Development and optimization of a new formaldehyde-free cornstarch and tannin wood adhesive

Abstract

The development and optimization of a new, environment-friendly adhesive made from abundant and renewable cornstarch and tannin is described in this study. At present, the production of wood composites mainly relies on petrochemical-and formaldehyde-based adhesives such as phenol-formaldehyde (PF) resins and urea-formaldehyde (UF) resins.Formaldehyde-free cornstarch plus tannin adhesives were evaluated for mechanical and physical properties (shear strength, rheological characterisation and thermogravimetric analysis).First, optimized conditions for the preparation of cornstarch-sodium hydroxide wood adhesives were determined. The parameters studied were the following: total solids content of the adhesives, sodium hydroxide concentration and sodium hydroxide/cornstarch volume ratio. The highest shear strength results appeared to be 0.5 sodium hydroxide / cornstarch volume ratio when using concentrations of cornstarch (65 % p/v H 2 O) and sodium hydroxide (33 % p/v H 2 O). The optimum cure temperature was 170°C and the cure time 4min. The addition of two types of tannin-based adhesives, Mimosa and Quebracho, with hexamethylenetetramine (hexamine) hardener to the cornstarch-sodium hydroxide formulation improved the shear strength and decreased the viscosity of adhesives.Entwicklung und Optimierung eines neuen, formaldehydfreien Holzklebstoffes auf Maisstärke-und Tanninbasis Zusammenfassung In dieser Studie wird die Entwicklung und Optimierung eines neuen, umweltfreundlichen Klebstoffes auf Basis der nachwachsenden und reichlich vorhandenen Rohstoffe Maisstärke und Tannin beschrieben. Gegenwärtig werden zur Herstellung von Holzwerkstoffen Klebstoffe auf Öl-und Formaldehydbasis, wie zum Beispiel Phenolformaldehyd-Harz (PF) und Harnstoffformaldehyd-Harz (UF), verwendet. Die mechanischen und physikalischen Eigenschaften (Scherfestigkeit, rheologische Eigenschaften und thermogravimetrische Analyse) von Klebstoffen auf Maisstärke und Tanninbasis wurden untersucht. Zunächst wurden die optimalen Bedingungen zur Herstellung von Maisstärke-Natriumhydroxid-Holzklebstoffen bestimmt. Dabei wurden die Parameter Gesamt-Feststoffgehalt der Klebstoffe, Natriumhydroxidkonzentration und das Volumenverhältnis von Hydroxid und Maisstärke untersucht. Die höchste Scherfestigkeit ergab sich bei einem Volumenverhältnis von 0,5 bei einer Maisstärkekonzentration von 65% p/v H 2 0 und einer Natriumhydroxidkonzentration von 33% p/v H 2 O. Die optimale Aushärtungstemperatur lag bei 170°C und die Aushärtungszeit bei 4 Minuten. Durch Zugabe zweier verschiedener Tannin basierter Klebstoffe, Mimosa und Quebracho, mit Hexamin als Härter, zur Maisstärke-Natriumhydroxid-Rezeptur wurde die Scherfestigkeit verbessert und die Viskosität der Klebstoffe verringert.

Preparation and Mechanical Characterization of Particleboard Made From Maritime Pine and Glued With Bio-Adhesives Based on Cornstarch and Tannins

“…The total resin solid by weight was 10 % for the commercial UF and cornstarch-tannin adhesives. In the case of the cornstarch-tannin adhesives, hot pressing was carried out at 25 kg/cm 2 pressure and 170 °C, for 7.5 minutes press time (optimal conditions) (Moubarik et al 2010a). While particleboard bonded with commercial UF resin has assembled and hot pressed under 25 kg/cm 2 pressure at 195°C, for 7.5 minutes press time.…”

Preparation and Properties of Cassava Starch-based Wood Adhesives

“…Several researchers have evaluated the potential utilization of starch (Imam et al 1999(Imam et al , 2001, starch/tannin (Moubarik et al 2009(Moubarik et al , 2010(Moubarik et al , 2011, and starch/isocyanates (Tan et al 2011) as starchbased wood adhesive (SWA). SWA can be prepared by grafting an olefin monomer (VAc or VAc + BA) onto starch granules; the monomer then reacts with the OH group of the glucose unit to produce an ether linkage (Wang et al 2012Zhang et al 2015).…”

Tannin Fingerprinting in Vegetable Tanned Leather by Solid State NMR Spectroscopy and Comparison with Leathers Tanned by Other Processes

“…Tannins leave a clear spectroscopic fingerprint in the 13 C-NMR spectra of industrial materials in which they are used in adhesives [14,15], which moreover is sensitive to chemical changes brought about by processing [16]. NMR can also quantify the degree of extraction of tannins from bark [17], with the NMR results validating against conventional extractive gravimetric techniques.…”