بررسی ویژگی‌های رزین طبیعی تانن- فورفورال برای اصلاح چوب صنوبر

سابقه و هدف: تانن یک بسپار طبیعی است که اخیراً برای حفاظت چوب پیشنهاد شده است، اما این پلیمر به‌تنهایی در برابر آب مقاومت چندانی نداشته و به‌آسانی هیدرولیز می‌شود. استفاده از آلدهیدهای مختلف برای ساخت رزین های بر پایه تانن برای بهبود خواص این رزین‌ بارها مورد مطالعه قرار گرفته است. فورفورال یک آلدهید طبیعی است که از هیدرولیز اسیدی ضایعات کشاورزی ازجمله تفاله نیشکر تولید می‌شود. در این پژوهش ابتدا اثر افزودن فورفورال به‌عنوان یک آلدهید طبیعی بر روی ویژگی‌های شبکه تانن بررسی شد. سپس قابلیت رزین طبیعی تانن/فورفورال برای اصلاح آغشتگی چوب صنوبر به‌منظور بهبود خواص فیزیکی آن ارزیابی شد.مواد و روش‌ها: محلول‌های آبی تانن با غلظت 20 درصد و نسبت‌های مختلف فورفورال (2.5، 5، 10، 15، 20، 25، 40 و 50 درصد وزن خشک تانن) در ph های متفاوت (2، 4.5، 7 و 9) ساخته شدند. سپس ویژگی‌های مختلف رزین‌ها ازجمله مقاومت به آبشویی، ویسکوزیته، دانسیته و زمان ژله‌ای شدن ارزیابی شده و در ادامه با روش فاکتوریل کامل به‌وسیله نرم‌افزار مینی تب در سطح اطمینان 95 درصد شرایط بهینه برای ساخت رزین مناسب اشباع چوب انتخاب شد. رزین ساخته‌شده در شرایط بهینه برای اشباع چوب صنوبر با استفاده از روش خلا/فشار مورداستفاده قرار گرفت. برای پخت رزین و تبدیل آن‌ها به بسپار در داخل چوب از حرارت‌دهی استفاده شد. سپس ویژگی های فیزیکی چوب طبق استانداردهای سری (2020) iso 13061 اندازه‌گیری شد.یافته‌ها: نتایج نشان داد که با افزایش نسبت فورفورال دانسیته رزین‌ها افزایش پیدا کرد. زمان ژله‌ای شدن و گرانروی رزین‌ها با افزایش نسبت فورفورال روند افزایشی داشت. رزین ساخته‌شده با نسبت فورفورال 50 درصد بالاترین مقاومت به آبشویی را داشت. بررسی میکروسکوپی نشان داد که رزین‌های حاوی فورفورال دارای ساختار متخلخل‌تری بودند. مطالعات وزن‌سنجی حرارتی نشان داد که تا دمای 580 درجه سانتی‌گراد پلیمر تانن/فوفورال اصلاح‌شده دارای ثبات حرارتی بیش‌تری بود. بر اساس روش فاکتوریل کامل، شرایط بهینه برای ساخت رزین، نسبت فورفورال 50 درصد در اسیدیته 4.5 بود. نمونه‌های چوب صنوبر اشباع‌شده با رزین منتخب دارای جذب آب واکشیدگی حجمی کم‌تری نسبت به نمونه تیمار نشده بودند. با افزایش غلظت رزین، میزان جذب آب واکشیدگی ابعاد نمونه‌های تیمار شده کاهش قابل‌ملاحظه‌ای داشت.نتیجه‌گیری: مطالعات وسیعی در سطح جهانی برای استفاده از پلیمرهای طبیعی به‌منظور حفاظت و اصلاح چوب در حال اجرا است. نتایج این پژوهش نشان داد که استفاده از رزین طبیعی تانن/فورفورال دورنمای نویدبخشی برای اصلاح ویژگی‌های فیزیکی چوب را دارد. با تنظیم درست شرایط ساخت رزین و پیش تیمار تانن-فورفورال می‌توان به رزینی با گرانروی مناسب و مقاوم به آبشویی برای استفاده در صنعت اشباع چوب دست‌یافت.

the properties of natural tannin-furfural resin appliedto poplar wood modification

background and objectives: tannin is a natural polymer that has recently been proposed for wood protection, but the structure of this polymer is not water resistant and can be easily hydrolyzed or leached out from the wood. the use of various aldehydes to synthesize tannin-based resins and therefore improve the properties of these resins has already been studied. furfural is a natural aldehyde and is the raw material for the production of furfuryl alcohol, which is produced from the acidic hydrolysis of agricultural wastes, such as sugarcane. in this study, first, the effect of adding furfural on the tannin network features was investigated. next, the ability of natural tannin/furfural resin was assessed to impregnate and modify poplar wood to improve its physical properties and hygroscopic behavior.materials and methods: tannin-based resins were made with 20% m/m tannin and different ratios of furfural (2.5, 5, 10, 15, 20, 25, 40, and 50% of tannin dry weight) in different acidic conditions (ph 2, 4.5, 7, 9). for all formulations, the properties of resins were evaluated, including impregnation abilities, leaching resistance, viscosity, density and gel time. optimal condition for making suitable resin to impregnate wood was selected by the complete factorial method using mini-tab software at a 95% confidence level. then, the resin made under optimal condition was used to impregnate the poplar wood using the vacuum/pressure method. heating was used to cure the resin and turn it into a polymer inside the wood. the physical properties of modified wood were measured according to iso 13061 standard method.results: examination of resin properties showed that with an increase in furfural ratio, the resin density was increased. moreover, the resin gel time and viscosity were increased, with increasing furfural ratio and acidity respectively. the highest leaching resistance of the resin was obtained with a resin composed of 50% furfural. microscopic studies showed that resins containing furfural had a more porous structure. thermogravimetric analysis showed that up to 580 °c, tannin / furfural modified polymer had higher thermal stability. according to the complete factorial method used, the optimal condition for making the resin was to add 50% furfural to the tannin with an acidity of 4.5. samples impregnated with the selected resins had less water absorption and swelling than untreated ones. the volumetric swelling and water absorption of treated samples showed a considerable decrease with increasing resin concentration.conclusion: extensive studies are underway worldwide to use natural polymers as wood preservatives or modifiers. the results of this study showed that the use of natural tannin / furfural resin has a promising prospect for improving the physical properties of wood. by accurately ‎adjusting the resin manufacturing conditions and the tannin-furfural pretreatment, a resin with suitable viscosity and leaching resistance can be achieved to be used in the wood impregnation industry. it is suggested that future studies investigate the conferred durability and mechanical properties of woods treated and modified with tannin / furfural polymer.