Determination of the effects of additives added to pu glue on dimensional stability in fiberboards

Abstract

Today, there is an increasing trend towards the use of forest products in the form of composites, since the use of forest products as a solid material cannot adequately meet the demand and increases the cost of use. For this reason, fiber boards (MDF), which is one of the basic raw materials of the forest products industry and manufactured from wood-based raw materials, were chosen as the test material. Additives with various properties (beech fiber, degraded beech fiber and active carbon) were added at different rates (2.5%, 5%, 7.5%) into the polyurethane (PU) glue. Then, the effects on the dimensional stability of the board during the joining and bonding processes were investigated by applying adhesive with filler on the surface of the medium density standard fiber boards. Shiitake (Lentinus edodes) fungi was used to degrade beech fibers. In the test samples prepared for this purpose, water absorption values and thickness swelling tests were performed at 2 h, 24 h, 48 h, 72 h, 96 h and 336 h (2 weeks). As a result of the statistical analyzes of the obtained data, it was determined that the addition of additives had a significant effect on the water absorption and thickness swelling values of the samples at the confidence level (p<0.05). At the same time, in the water absorption values according to the sample group averages, the best values were measured in the additive of active carbon, and the worst in the degraded beech fiber group. Likewise, in thickness swelling tests, the best results were obtained in additive of beech fiber and the worst in additives of degraded beech fiber and active carbon samples. In line with these results, it is suggested that it is more suitable in terms of dimensional stability to be used in the related areas, considering the minimum water absorption and minimum expansion times and additive sample groups in the joining and bonding-like processes of fiberboards.

Keywords

• Fiberboard
• Beech fibers
• Activated carbon
• Water absorption
• Thickness swelling

Lif levha yanal yüzeylerine farklı katkı maddeler içeren poliüretan tutkalı uygulamasının boyut stabilitesi üzerine etkileri

Abstract

Günümüzde, talebe yeterince cevap veremeyen orman emvalinin, masif olarak kullanımının maliyete getirdiği ilave yükten dolayı, kompozit şeklinde kullanımına artan bir yönelme söz konusudur. Bu nedenle test materyali olarak, orman ürünleri sanayisinin temel hammaddelerinden biri olan ve odun esaslı hammaddelerden imal edilen lif levhalar (MDF) seçilmiştir. Seçilen orta yoğunluktaki standart lif levhalara, poliüretan (PÜ) tutkalı içerisine muhtelif vasıflara sahip katkı maddeleri (kayın lifi (KL), bozunmuş kayın lifi (BKL) ve aktif karbon (AK) farklı oranlarda (%2.5, 5, 7.5) ilave edilerek, levhanın yüzeyine uygulanarak birleştirme veya yapıştırma işlemleri sırasında levhanın boyut stabilitesi üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Kayın liflerinin degrede (bozunma) edilmesinde, Shiitake (Lentinus edodes) mantarı kullanılmıştır. Bu amaç doğrultusunda hazırlanan deney numunelerinde 2 sa, 24 sa, 48 sa, 72 sa, 96 sa ve 336 sa (2 hafta) sürelerde su alma (SA) ve kalınlık artımı (KA) testleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen verilerin istatistiki analizleri sonucunda, su alma ve kalınlık artımı testlerinin tümünde, katkı maddesi ilavesi, örneklerin su alma ve kalınlık artımı değerleri üzerinde, (p<0.05) güven düzeyinde önemli bir etki oluşturduğu tespit edilmiştir. Aynı zamanda, örnek grup ortalamalarına göre SA ölçümlerinde, en iyi değerler AK, en kötüsü ise BKL grubu, aynı şekilde, KA testlerinde de en iyi sonuçlar KL, en kötüleri ise BKL ve AK örneklerinde elde edilmiştir. Bu sonuçlar doğrultusunda, lif levhaların birleştirme ve yapıştırma benzeri işlemlerinde, en az su alma ve en az genişleme gösterdiği süreler ve katkı maddesi örnek grupları dikkate alınarak kullanılmasının boyut stabilitesi açısından daha uygun olduğu önerilmektedir.

Keywords

• Lif levha
• Kayın lifleri
• Aktif karbon
• Su alma
• Kalınlık artımı

References

1. ASTM-D 1037, 1993. Standard methods of evaluating the properties of wood base fiber and particle panel materials. Annual Book of ASTM Standarts, USA.
2. Atar, M., 2007. PVAc tutkalında viskozite değişiminin bazı ağaç malzemelerde yapışma direncine etkileri. Politeknik Dergisi, 10(1): 85-91.
3. Bardak, T., Sözen, E., 2018. Yonga levha ve lif levhaların su alma davranışlarının dijital görüntü korelasyon (dgk) yöntemi ile karakterize edilmesi. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 20(3): 525-534.
4. Carroll, M.N., Bergin, E.G., 1967. Catalyzed PVA emulsions as wood adhesives. Journal of Natural Products, 17: 45-50.
5. Efe, H., Kasal, A., 2000. Kutu konstrüksiyonlu sabit ve demonte mobilya köşe birleştirmelerde çekme direnci. Gazi Üniversitesi Endüstriyel Sanatlar Eğitim Fakültesi Dergisi, 8(8): 61-74.
6. Eroğlu, H., Usta, M., 2000. Lif Levha Üretim Teknolojisi. Karadeniz Teknik Üniversitesi, Orman Fakültesi, Genel Yayın No:200, Fakülte Yayın No:30, s:351, Trabzon, Türkiye.
7. Fabiyi, J.S., McDonald, A.G., Morrell, J.J., Freitag, C., 2011. Effects of wood species on durability and chemical changes of fungal decayed wood plastic composites. Composites: Part A, 42: 501-510. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2011.01.009 Geng, S., Ullah Shah, F., Liu, P., Antzutkin, O.N., Oksman, K., 2017. Plasticizing and crosslinking effects of borate additives on the structure and properties of poly(vinyl acetate). RSC Advences, 7: 7483-7491. DOI: 10.1039/C6RA28574K
8. Ge, S., Chen, X., Dongli Li, D., Liu, Z., Ouyang, H., Peng, W., Zhang, Z., 2018. Hemicellulose structural changes during steam pretreatment and biodegradation of Lentinus edodes. Arabian Journal of Chemistry, 11: 771-781. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2017.12.022

9. Hill, C.A.S., 2006. Wood Modification: Chemical, Thermal and other processes. Wiley Series in Renewable Resources, John Wiley and Sons. Inc., Chichester, UK.
10. İstek, A., Özlüsoylu, İ., Kızılkaya, A., 2017. Türkiye ahşap esaslı levha sektör analizi. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 19(1): 132-138. DOI:10.24011/barofd.297231
11. Kamke, F.A., Lee, J.N., 2007. Adhesive penetration in wood – A review. Wood and Fiber Science, 39: 205–220.
12. Karaman, A., Güven, Ş., Yeşil, H., Yıldırm, M.N., 2017. Farklı tutkallar kullanılarak hazırlanan mobilya köşe birleştirmelerinde diyagonal çekme ve basınç kuvvetinin belirlenmesi. Teknik Bilimler Dergisi, 7(2): 26-36.
13. Kardashov, D.A., 1973. Synthetic adhesives. No. FSTC-HT-23-1168-73. Army Foreign Science and Technology Center. CharloĴesvilleǰ VA., Russian.
14. Lee, J.W., Gwak, K.S., Park, J.Y., Park, M.J., Choi, D.H., Kwon, M., Choi, I.G., 2007. Biological pretreatment of softwood Pinus densiflora by tree white rot fungi. Journal of Microbiology, 45(6): 485-491.
15. Mathew, A.P., Gong, G., Bjorngrim, N., Wixe, D., Oksman, K., 2011. Moisture absorption behavior and its impact on the mechanical properties of cellulose whiskers based polyvinylacetate nanocomposites. Polymer Engineering & Science, 51(11): 2136- 2142. https://doi.org/10.1002/pen.22063
16. OMKO, 2020. Mobilya, Kağıt Ve Orman Ürünleri Sektörü 2020 Yılı Raporu, https://www.omko.org.tr/uploads/mobilya_sektor_eki-2020.pdf, Erişim: 25.03.2022.
17. Selbo, M.L., 1975. Adhesive bonding of wood. Technical Bulletin No. 1512. US Department of Agriculture Forest Products Laboratory, Madison, WI.
18. Skeist, I., 2012. Handbook of Adhesives. Springer Science & Business Media, New Jersey. DOI: 10.1007/978-1-4613-0671-9
19. Söğütlü, C., Döngel, N., 2007, Polivinilasetat (PVAc) ve poliüretan (PU) tutkalları ile yapıştırılmış bazı yerli ağaçlarda çekmede makaslama dirençleri. Journal of Polytechnic, 10(3): 287-293. DOI:10.2339/2007.10.3.287-293
20. TS-EN 326-1, 1999. Ahşap esaslı levhalar, numune alma kesme ve muayene, Bölüm 1: Deney numunelerinin seçimi, kesimi ve deney sonuçlarının gösterilmesi, TSE, Ankara.
21. TS EN 317, 1999. Yonga levhalar ve lif levhalar-Su içerisine daldırma işleminden sonra kalınlığına şişme tayini. TSE, Ankara.
22. Ülker, O., 2017. Wood adhesives and bonding theory. Chapter from the book Adhesives - Applications and Properties, Chapter 11, pp. 270-288.
23. Vane, C.H., 2003. Monitoring decay of black gum wood durig growth of the shiitake mushroom (Lentinus edodes) using diffuce reflectance infrared spectroscopy. Applied Spectroscopy, 57: 514-517. Doi: 10.1366/000370203321666515.