Bio-adhesive based Modified Cassava Starch Waste/polyvinyl Alcohol Crosslinked with Tannic Acid for Wood Application
กาวชีวภาพจากการปรับแต่งแป้งมันสำปะหลังที่เป็นของเสีย/พอลิไวนิลแอลกอฮอล์ที่เชื่อมขวางด้วยกรดแทนนิกสำหรับการประยุกต์ใช้งานในไม้
Abstract
ในงานวิจัยนี้มุ้งเน้นที่การเพิ่มมูลค่าให้กับแป้งที่เป็นของเสียจากโรงงานแป้งมันสำปะหลังโดยการนำมาสังเคราะห์เป็นแป้งคาร์บอกซิเมธิล (CMS) เพื่อใช้เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์กาวชีวภาพ และใช้กรดแทนนิก (TA) เป็นสารเชื่อมขวาง การเชื่อมขวางของกาวชีวภาพสามารถยืนยันผลได้จากการพบพีคของพันธะเอสเทอร์ ปริมาณกาวที่เหมาะสมในการนำไปใช้งานคือ 500 กรัมต่อตารางเมตร มีค่าความต้านทานแรงเฉือนระยะเวลาการเก็บรักษา 7 วัน เท่ากับ 2.35 เมกะปาสคาล เมื่อใช้งานภายในอาคารที่อุณหภูมิห้อง อย่างไรก็ตามค่าต้านทานแรงเฉือนลดลงเมื่อนำไปใช้งานในสภาะวะที่มีความชื้นสูง และภายนอกอาคาร เนื่องจากทั้งสองสภาวะทำให้โครงสร้างของกาวชีวภาพมีปริมาตรอิสระ (Free Volume) ที่มากขึ้นส่งผลให้สายโซ่พอลิเมอร์เคลื่อนตัวได้ง่าย กาวชีวภาพที่สังเคราะห์มาจากแป้งที่เป็นของเสียแสดงให้เห็นถึงความสามารถที่ดีในการนำไปใช้ในอุตสาหกรรมไม้ได้ เพื่อเพิ่มมูลค่าให้กับแป้งที่เป็นของเสีย และยังสามารถลดการใช้งานกาวที่ได้จากปิโตรเคมี
This research aimed to add value to the waste cassava starch from the starch factory by synthesizing it as a carboxymethyl starch (CMS) and then using it as a raw material to prepare bio-adhesive and using tannic acid (TA) as a crosslinking agent. The cross-linking of the bio-adhesive was confirmed by the presence of ester bond peaks. The optimum amount of adhesive for use was 500 g/m2. The stable shear strength over 7 days was 2.35 MPa when used indoors at room temperature. However, the shear strength was decreased when used in high humidity conditions and outdoors due to both conditions increased free volume in the bio-adhesive structure, the polymer chains are easy to move. Bio-adhesives synthesized from waste cassava starch showed excellent properties to be applied in the wood industry for the added value to the waste cassava starch and also reduce the use of adhesives from petrochemicals.
Keywords
[1] J. Lamaming, N.B. Heng, A.A. Owodunni, S.Z. Lamaming, N.K.A. Khadir, R. Hashim, O. Sulaiman, M.H.M. Kassim, M.H. Hussin, Y. Bustami, M.H.M. Amini and S. Hiziroglu, Characterization of rubberwood particleboard made using carboxymethyl starch mixed with polyvinyl alcohol as adhesive, Composites Part B: Engineering, 2020, 183, 107731.
[2] M.N. Islam, A.A. Liza, M.O. Faruk, M.A. Habib, and S. Hiziroglu, Formulation and characterization of tamarind (Tamarindus indica L.) seed kernel powder (TKP) as green adhesive for lignocellulosic composite industry, International Journal of Biological Macromolecules, 2020, 142, 879–888.
[3] S. Chen, H. Chen, S. Yang and D.Fan, Developing an antifungal and high-strength soy protein-based adhesive modified by lignin-based polymer, Industrial Crops and Products, 2021, 170, 113795.
[4] N. Mati-Baouche, C. Delattre, H. de Baynast, M. Grédiac, J.D. Mathias, A.V. Ursu, J. Desbrières and P. Michaud, Alkyl-chitosan-based adhesive: water resistance improvement, Molecules, 2019, 24(10), 1987.
[5] M.I. Maulana, M.A.R. Lubis, F. Febrianto, L.S. Hua, A.H. Iswanto, P. Antov, L. Kristak, E. Mardawati, R.K. Sari, L.H. Zaini, W. Hidayat, V.L. Giudice and L. Todaro, Environmentally friendly starch-based adhesives for bonding high-performance wood composites: A review, Forests, 2022, 13, 1614.
[6] C. Yu, X. Tang, S. Liu, Y. Yang, X. Shen and C. Gao, Laponite crosslinked starch/polyvinyl alcohol hydrogels by freezing/thawing process and studying their cadmium ion absorption, International Journal of Biological Macromolecules, 2018, 117, 1–6.
[7] A. Emblem and M. Hardwidge, Adhesives for packaging, Packaging Technology, 2012, 12, 381–394.
[8] S. Sisang, Starch properties for fisheries products, Fisheries Industrial Technology Research and Development Division, 2020. (in Thai)
[9] I. Prasertsung, K. Aroonraj, K. Kamwilaisak, N. Saito and S. Damrongsakkul, Production of reducing sugar from cassava starch waste (CSW) using solution plasma process (SPP), Carbohydrate Polymers, 2019, 205, 472–479.
[10] P. Rawaengsungnoen P, S. Leklai and S. Tantipaibulvut, Ethanol production from cellulosic cassava waste, The Journal of Applied Science, 2018, 17, 37–46.
[11] S. Tantiwatcharothai and J. Prachayawarakorn, Property improvement of antibacterial wound dressing from basil seed (O. basilicum L.) mucilage- ZnO nanocomposite by borax crosslinking, Carbohydrate Polymers, 2020, 227, 115360.
[12] S. Jin, K. Li, J. Li and H. Chen, A low-cost, formaldehyde-free and high flame retardancy wood adhesive from inorganic adhesives: properties and performance, Polymers, 2017, 9(10), 513.
[13] S. Ghahri, B. Mohebby, A. Pizzi, A. Mirshokraie and H.R. Mansouri, Improving water resistance of soy-based adhesive by vegetable tannin, Journal of Polymers and Environment, 2017, 265, 1881–1890.
[14] E. Raknes, Durability of structural wood adhesives after 30 years ageing, Holz als Roh- und Werkstoff, 1997, 55, 83–90.
[15] L. Li and C. Wang, The adhesive and durability of adhesive-poly (ethylene terephthalate) film joints, Pigment & Resin Technology, 2009, 38, 310–314.
[16] N.R. Jadhav, V.L. Gaikwad, K.J. Nair and H.M. Kadam, Glass transition temperature: basics and application in pharmaceutical sector, Asian Journal of Pharmaceutics, 2009, 3(2), 82–89.
[17] M.A. Pantoja-Castroa and H. González-Rodrígueza, Study by infrared spectroscopy and thermogravimetric analysis of tannins and tannic acid, Revista Latinoamericana de Química, 2012, 39(3), 107–112
[18] J. Stejny, The effect of crosslinking on the glass transition temperature and the density of diethylene glycol bis(allylcarbonate) polymer networks, Polymer Bulletin, 1996, 36, 617–621.
[19] O.Y. Ogunsanwo, A.O. Adenaiya and C.A. Adedeji, Effect of adhesive quantity on selected physico-mechanical properties of bamboo glulam, Maderas: Ciencia y Tecnologia, 2019, 21, 113–122.
[20] R.V. Gadhave, S.K. Vineeth, P.V. Dhawale and P.T. Gadekar, Effect of boric acid on poly vinyl alcohol-tannin blend and its application as water-based wood adhesive, Designed Monomers and Polymers, 2020, 23, 188–196.
[21] S.K. Vineeth, R.V. Gadhave and P.T. Gadekar, Investigation of crosslinking ability of sodium metabisulphite with polyvinyl alcohol–corn starch blend and its applicability as wood adhesive, Indian Chemical Engineer, 2022, 64, 197–207
[22] R.V. Gadhave, S.K. Vineeth, P.A. Mahanwar and P.T. Gadekar, Effect of addition of boric acid an thermomechanical properties of microcrystalline cellulose/polyvinyl alcohol blend and applicability as wood adhesive, Journal of Adhesion Science and Technology, 2020, 35, 1072–1086.
[23] Y. Xu, Y. Han, M. Chen, J. Luo, S.Q. Shi, J. Li and Q. Gao, Constructing a triple net work structure to prepare strong, tough, and mildew resistant soy protein adhesive, Composites Part B, 2021, 211, 108677.
[24] S.M.R. Khalili, M. Najafi, R. Eslami-Farsani, Effect of Thermal Cycling on the Tensile Behavior of Polymer Composites Reinforced by Basalt and Carbon Fibers, Mechanics of composite materials, 2017, 52, 807–816.
DOI: 10.14416/j.ind.tech.2023.07.005
Refbacks
- There are currently no refbacks.
