ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH POLYME – GIẤY _Đề tài: Tổng quan keo dán gỗ thân thiện môi trường trên cơ sở lignin (Environmentally Friendly LigninBased Wood Adhesive: A literature review) Nhu cầu về chất kết dính ngày càng cao. Chất kết dính nhựa được sản xuất tổng hợp từ các nguồn tài nguyên không thể tái sinh như dầu mỏ và khí tự nhiên có thể gây hại nghiêm trọng cho con người và thiên nhiên. Do đó cần phát triển những chất kết dính chi phí thấp, thân thiện với môi trường và lignin là một trong số vật liệu dựa trên sinh khối thích hợp nhất để làm chất kết dính. Keo dán gỗ thân thiện môi trường là loại keo mà khi sản xuất hay trong quá trình sử dụng không gây hại tới con người, môi trường.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC Trung tâm Công nghệ Polyme – Compozit Giấy ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH POLYME – GIẤY Đề tài: Tổng quan keo dán gỗ thân thiện môi trường sở lignin (Environmentally Friendly Lignin-Based Wood Adhesive: A literature review) Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Trung Thành Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Như Trang Nghiêm Thị Thu Uyên Trần Thị Uyên 20175297 20175341 20175351 Hà Nội 7/2021 Nội dung Tổng quan lignin Các loại keo dán có nguồn gốc từ lignin Giới thiệu o Nhu cầu chất kết dính ngày cao o Chất kết dính nhựa sản xuất tổng hợp từ nguồn tài nguyên tái sinh dầu mỏ khí tự nhiên gây hại nghiêm trọng cho người thiên nhiên o Do cần phát triển chất kết dính chi phí thấp, thân thiện với môi trường lignin số vật liệu dựa sinh khối thích hợp để làm chất kết dính ➢ Keo dán gỗ thân thiện môi trường loại keo mà sản xuất hay q trình sử dụng khơng gây hại tới người, môi trường Tổng quan Lignin Chương 1: Tổng quan Lignin 1.1 Khái niệm o Lignin loại polyme hữu phức tạp có cấu trúc vơ định hình tạo thành vật liệu cấu trúc quan trọng mô nâng đỡ hầu hết lồi thực vật o Về mặt hóa học, lignin polyme tạo cách liên kết chéo tiền chất phenolic Chương 1: Tổng quan Lignin 1.2 Cấu trúc Rượu sinapyl (3,5-dimethoxy-4hydroxyphenylpropan) (S) Rượu coniferyl (4-hydroxy-3metoxyphenylpropan) (G) Rượu paracoumaryl (4hydroxyphenylpropane) (H) Chương 1: Tổng quan Lignin 1.3 Lignin tự nhiên o Trong trình đốt cháy sinh học, liên kết đơn vị hình thành trùng hợp/ ghép nối gốc qua trung gian enzyme chủ yếu βaryl liên kết ete, chiếm 50%-60% tổng số liên kết lignin o Trong trình nghiền bột hoăc ngành chế biến sinh học, liên kết β-O-4 thường phân tách để tạo điều kiện cho loại bỏ lignin với hình thành hydroxyl phenol tự Hình 1.3 Sự trùng hợp gốc chỗ qua trung gian enzyme monolignols thành lignin tự nhiên o Các lượng hydroxyl phenol tự yếu tố khác ảnh hưởng đến phản ứng trọng lượng lignin để tổng hợp chất kết dính Chương 1: Tổng quan Lignin 1.4 Lignin kỹ thuật Trong sản xuất bột giấy nhiên liệu sinh học, việc tách lignin cacbohydrat phân loại thành q trình axit kiềm Các lignins tạo sulfit, Kraft, Soda, Organosoly nghiền thành bột tương ứng gọi sulfonate, Kraft lignin, Soda lignin Organosoly lignin Hình 1.4 Nguồn lignin kỹ thuật ảnh hưởng trình chiết xuất đến cấu trúc Các loại keo dán có nguồn gốc từ lignin Chương 2: Các loại keo dán có nguồn gốc từ Lignin 2.2 Biến đổi lignin làm nguyên liệu cho sản xuất chất kết dính gỗ 2.2.9 Cải thiện khả phản ứng o Tối ưu hóa đặc tính độ bền chất kết dính gốc lignin tăng khả phản ứng chất kết dính kỹ thuật formaldehyde với q trình khử methyl, hydro-xyalkyl hóa phenol hóa o Tùy thuộc vào loại phản ứng lignin mà ta tạo điều kiện thích hợp pH, nhiệt độ, chất phụ gia, xúc tác, khuấy trộn…để tăng khả phản ứng lignin o Các loại phản ứng lignin khác dẫn đến đặc tính học hấp thụ nước khác Chương 2: Các loại keo dán có nguồn gốc từ Lignin 2.3 Các chất kết dính dựa Lignin 2.3.3 Chất kết dính dựa ligninfurfural 2.3.1 Chất kết dính dựa lignin – tannin 2.2.6 Keo dán gỗ amoni lignosulfonate bột chitosan 2.3.4 Lignin làm nhựa epoxy 2.3.2 Chất kết dính dựa sở lignin - polymethylene polyphenyl isocyanate (pMDI) 2.3.5 Keo dán gỗ dựa ligninpolyethyleneimine 2.3.7 Chất kết dính chiết xuất từ acetonitrile lignin dung dịch nước K30 Chương 2: Các loại keo dán có nguồn gốc từ Lignin 2.3 Các chất kết dính dựa Lignin 2.3.1 Chất kết dính dựa lignin – tannin o Hàm lượng lignin theo tỷ lệ lên (50%) o Phát triển tạo thành 94% vật liệu polyme tự nhiên thân thiện với môi trường o Một số nghiên cứu ứng dụng: • Hỗn hợp 60% tanin mimosa thương mại với hexamine 40% lignin gỗ mềm glyoxal hóa ván dăm, ván ép đồ nội thất • Hỗn hợp 10% –30% lignin cỏ alfa orga-nosolv tạo loại nhựa có hiệu suất cải thiện • Sử dụng chất kết dính tanin-vanillin từ vỏ thông tinh chế ván dăm lớp Chương 2: Các loại keo dán có nguồn gốc từ Lignin 2.3 Các chất kết dính dựa Lignin 2.3.2 Chất kết dính dựa sở lignin - polymethylene polyphenyl isocyanate (pMDI) o Lignin oxy hóa kết hợp với polymethylene polyphenyl isocyanate (pMDI) để trở thành chất kết dính để chế tạo vật liệu gỗ o Ván dăm chế tạo với 10% chất kết dính với hai cơng thức bao gồm tỷ lệ canxilignosulfonate/pMDI / PF glyoxal hóa 55/20/25 tỷ lệ canxilignosulfonate/pMDI glyoxal hóa 60/40 o Chế tạo ván dăm loại ngoại thất sử dụng kraft lignin với kết hợp pMDI, nhựa PF triacetin o Ưu điểm: • Hiệu suất tăng, thời gian ép nhanh nhiều so với chế tạo nhựa PF tổng hợp truyền thống • Mang lại hiệu tích cực việc phát thải formaldehyde hấp thụ nước Chương 2: Các loại keo dán có nguồn gốc từ Lignin 2.3 Các chất kết dính dựa Lignin 2.3.3 Chất kết dính dựa lignin- furfural o Tạo chất kết dính thân thiện với môi trường cho sản phẩm composite o Phản ứng trùng hợp lignin furfural thực điều kiện axit o Tổng hợp nhựa polyfurfuryl alcohol/lignin (PFA/lignin) o Ưu điểm ứng dụng: • Ổn định nhiệt • Có khả tương thích với nhựa furanic, khuyến khích phát triển nghiên cứu dựa lignin cho ứng dụng nhiệt rắn, làm chất kết dính để sản xuất gỗ • Các vật liệu lig-nocellulosic giải phóng dẫn xuất furfural polyme hóa thêm với lignin để trở thành chất kết dính cho sản xuất ván sợi Chương 2: Các loại keo dán có nguồn gốc từ Lignin 2.3 Các chất kết dính dựa Lignin 2.3.4 Keo dán gỗ dựa lignin- polyethyleneimine o Mục đích: Để sản xuất ván ép ván ép mật độ trung bình (MDF) o Tỷ lệ trọng lượng lignin / PEI 2: tạo chất kết dính lignin-PEI có độ bền cắt cao khả chống thấm nước tuyệt vời o Lignin graf khử methyl (DKL) nghiên cứu để tạo nhựa gỗ thay gỗ tổng hợp chủ yếu dựa dầu mỏ o Chất kết dính gốc lignin/tanin glyoxal hóa (TGLP) bổ sung polyethylenimine: • Tỷ lệ trọng lượng 10% PEI TGLP: cải thiện đáng kể khả chống thấm nước • Tỷ lệ 20% PEI TGLP: cải thiện đáng kể độ bền kéo khô Chương 2: Các loại keo dán có nguồn gốc từ Lignin 2.3 Các chất kết dính dựa Lignin 2.3.5 Lignin làm nhựa epoxy o Chia thành ba loại: (1) Trộn nhựa epoxy với lignin kỹ thuật thu trực tiếp từ quy trình giấy bột giấy, (2) Biến đổi trực tiếp lignin kỹ thuật epoxit, (3) Biến đổi lignin số phản ứng hóa học để cải thiện khả phản ứng chúng trước phản ứng epoxide-tion o Nhựa epoxy chứa khoảng 50% lignin điều chế thành công ứng dụng để sản xuất bảng mạch in (PCB) o Nhựa epoxy biết đến loại polyme nhiệt rắn quan trọng nhất, thị trường loại nhựa lớn o Với đặc tính thích hợp với nhựa phenol-epoxy, lignin phát triển chất liên kết ngang Chương 2: Các loại keo dán có nguồn gốc từ Lignin 2.3 Các chất kết dính dựa Lignin 2.3.6 Keo dán gỗ amoni lignosulfonate bột chitosan o Được tổng hợp cách pha trộn amoni lignosulfonat bột chitosan axit môi trường ẩm o Độ bền liên kết khả chống nước CLA (chất kết dính chitosan-lignin) tốt ALA (chất kết dính amoni lignosulfonate) o Hàm lượng chitosan-lignin 6% trọng lượng lignin / chitosan tỷ lệ 1: lựa chọn tối ưu để sản xuất sử dụng chất kết dính gỗ chitosan-lignin Chương 2: Các loại keo dán có nguồn gốc từ Lignin 2.3 Các chất kết dính dựa Lignin 2.3.7 Chất kết dính chiết xuất từ acetonitrile lignin dung dịch nước K30 o Axetonitril lignin điều chế từ phenol hóa AEL chiết xuất từ TL (lignin kỹ thuật) acetonitril o Có khả chống thấm chống nước tốt o Tận dụng triệt để nguồn tài nguyên tái tạo tự nhiên sống, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đạt hiệu kinh tế sinh thái lợi ích nhiều Chương 2: Các loại keo dán có nguồn gốc từ Lignin 2.4 Xu hướng sử dụng chất kết dính dựa lignin cho ngành cơng nghiệp ván gỗ tương lai 2.4.1 Các vấn đề thách thức chất kết dính dựa lignin ngành cơng nghiệp ván gỗ composite o Chất kết dính tổng hợp gốc dầu mỏ có giá thành thấp lựa chọn ưu tiên o Các chất kết dính dựa sinh học chất kết dính dựa lignin chưa nhà sản xuất áp dụng rộng rãi o Chi phí liên quan đến vật liệu dựa lignin cao vật liệu gốc từ dầu mỏ o Lignin có trọng lượng phân tử cao, hoạt tính hóa học thấp vị trí phản ứng hạn chế ➢ Chất kết dính dựa lignin cần khắc phục để khuyến khích sử dụng chất kết dính dựa lignin ngành cơng nghiệp để đảm bảo tương lai bền vững khỏe mạnh Chương 2: Các loại keo dán có nguồn gốc từ Lignin 2.4 Xu hướng sử dụng chất kết dính dựa lignin cho ngành cơng nghiệp ván gỗ tương lai 2.4.2 Động lực thị trường chất kết dính dựa ligin cho ngành cơng nghiệp ván gỗ composite o Chất kết dính từ dầu mỏ có , nguồn ngun liệu hữu hạn, khơng thể tái tạo gây hại cho hệ sinh thái o Các nhà sản xuất chất kết dính gỗ phải chịu áp lực pháp lý để sửa đổi công thức chất kết dính tổng hợp gốc dầu mỏ để phù hợp với quy định sức khỏe môi trường o Các sản phẩm gỗ qua sử dụng để làm phân trộn, tái sử dụng thu hồi lượng mà không ảnh hưởng đến môi trường vấn đề sức khỏe an toàn o Ngày có nhiều nghiên cứu tạo nhiều loại keo dán từ lignin cung cấp nhiều lựa chọn thay cho nhà sản xuất ngành công nghiệp Chương 2: Các loại keo dán có nguồn gốc từ Lignin 2.5 Ưu nhược điểm keo dán gỗ từ lignin Ưu điểm Hạn chế độc hại tới người thân Writevới a pending task here thiện môi trường Tận lượng lignin thừa Writedụng a pending task here trình sản xuất bột giấy Write a pending task here Giá thành rẻ, hiệu bám dính tương loại keo cơng Write ađương pendingvới tasknhưng here nghiệp khác Ngun liệu dễ tìm, sản xuất số lượng lớn Là giải pháp hiệu giúp hạn chế dùng nguyên liệu không tái sinh dầu mỏ, khí tự nhiên Nhược điểm Khả chống Write a pending taskthấm here nước tương đối kém, độ bền liên kết thấp Write a pending task here Các biến thể tự nhiên lớn điều Write a pending task here kiện phát triển khác Write a pending task here Lignin khơng biến tính có khả phản ứng thấp Thời gian ép lâu nhiệt độ ép cao Kết luận Chất kết dính dựa lignin giải pháp thay thân thiện với môi trường bền vững so với chất kết dính thơng thường sử dụng ngành cơng nghiệp ván gỗ Do đặc điểm cấu trúc phức tạp lignin ảnh hưởng đến khả phản ứng => cần biện pháp biến tính trình bày giúp tăng khả phản ứng => để dễ dàng chế tạo keo dán Các loại keo dán dựa lignin đa dạng, việc kết hợp lignin với chất khác tạo loại keo khác với tính chất khác Bên cạnh thách thức tương đối lớn việc chuyển dần sang keo dán dựa lignin động lực phát triển loại keo không nhỏ Do xu hướng sản xuất, tiêu dung hướng tới bảo vệ môi trường, thân thiện với người nên tương lai phát triển loại keo rộng mở THANK YOU ! Tài liệu tham khảo [1] "https://en.wikipedia.org/wiki/Lignin," 2021 [Online] [Accessed 17 2021] [2] X L a L Shuai*, "Lignin-Based Adhesives," Green Adhesives: Preparation, Properties and Applications, 12 May 2020 [3] X X A P E F G D G & S A Xinyi Chen, "Oxidized demethylated lignin as a bio-basedadhesive for wood bonding," Taylor & Francis Group, 2020 [4] ∗ Z A S H L P M T R H Aik Fei Anga, "Lignin-based copolymer adhesives for composite wood panels – A review," Adhesion & Adhesives, 2019 [5] S D C C Heiko Lange, "Oxidative upgrade of lignin–recent routes re-viewed," European Polymer Journal, 2013 [6] M F Seyed Hamidreza Ghaffar, "Lignin in straw and its applications as an adhesive," Adhasion and Adhasives, 2013 [7]X J a M Guo, "Preparation and properties of a chitosan-lignin wood adhesive," in International Journal of Adhesion and Adhesives, 2017 [8]T L S Y Y M J L Y C H W Xiaoyu Gong, "The preparation and performance of a novel lignin-based adhesive withoutformaldehyde," Industrial Crops & Products, 2020 ... Ghaffar, "Lignin in straw and its applications as an adhesive," Adhasion and Adhasives, 2013 [7]X J a M Guo, "Preparation and properties of a chitosan -lignin wood adhesive," in International Journal... CHUYÊN NGÀNH POLYME – GIẤY Đề tài: Tổng quan keo dán gỗ thân thiện môi trường sở lignin (Environmentally Friendly Lignin- Based Wood Adhesive: A literature review) Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Trung... keo dán có nguồn gốc từ Lignin 2.3 Các chất kết dính d? ?a Lignin 2.3.6 Keo dán gỗ amoni lignosulfonate bột chitosan o Được tổng hợp cách pha trộn amoni lignosulfonat bột chitosan axit môi trường