Lignina organosolv de Eucalyptus dunnii Maiden, alternativa para a sintese de adesivos de poliuretano para madeira

Abstract

Por muitos anos a lignina tem sido utilizada como combustível para a geração de energia na indústria da celulose. Porém no transcorrer dos anos, as empresas de celulose têm aumentado a capacidade produtiva, isto traz como conseqüência que, algumas delas tenham excedentes de lignina que pode ser aproveitada na obtenção de outros materiais. Atualmente são comercializadas as ligninas técnicas (lignina Kraft e lignosulfonatos) que têm mercado específico como agentes de flotação, dispersante, condicionadores de solos, carga de alguns materiais e polímeros, inclusive adesivos de fenol formol. Porém, estas ligninas contêm nas suas estruturas, compostos de enxofre o que pode atrapalhar seu desempenho ou a síntese desses subprodutos. É justo aqui que as ligninas livres de enxofre, como as Organosolv, podem ser uma alternativa interessante, porque além de serem livres de enxofre são mais puras e mais reativas com grande número de grupos hidroxilas livres. O objetivo geral deste trabalho foi: a síntese e caracterização de poliuretanos adesivos para madeira a base de lignina. Sob a hipótese de que a lignina adicionada em diferentes proporções na formulação incrementará a resistência adesiva. Desta forma, madeira de Eucalyptus dunni Maiden, foi tratada pelo processo Organosolv para extrair lignina livre de enxofre por neutralização, evaporação e filtragem. As características químicas desta lignina foram avaliadas para estabelecer os parâmetros de reação na síntese dos poliuretanos. Foram sintetizados dois tipos diferentes de poliuretano de lignina com dois tipos de polióis: polibutadieno líquido hidroxilado (PBLH) e polietileno glicol (PEG) com di-isocianato tolueno (TDI). Segundo os resultados obtidos das provas de adesão dos poliuretanos sintetizados com lignina foram três vezes mais fortes do que o adesivo de poli vinil álcool (PVA) comercial para teores de lignina ate 5% no caso do poliuretano Lignina-PBHL e até 10% de lignina para Lignina-PEG.

The lignin had been used as fuel for energy generation in the pulp industry. However, pulp industries are increasing their production. Thus an excess of black liquor is generated as by- product and could be used to isolate the lignin to be used in the production of several derivatives of it. Actually, technical lignins as Kraft and lignosulfonate are commercialized for different products, as dispersants, soils restructuring, filler in polymeric materials and adhesives for wood products, etc. Nevertheless, these lignins have sulfur in their chemical structure which could decrease the byproducts performance. Here is a good chance for isolated lignins by the Organosolv pulping process; because of these, sulfur free lignins are more pure and reactive. The objective of this work was the syntheses of polyurethane-lignin adhesive for wood. Our hypothesis is: The addition in different amount of Organosolv lignin during polyurethane synthesis can improve the adhesives properties. Eucalyptus dunnii Maiden, wood chips were cooked by two stages Organosolv pulping process. Organosolv sulfur free lignin was isolated by neutralization, evaporation and filtration of the black liquor. Chemical characteristics of lignin were evaluated in order to establish stechiometric parameters during polyurethanes production. Two different kind of lignin-polyurethanes films were synthesized, using: hydroxyl terminated polybutadiene (HTPB) and Polyethylene glycol and Toluene diisocyanate as agent urethane production. The adhesion and stress-strain properties for the polyurethanes-lignin films obtained were three times higher than commercial polyvinyl acetate (PVA) for 5% lignin amount for HTPB-lignin and 10% lignin amount for lignin-PEG.

Durante muchos años la lignina ha sido utilizada como combustible para la generación de energía en las industrias de pulpa celulósica. Sin embargo, con el tiempo las empresas productores de pulpa han crecido en capacidad productiva, como consecuencia algunas de ellas tiene excedentes de lignina que puede ser aprovechada en la obtención de otros materiales. Actualmente son comercializadas lignina técnicas (lignina Kraft y lignosulfonatos) que tiene un mercado específico como agentes de flotación, dispersantes, acondicionadores de suelo, material de relleno en algunos materiales y polímeros, inclusive adhesivos de fenol- formol. No obstante, estas ligninas contienen en su estructura compuestos de azufre que pueden interferir en su desempeño o en la síntesis de subproductos. Es justamente en este punto donde las ligninas libres de azufre como la Organosolv, que pueden ser una alternativa interesante, porque además de ser libres de azufre presentan mayor pureza y contiene una relativamente grande cantidad de grupos hidroxilo libres. El objetivo general de este bajo es la síntesis de poliuretanos adhesivos para madera. Bajo la hipótesis de que la lignina adicionada en diferentes proporciones en la formulación incrementará sus propiedades adhesivas. De esta forma, astillas de madera de Eucalyptus dunnii Maiden, fueron tratados mediante un proceso Organosolv en dos etapas para producir pulpa celulósica y lignina libre de azufre por neutralización, evaporación y filtración de los licores negros. Las características químicas de la lignina fueron evaluadas para establecer los parámetros de reacción en al síntesis de poliuretanos. Fueron sintetizados dos tipos de poliuretanos-lignina diferentes, utilizando para ello dos polioles Polibutadieno hidroxilado liquido (PHL) y Polietilenglicol (PEG) con toluendiisocianato (TDI). De acuerdo a los resultados obtenidos de las pruebas de adhesión y tensión para los poliuretanos sintetizados, se observó que el poder adhesivo fue tres veces mayor que el adhesivo de acetato de polivinilo comercial para poliuretanos con contenidos de 5% de lignina en el caso del PBLH y de hasta 10% de lignina para el caso del PEG.