تنتج التانينات لانخفاض تكاليفهواافضليتها بيئيا.وفي هذه الدراسة التي اجريت في العراق استخدمت مستخلصات التانين من قلف بعض الاشجار الرئيسة النامية في شمال العراق وهي صنوبر زاويتا (Ten. Pinus brutia) وبلوط الاكل ( L. Quercus aegilops ) لواصق في انتاج الالواح الحبيبية المضغوطة .وقد تضمنت الدراسة مرحلتين : المرحلة الاولى تتعلق بخطوات الاستخلاص المختبري والصناعي . ففي القسم الاول تم استخلاص التانينات مختبريا بثلاث درجات من النقاوة باستخدام ثلاث طرق تتابعية للاستخلاص. وقد اظهر الفحص المختبري لقلف نوعي الاشجار العراقية المذكورين انفا اظهر وجود كميات مناسبة من المستخلصات التانينية وبانتاج كاف حيث كانت نسبة المحتوى من التانين هي (15.3 ، 12.65٪ ) للصنوبر والبلوط على التوالي. فضلا عن فاعليتها في الانتاج التجاري والتطبيقي من اللواصق التانينية الملائمة للمنتجات الخشبية. ان طبيعة هذه التانينات والمركبات التي تحتويها تم تحديدها باستخدام تقنية كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة لتشخيص مختلف المركبات وفصلها عن بعضها ، حيث تضمنت تانينات صنوبر بروتيا المركبات التانينية{( - )gallocatechin, ( - )catechin, ( - )epicatechin, (+)afzelechin} ومن تانينات بلوط الاكل المركبات التانينية{( - )catechin, ( - )epicatechin, (+)afzelechin, ( - )epiafzelechin, gallic acid, phloroglucinol, ( - )gallocatechin, ellagic acid} . ويتبين من هذه المركبات ان تانينات الصنوبر متكونة بصورة رئيسة من التانينات المتكثفة وبعض التانينات المتحللة في حين كانت تانينات البلوط متكونة بصورة رئيسة من التانينات المتحللة وبعض التانينات المتكثفة على شكل خليط معقد منهما. اما القسم الثاني من المرحلة الاولى فقد تضمن انتاج مستخلص التانين الصناعي من كلا النوعين من القلف باستخدام طريقة الاستخلاص المائي وباستعمال الهاضم البخاري ، ثم اضيف 0.25٪ من كل من sodium sulphite وsodium bisulphit لزيادة ثباتية المستخلص لحين الاستخدام ، وجرى بعدها تركيز المستخلص في جهاز التركيز البخاري للحصول على مستخلص بتركيز 50٪ من المواد الصلبة ، بعدها اصبح المستخلص جاهزا لتصنيع الالواح في المرحلة اللاحقة . وفي المرحلة الثانية من الدراسة صنعت الالواح بالمواصفات المختبرية ، وقد سبق تصنيع الالواح اجراء عملية كبرتة ومثيلة المستخلص المركز باستخدام 10٪ من مادة بارافورمالديهايد بوصفها مادة مصلبة واجريت الاختبارات على زمن تكون الهلام Gel - time وزمن التشغيل Pot - life وعند مختلف قيم الـ pH ، وظهر ان افضل زمن لتكون الهلام هو 7 دقائق عند pH( 5.5) ، حددت في ضوئها مدة الكبس الحار . ونظرا لاحتواء المستخلصات على نسبة من المواد غير التانينية التي تؤثر سلبا في مواصفات اللاصق ، فقد جرت تقوية مستخلص التانين باللاصق التركيبي يوريافورمالديهايد وبعدة نسب من الخلط لضمان مشاركته لعملية بلمرة التانين وتقويض دور المواد غير التانينية . صنع 180 لوحا حبيبيا بالمقياس المختبري (35×30×1.8 سم ) بمستويين من مصادر التانين ( صنوبر بروتيوا بلوط الاكل ) وخمسة مستويات من نسب الخلط تانين : يوريافورمالديهايد ( 100 : 0 ، 75 : 25 ، 50 : 50 ، 25 : 75 ، 0 : 100 ) وبمستويين من درجات حرارة المكبس (170 ، 190 م ) وثلاثة مستويات من فترات الكبس ( 8 ، 10 ، 15 دقيقة ) . صنعت الالواح تحت ضغط ( 1250 باوند / انج2 ) وبمحتوى من اللاصق 10٪ (بالاعتماد على وزن الحبيبات المجففة بالفرن و50٪ من المواد الصلبة للمستخلص ) للوصول الى كثافة اللوح (0.6 غم /سم3) بسمك (18ملم). ان الصفات الميكانيكية والفيزيائية فحصت طبقا للطرائق القياسية لـ2559 ASTM (1961) . اظهرت النتائج بان الصفات الميكانيكية للالواح (معاملي الكسر والمرونة وقوة التماسك) المصنعة بلاصق تانين الصنوبر كانت افضل من المصنعة بلاصق تانين البلوط. كما اظهرت النتائج امكانية تقوية اللواصق التانينية باليوريافورمالديهايد عند نسبة تانين الصنوبر25 - 50٪ ونسبة تانين البلوط 25٪. وكان لدرجة حرارة المكبس (190 م) الاثر في تحسين صفات الالواح الميكانيكية ولاسيما عند مدة الكبس (10 دقائق)، اذ بلغ اعلى معامل كسر (160.45 و149.75 كغم/سم2) واعلى معامل مرونة (11339.7 و10883.7 كغم/سم2) واعلى قيمة لقوة التماسك (7.33 و6.06 كغم/سم2) للالواح المصنعة بتانين الصنوبر وتانين البلوط على التوالي، وان الالواح المذكورة اجتازت قيم الواح المقارنة ولاقت المواصفات الامريكية 2559 ASTM (1961). كما اظهرت فحوصات الصفات الفيزيائية (النسبة المئوية لامتصاص الماء والانتفاخ بالسمك والتمدد الطولي) سلوك التانينات، والفورمالديهايد ومحتوى المستخلصات من الشمع بالنسبة للصنوبر والاسترات بالنسبة للبلوط بوصفها مواد طاردة للماء. وتساوى النوعان تقريبا في تحسين الصفات الفيزيائية للالواح المصنعة. اذ اظهرت النتائج امكانية تقوية اللواصق التانينية باليوريافورمالديهايد عند نسبة تانين الصنوبر 25 - 75 ٪ ونسبة تانين البلوط 25 - 50 ٪ وكان لدرجتي حرارة المكبس الاثر في خفض المحتوى الرطوبي وزيادة مقاومة الالواح لامتصاص الماء فضلا عن ثباتية ابعادهوالاسيما عند مدة الكبس الاطول 15 دقيقة. اذ بلغت اقل نسبة امتصاص (59.971 و60.566 ٪) في الالواح المصنعة بتانين الصنوبر وتانين البلوط على التوالي عند نسبة التانين 25٪ ودرجة حرارة 170 م ومدة كبس 15 دقيقة ، وبلغت اقل نسبة للانتفاخ بالسمك (18.204 ٪) في الالواح المصنعة بتانين الصنوبر بنسبة 50٪ ودرجة حرارة 190 م ومدة كبس 8 دقائق وبلغت (18.904 ٪) في الالواح المصنعة بتانين البلوط بنسبة 25٪ ودرجة حرارة 170 م ومدة كبس 15 دقيقة ، وبلغت اقل نسبة للتمدد الطولي (0.05 ٪) في الالواح المصنعة بتانين البلوط بنسبة 50٪ ودرجة حرارة 190 م ومدة كبس 15 دقيقة و(0.14 ٪) في الالواح المصنعة بتانين الصنوبر بنسبة 25٪ ودرجة حرارة 170 م ومدة كبس نفسها .وبصورة عامة يمكن اجمال نتائج هذا العمل ، بامكانية استخدام المستخلصات المائية لقلف اشجار صنوبر زاويتوابلوط الاكل بعد سلسلة من خطوات التحوير الكيميائي لها كلاصق في صناعة الالواح الحبيبية المضغوطة الملائمة للاستخدامات الخارجية لمتانتهوامقاومتها للرطوبة. | Adhesives play an important role in the manufacture of wood - based products specially in particleboard mills. The resins manufactured are usually the range of amino and phenolic resins. For particleboards, only urea - formaldehyde and melamine urea - formaldehyde resins are being utilized.The use of tannin adhesives for manufacture of exterior grade weatherproof panel products has been gaining increasing industrial and technical acceptance during the last 50 years. All the formulations used industrially up to now have been based on the use of resorcinolic - type polyflavonoid tannins such as wattle (mimosa extract of commerce) and quebracho. These products have been progressively displacing synthetic adhesives in countries where these tannins are produced due to their lower cost and excellent performance. In this study tannin extracts from the bark of two main species grown in the northern part of Iraq ( Pinus brutia and Quercus aegilops ) were used as adhesives for particleboards production . The study involved two parts, the first part delt with the processes of extraction in laboratory scale and commercially. In laboratory, tannins were extracted with three degrees of purity by using three different sequences. In summary the two Iraqi trees examined appeared to have barks that are suitable for the production of tannin extracts in sufficient yield, with a high tannin content ( 15.3 ; 12.65 %) in Pinus brutia and Quercus aegilops respectively , and more than adequate reactivity to commercial and technically viable tannin - adhesives for wood products.The nature and the compounds included in these tannins were confirmed by TLC technique the identified compounds isolated from Pinus brutia bark tannins were {( - ) catechin, ( - ) epicatechin, ( - ) gallocatechin, (+)afzelechin } and from Quercus aegilops bark tannins were {gallic acid , phloroglucinol , ellagic acid, ( - ) gallocatechin, ( - ) catechin, ( - ) epicatechin, ( - ) epiafzelechin, (+) afzelechin}. It appeared that, Pinus tannins were mainly consist of condensed type with some hydrolysable type compounds while in Quercus tannin compounds were mainly of hydrolysable type and some of condensed type as a complex mixture. In the second stage of this part, tannins extracted in al large scale with aqueous extraction by the digester, 0.25% of sodium sulphite and sodium bisulphite were added to the extracts in order to increase their stability untile use . Then the whole extract of each bark species concentrated to 50% solid content, the extracts were ready to be used for manufacturing of panels in the later section of this study.In the second part panels were manufactured at laboratory scale. Prior to panels manufacturing the concentrated extracts were methylated by 10% of Para formaldehyde as a hardener at extracts pH of 5.5. The gel time and pot life were determined experimentally for the two extracts.Because of the existence of non - tannins compounds, the T - F extracts were mixed with urea - formaldehyde (UF) in different percentages for fortifying the T - F polymer. 180 panels of laboratory scale particleboards were manufactured at two levels of tannin sources (Pinus brutia and Quercus aegilops) , five levels of mixing percentages of tannin : UF namely ( 100 : 0 ; 75 : 25 ; 50 : 50 ; 25 : 75 and 0 : 100 ), two levels of press temperature (170 ; 190 °C ) ,three levels of press time ( 8 ; 10 ; 15 ) , each treatment was replicated three times. The panels were manufactured under pressure of 1250 psi , 10 % resin content ( based on oven dry weight of the chips and 50% solid content of extracts ) were used to get a target density of 0.6 gm/cm3 at panel thickness 18 mm . The physical and mechanical properties of produced panels were tested according to ASTM standard 2559 (1961). The results showed that Pinus brutia tannins get better mechanical properties (MOR, MOE and IB) of panels than Quercus aegilops and, it appeared that there is a possibility of fortifying tannin adhesives and getting better properties by using urea - formaldehyde with 25 - 50 % Pinus brutia tannins and 25 % with Quercus aegilops tannins. Press temperature (190° C) also improved the mechanical properties of panels, at 10 minutes pressing time. The highest values of MOR were (160. 45, 159.75 kg \ cm2), of MOE were (11339.7, 10883.7 kg \ cm2) and of IB were (7.33, 6.06 kg \ cm2), for Pinus brutia tannins and Quercus aegilops tannins respectively obtained at 190° C and 10 minutes pressing time. The panels were close in their mechanical properties to the values mentioned in ASTM 2559. With regard to the physical properties of panels (water absorption, thickness swelling and linear expansion percentage) revealed tannins behaviour, formaldehyde and wax content for pine and esters for oak as hydrophobic materials. Both types were equal in improving the physical properties of the panels. It is noticed that fortifying tannin adhesives by urea formaldehyde at 25 - 75 % of Pinus brutia tannins and 25 - 50 % of Quercus aegilops tannins a better results can be obtained. Press temperature reduced moisture content and increased panel resistance to water absorption at 15 minutes pressing. The lowest water absorption % were (59.971 and 60.566%) in panels produced from Pinus brutia tannins and Quercus aegilops tannins respectively both at 25 % tannin, 170° C and 15 minutes pressing. The lowest thickness swelling was 18.204 % in panels with Pinus brutia tannins at 50 %, 190° C and 8 minutes pressing time. As for Quercus aegilops tannins, the lowest thickness swelling was (18.904 %) in panels at 25 %, 170° C and 15 minutes pressing time. The lowest linear expansion was (0.05 %) in panels with Pinus brutia tannins at 50 %, 190° C and 15 minutes pressing time, and 0.14 % for panels made from Quercus aegilops tannins at 25 %, 170 ° C and 15 minutes pressing time. The results of this work can be summarized that there is a possibility of using aqueous extract from the bark of Pinus brutia trees and Quercus aegilops trees after chemical modification as a binder in particleboard production. The results also showed that there is an ability to substitute 25 - 50 % of synthetic adhesives by Pinus brutia tannins and by 25 % of Quercus aegilops tannins, at 190 °C press temperature and press time 10min. A good hydrophobicity appeared in the panels, because of the existence of tannins, formaldehyde, and wax content
