Producing laminated wood using bio-based adhesives

Thumbnail Image

Files

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Kemiantekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2024-06-10

Department

Major/Subject

Biotuotteet

Mcode

CHEM3048

Degree programme

Kemiantekniikan kandidaattiohjelma

Language

en

Pages

33

Series

Abstract

The use of wood-based building materials has increased worldwide and is a significant industry, especially in Finland. Many laminated wood products are manufactured using glue made from petrochemical compounds. These compounds are often derived from crude oil. Some of these compounds, such as formaldehyde, are harmful to health as they partially turn into gas during the manufacturing process. Formaldehyde-free bio-based adhesives do not produce toxic or fossil emissions and are easier to recycle. Some bio-based adhesives can be delaminated, allowing the pieces to be separated increasing recyclability. However, their development faces challenges, particularly regarding mechanical properties and cost. For instance, many bio-based adhesives have weaker water resistance than industrially used adhesives. More research is needed for bio-based adhesives to meet the standards required for construction and to replace traditional adhesives. Soy protein can be isolated from soybeans, which are also used in food production. Lignin is a complex biopolymer and the second most common biomaterial after cellulose. Tannic acid is a polyphenol, a specific type of tannin that can be extracted from plants such as wood. Starch is a natural polymer and polysaccharide composed of glucose units. Plants produce starch from simple sugars through photosynthesis. Some raw materials are extracted from food crops, which can create various ethical issues if used industrially. This bachelor’s thesis is a literature review of bio-based wood adhesives made from different raw materials. The study was limited to four raw materials: soy protein, lignin, starch, and tannin. These raw materials were chosen because the most research has been published using them in recent years. This thesis focuses on various methods of making adhesives from each raw material. The properties of different adhesives, especially shear strength and water resistance, were compared to those of currently used adhesives. It can be concluded that they do not yet reach sufficiently high values. Most adhesive meet 17.2-31.9% of the dry, and 9-19% of the wet strength requirements. The best adhesive meets 90% of the required dry strength values. Therefore, further research on this topic is necessary, but this bachelor’s thesis aims to provide a benchmark for current research results.

Puupohjaisten rakennusmateriaalien käyttö on kasvanut ympäri maailmaa ja se on merkittävä teollisuuden ala etenkin Suomessa. Monet laminoidut puutuotteet valmistetaan käyttäen liimaa, joka on valmistettu petrokemiallisista yhdisteitä käyttäen. Kyseiset yhdisteet valmistetaan usein raakaöljystä. Osa näistä yhdisteistä kuten formaldehydi on haitallinen terveydelle, kun se muuttuu osin kaasumaiseksi tuotteiden valmistuksen yhteydessä. Formaldehydi vapaat bioliimat eivät aiheuta myrkyllisiä tai fossiilisia päästöjä lisäksi niitä on helpompi kierrättää. Osa biopohjaisista liimoista voidaan delaminoida ja näin kappaleet saadaan irti toisistaan näin edistäen kierrätettävyyttä. Niiden kehittämisessä on kuitenkin ongelmia etenkin mekaanisten ominaisuuksien osalta sekä hinnan puolesta. Esimerkiksi monilla biopohjaisilla liimoilla on heikompi vedenkestävyys, kuin perinteisesti käytetyillä liimoilla. Jotta biopohjaiset liimat voivat korvata perinteiset liimat lisää tutkimusta vaaditaan, jotta ne täyttävät rakentamiseen vaaditut standardit. Soijaproteiinia voidaan eristää soijapavuista, joita käytetään myös ruuanvalmistuksessa. Ligniini on kompleksi biopolymeeri ja se on toiseksi yleisin biomateriaali selluloosan jälkeen. Parkkihappo on polyfenoli, joka on tietty tanniinien muoto, joita voidaan eristää kasveista kuten puusta. Tärkkelys on luonnollinen polymeeri ja polysakkaridi, joka kostuu glukoosiyksiköistä. Kasvit valmistavat tärkkelystä yksinkertaisista sokereista fotosynteesin avulla. Osa raaka-aineista eristetään ruokakasveista, joka voi luoda monia eettisiä ongelmia, jos niitä käytetään teollisuudessa. Tämä kandidaatintyö on kirjallisuuskatsaus eri raaka-aineista valmistettuihin biopohjaisiin puuliimoihin. Työssä rajattiin raaka-aineiden määrä neljään ja ne ovat soijaproteiini, ligniini maissista, tärkkelys sekä tanniini. Kyseiset raaka-aineet valittiin, koska niitä käyttämällä oli julkaistu eniten tutkimuksia viime vuosien ajalta. Tässä työssä keskityttiin erilaisiin tapoihin valmistaa liimoja kunkin raaka-aineen osalta. Eri liimojen ominaisuuksista keskityttiin erityisesti leikkauslujuuteen sekä vedenpitävyyteen. Näitä ominaisuuksia verrattiin tämän hetken käytössä oleviin liimoihin ja voidaan todeta, että ne eivät vielä yllä tarpeeksi korkeisiin arvoihin. Suuri osa liimoista täyttää 17,2–31,9 % kuivasta leikkauslujuudesta sekä märästä leikkauslujuudesta 9–19 %. Noin 90 % vaaditusta arvosta saavutettiin tanniiniligniini liimalla. Lisätutkimukset aiheeseen liittyen ovat siis tarpeellisia, mutta tämä kandidaatin työ pyrkii tarjoamaan vertailukohdan tämän hetken tutkimustuloksiin.

Description

Supervisor

Rautkari, Lauri

Thesis advisor

Zhang, Shiying

Keywords

bio-based adhesives, laminated wood, shear strength

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202406184592

Collections

[kand] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM