The effect of the use of phenol formaldehyde resin in different rates on some physical and mechanical properties of particle boards

Year 2024, Volume: 25 Issue: 3, 325 - 332, 30.09.2024

Mert Tuğberk Kavut , Mahmut Ali Ermeydan , Eylem Dizman Tomak

https://doi.org/10.18182/tjf.1461901

Abstract

In this study, the effect of phenol formaldehyde resin ratio on some physical and mechanical properties of single-layer particle board was investigated. In particle board production, 40% fine - 60% coarse chipboard was used as wood raw material, and phenol-formaldehyde resin with 45% solids content was used as adhesive. During the preparation of particleboard test samples, the production parameters such as press pressure, temperature, time and chip amount were kept constant and the adhesive percentage was adjusted to 8, 10 and 12% according to the dry chip weight. Some physical properties of the produced particleboard, such as density, water absorption and swelling in thickness, and some mechanical properties, such as bending, modulus of bending and internal bonding strength (internal adhesion), were determined in accordance with TSE standards. Particleboard produced with phenol formaldehyde were also compared and statistically evaluated in terms of the same properties with the board prepared using 10% urea formaldehyde resin. The best results in bending strength, internal adhesion resistance and thickness increase were obtained when 10 and 12% phenol formaldehyde was used. There was no statistical difference between the groups produced with 8% phenol formaldehyde and 10% urea formaldehyde resins and these groups showed a lower performance than other groups. Boards produced with 10-12% phenol formaldehyde resin took in 45% less water and swelled 35% less in 72 hours than boards produced with 10% urea formaldehyde resin. In the study, the surface chemistry of boards with different glue ratios was analyzed and compared with ATR-FTIR.

Keywords

Phenol formaldehyde, Mechanical properties, Particle board, Water absorption, Swelling

Supporting Institution

TÜBİTAK 1002

Project Number

223O282

Thanks

Fenol Formaldehit tutkalı temininden dolayı Vezirköprü Orman Ürünleri A.Ş.’ye, üre formaldehit tutkalı ve yonga temininden ötürü de özelde Özkan Cırrık olmak üzere, Kastamonu Entegre A.Ş.’ye teşekkür ederiz. Ayrıca bu çalışma, 223O282 numaralı TÜBİTAK 1002 projesi ile desteklenmiştir.

Fenol formaldehit reçinesinin farklı oranlarda kullanımının yonga levhaların bazı fiziksel ve mekanik özelliklerine etkisi

Abstract

Bu çalışmada, fenol formaldehit tutkal oranı farklılığının tek katlı yonga levhanın bazı fiziksel ve mekanik özellikleri üzerine etkisi araştırılmıştır. Yonga levha üretiminde, odun hammaddesi olarak %40 ince- %60 kaba yonga, tutkal olarak da %45 katı madde oranına sahip fenol-formaldehit reçinesi kullanılmıştır. Yonga levha deney örnekleri hazırlanma aşamasında, üretim parametreleri olan pres basıncı, sıcaklık, zaman, yonga miktarı sabit tutulup, tutkal yüzdesi kuru yonga ağırlığına göre %8, 10 ve 12 olacak şekilde ayarlanmıştır. Üretilen yonga levhaların yoğunluk, su alma ve kalınlığına şişme gibi bazı fiziksel özellikleri ile, eğilme, elastikiyet modülü ve yüzeye dik çekme direnci (iç yapışma) gibi bazı mekanik özellikleri ilgili standartlarına göre gerçekleştirilmiştir. Fenol formaldehit ile üretilen yonga levhalar ayrıca, %10 üre formaldehit tutkalı kullanılarak hazırlanan levha ile aynı özellikler bakımından kıyaslanmış ve istatistiki olarak değerlendirilmiştir. Eğilme direnci, iç yapışma direnci ve kalınlık artışında en iyi sonuçlar fenol formaldehit tutkalının %10 ve 12 oranında kullanılmasında elde edilmiş, %8’lik fenol formaldehit ve %10’lük üre formaldehit tutkalı ile üretilen gruplar arasında istatistiksel açıdan bir farklılık bulunmamış ve bu guruplar diğer gruplardan daha düşük bir performans sergilemiştir. %10-12 fenol formaldehit tutkalıyla üretilen levhalar, %10 üre formaldehit tutkallarıyla üretilen levhalara göre 72 saatte %45 kadar daha az su almış ve %35 oranında daha az şişmiştir. Çalışmada ayrıca, farklı tutkal oranlarına sahip levhaların yüzey kimyası ATR-FTIR ile analiz edilerek karşılaştırılmıştır.

Keywords

Fenol formaldehit, Mekanik özellikler, Yonga levha, Su alma, Şişme

Project Number

223O282

References

• Aizat, A.G., Paiman, B., Lee, S. H., Zaidon, A., 2019. Physico-mechanical properties and formaldehyde emission of rubberwood particleboard made with UF resin admixed with ammonium and aluminium-based hardeners. Pertanika Journal of Science & Technology, 27 (1): 473-488.
• Akbulut, Y., 2020. Sunta – Yonga Levha, https://akbulut-yapi.com/2018/11/27/sunta-yonga-lehva/ , Erişim: 19.03.2024.
• Akbulut, T. ve Ayrılmış N., 2024. Yongalevha endüstrisi, İstanbul Üniversitesi Cerrahpaşa, Orman Endüstri Mühendisliği ders notu (https://www.slideshare.net/slideshow/yongalevha-endstrisi-particleboard-industry/266354952 )
• Akbulut, T., 1995. Çeşitli faktörlerin yatay preslenmiş yonga levhaların özellikleri üzerine etkisi. Doktora tezi, İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
• ASTM D1037, 2006. Standard test methods for evaluating properties of wood-basedfiber and particle panel materials. ASTM International West Conshohocken, PA, USA.
• Au, K.C., Gertjejansen, R.O., 1989. Influence of wafer thickness and resin spread on the properties of papar birch waferboard. Forest Products Journal, 39(4): 47-50
• Bozkurt, A.Y., Göker, Y., 1985. Yonga levha endüstrisi. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları, Yayın No: 3311/372.
• BS EN 312, 2010. Particleboards – Specifications. British Standards Institution, London.
• Chow, P., 1979. Phenol adhesive bonded medium-density fibreboard from Quercus rubra L. bark and sawdust. Wood and Fiber Science, 11:92–98
• Dizman Tomak, E., 2005. Kimyasal modifikasyonun kızılağaç ve ladin yongalevhalarında fiziksel, mekanik ve biyolojik özelliklere etkisi, Yüksek lisans tezi, KTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon.
• Fengel, D. ve Wegener, G., 1983. Wood: Chemistry, ultrastructure, reactions, Berlin, New York: De Gruyter.
• Göker, Y., Kalaycıoğlu, H., As, N., Akbulut, T., 1993. Ağaç türü, tutkal miktarı ve formaldehit/üre mol oranının yonga levhanın özellikleri üzerine etkisi. Orenko’93 2. Ulusal Orman Ürünleri Endüstrisi Kongresi, 6 - 09 Ekim 1993, Trabzon, s. 50-61.
• Gündüz, G., Masraf, Y., 2005. Üç tabakalı yatık yongalı yonga levha üretiminde üretim şartlarının değiştirilmesinin levhaların mekanik ve fiziksel özellikleri üzerine etkisi. ZKÜ, Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 7(8): 49-57.
• İstek, A., Kurşun, C., Aydemir, D., Köksal, S. E., Kelleci, O., 2017. Yüzey tabaka yonga oranının yonga levha özelliklerine etkisi. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 19(1): 182-186.
• İstek, A., Sıradağ, H., 2013. The effect of density on particleboard properties. ICFS, International Caucasion Forestry Symposium, 24-26 October, Artvin, pp. 932-938.
• Kara, M. E., 2018. Nanoteknolojik ürünlerle modifiye edilen FF ve MUF tutkallarının odun kompozit malzemelerin fiziksel ve mekanik özelliklerine etkisi. Doktora tezi, Karabük Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük.
• Kaya, N., 2017. Fındık ve çeltik kabukları ve odun talaşı ile takviye edilmiş termoset kompozitlerde reçine türünün fiziksel özelliklere etkisi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 17(3): 1076-1087.
• Kelleci, O., 2013. Silan ile modifiye edilen üreformaldehit kullanılarak üretilmiş yongalevhaların fiziksel ve mekanik özelliklerinin belirlenmesi. Yüksek lisans tezi, Bartın Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Bartın.
• Kevin, E.I., Ochanya, O.M., Olukemi, A.M., Bwanhot, S.T.N., Uche, I., 2018. Mechanical properties of urea formaldehyde particle board composite. American Journal of Chemical and Biochemical Engineering, 2(1):10-15.
• Lee, S. & Thole, V., 2018. Investigation of modified water glass as adhesive for wood and particleboard: mechanical, thermal and flame retardant properties. European Journal of Wood and Wood Products. 76: 1427–1434.
• Lehman, W.F., 1965. Improved particleboard through better resin efficiency. Forest Products Journal, 15:155-161.
• Li, J., Zhang, J., Zhang, S., Gao, Q., Li, J., Zhang, W., 2017. Fast curing bio-based phenolic resins via lignin demethylated under mild reaction conditionl. Polymers, 9: 428.
• Maloney, T. M., 1970. Resin distrubition in layered particleboard. forest products Journal, 20(1):43-52.
• Maloney, T., 1977. Modern Particle Board and Dry-Process Fiberboard Manufacturing. Miller Freemen Publications, San Fransisco/California.
• Mamza, A.P., Ezeh, E.C., Gimba, E.C., Arthur, D.E., 2014. Comparative study of phenol formaldehyde and urea formaldehyde particleboards from wood waste for sustainable environment. Internatıonal Journal of Scientific & Technology Research, 3(9):53-61.
• Milner, H.R., Woodard, A.C., 2016. Sustainability of engineered wood products. In: Sustainability of Construction Materials (Ed: Khatib, J.), Woodhead Publishing, pp. 159-180.
• Nemli, G., Demirel, S., Zekoviç, E. 2011. The Influences Of Moisture Content of The Partıcle, Paraffin Usage and Wood Species on the Some Technological Properties of Articleboard. Artvin Çoruh Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 7 (2): 81-93.
• ORMA, 2017. Ahşap bazlı ürün tanıtım ve kullanma kılavuzu, https://www.orma.com.tr/wp-content/uploads/2019/10/ DOKUMANLAR-Orma_Kalite_Kitap%C3%A7%C4%B1 %C4%9F%C4%B1 _M01.pdf , Erişim: 19.09.2024.
• Prasetiyo, K.W., Astari, L., Syamani, F.A., Subyakto, S., 2019. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 374: 012050.
• Şahin, M. E., Kalaycıoglu, H., Aras, U., 2022. Odun esaslı levha sektöründe yaşam döngüsü analizine bir bakış. Ormancılık Araştırma Dergisi, 9(Özel Sayı): 342-354.
• Şenel, A., 1996. mobilya endüstrisinde kullanılan lamine ve laminatlı malzemeler. Gazi Üniversitesi, Endüstriyel Sanatlar Eğitim Fakültesi Dergisi, 4: 187-199.
• TS EN 310, 1999. Odun esaslı levhalar-Eğilme dayanımı ve eğilme elastikiyet modülünün tayini. TSE, Ankara.
• TS EN 317, 1999. Yonga levhalar ve lif levhalar-Su içerisine daldırma işleminden sonra kalınlığına şişme tayini. TSE, Ankara.
• TS EN 319, 1999. Yonga levhalar ve lif levhalar-Levha yüzeyine dik çekme dayanımının tayini. TSE, Ankara.
• TS EN 322, 1999. Odun esaslı levhalar-Rutubet miktarının tayini. TSE, Ankara.
• TS EN 323, 1999. Odun esaslı levhalar-Birim hacim ağırlığının tayini. TSE, Ankara.
• Wong, E.D., Zhang, M., Wang, Q., Kawai, S., 1999. Formation of the density profile and its effects on the properties of particleboard. Wood Science and Technology, 33(4): 327-340.
• Yang, T.H., Lin, C.H., Wang, S.Y., Tsai, M.J., 2007. Characteristics of particleboard made from recycled wood-waste chips impregnated with phenol formaldehyde resin. Building and Environment, 42: 189–195.
• Zhang, W., Ma, Y., Wang, C., Li, S., Zhang, M., Chu, F., 2013. Preparation and Properties of Lignin-Phenol-Formaldehyde Resins Basedon Different Biorefinery Residues of Agricultural Biomass. Industrial Crops and Products, 43:326–333.