Modificação e caracterização de lignina kraft como potencial para substituição de resina fenólica

Abstract

Resumo: A lignina kraft, produto das indústrias de papel e celulose é um material que vem sendo usado com o propósito de substituição de materias de origem fóssil na indústria química. O presente trabalho avaliou o uso da lignina kraft modificada por hidrólise alcalina e sua aplicação como uma fonte alternativa à substituição de resina fenólica do tipo resol usadas como adesivo em painéis compensados de madeira. As etapas de desenvolvimento do trabalho consistiram no método de modificação da lignina, caracterização química do material obtido, substituição de resina fenólica por lignina modificada em diferentes proporções, avaliação das propriedades físico químicas das resinas com lignina, cinética do preparo do adesivo, aplicação em painéis compensados de madeira e avaliação dos resultados mecânicos. O método empregado para modificação da lignina via hidrólise alcalina permitiu obter um adesivo com teor de sólidos na faixa de 46 – 48%, viscosidade brookfield entre 400 – 1600 cP e pH maior do que 13,5. A substituição parcial de resina por lignina modifidacada mostraram aumento no tempo de gel das misturas, mantendo à especificação do produto para aplicação. A cura dos adesivos via DSC mostrou um efeito da incorporação da lignina modificada similar à resina fenólica, indicando que a lignina modificada não altera significativamente o processo de cura. Os resultados de cinética dos adesivos mostraram que o aumento do teor de lingnina modificada tem impacto na viscosidade do adesivo composto por farinha, água e resina fenólica. Já a avaliação dos resultados mecânicos em painéis compensados mostraram que teores de substituição de resina em m/m de até 20%, é possível atingir resultados de cisalhamento pós tratamento de ciclo de fervura similar à resina fenólica. A comparação dos resultados foi realizada via Anova de Tukey com 95% de confiabilidade. Enfim, conclui-se que é possível a substituição parcial de resina fenólica por lignina modificada na produção de painéis compensados de madeira, antendendo requisitos de qualidade do produto final

Abstract: Kraft lignin, a product of the pulp mills, it’s a material that has been used with the purpose of replacing materials of fossil origin in the chemical industry. The present work evaluated the use of kraft lignin modified by alkaline hydrolysis and its application as an alternative source to replace resol-type phenolic resin used as an adhesive in plywood panels. The development stages of the work consisted of the lignin modification method, chemical characterization of the material obtained, replacement of phenolic resin for modified lignin in different percentages, evaluation of the physicochemical properties of resins with lignin, kinetics of adhesive preparation, application in plywood panels and evaluation of mechanical results. The method employed to modify the lignin via alkaline hydrolysis allowed obtaining an adhesive with a solids content in the range of 46 – 48%, Brookfield viscosity between 400 – 1600 cP and pH higher then 13,5. The partial replacement of resin by modified lignin increased the gel time of the mixtures, while maintaining the specification of the product for application. The curing of the adhesives via DSC showed an effect of the incorporation of the modified lignin similar to the phenolic resin, indicating that the modified lignin does impact cure of the resin compared to the reference. The results of glue kinetics showed that increasing the percentage of modified lignin content on resin has on adhesive viscosity, composed by phenolic resin, wheat flour and water. The mechanical results in plywood panels observed that resin replacement contents in m/m of up to 20%, it’s possible to achieve shear strength results after boiling cycle treatment similar to phenolic resin (1 MPa). Comparison of results was performed via Tukey's Anova with 95% reliability. Finally, it is concluded that it is possible to partially replace phenolic resin with modified lignin in the production of plywood panels, meeting the quality requirements of the final product