Lignin nanoparticles and epoxies for the preparation of durable and highly bio-based surface coatings and adhesives

Abstract

The epoxy compound, glycerol diglycidyl ether (GDE) and colloidal lignin particles (CLPs) were used to prepare surface coatings which were demonstrated on wood and metal substrates. The GDE/CLP ratios 0.65, 0.52 and 0.39 g/g were evaluated for the coatings. The GDE/CLP ratios 0.65 and 0.52 g/g showed good abrasion resistance compared to commercial references, and were also solvent- and stain resistant. The coatings possessed excellent breathability and repelled water satisfactorily. The abrasion resistance of the GDE/CLP ratio 0.39 g/g was weaker, and did not possess solvent resistance due to insufficient inter- and intra-particle linking. It was shown that thin layers of coating (6.9 g(CLP)/m2) had higher hydrophobicity compared to thicker layers. Sunlight resistance tests showed that the coatings with GDE/CLP ratios 0.65 and 0.52 g/g were relatively resistant towards light-induced yellowing, although texture-intensifying effects were observed.

A new method for the preparation of epoxidized lignin by using CLPs as lignin-vectors was also evaluated. The method resulted in a high hydroxyl-to-epoxy conversion and a satisfactory yield. The epoxidized lignin and the GDE were also shown to function well as wood-adhesives when used together with CLPs.

Epoxihartsen, glycerol diglycidyl eter (GDE) och kolloidala ligninpartiklar (CLPn) användes för att framställa ytbeläggningar vilka demonstrerades på trä- och metallytor. GDE/CLP förhållandena 0.65, 0.52 och 0.39 g/g utforskades. Ytbeläggningar med de ovanämnda GDE/CLP förhållandena tillät vattenånga att passera nästan fullständigt och hade tillfredställande vattenavstötande egenskaper. Det visade sig att de tunnaste skikten av beläggningarna (6.9 g(CLP)/m2) stötte undan vatten bättre än tjockare skikt. Ytbeläggningar med GDE/CLP förhållandena 0.65 och 0.52 g/g hade dessutom god resistans mot slitning jämfört med de kommersiella referenserna, och de var även resistanta mot lösningsmedel och fläckar. Ytbeläggningar med GDE/CLP förhållandet 0.39 g/g var svagare, och höll inte mot lösningsmedel på grund av brsitfällig tvärbindning inom och mellan partiklarna. Solljusresistansprover visade att beläggningar med GDE/CLP förhållandena 0.65 och 0.52 g/g var relativt resistanta mot gulnande förorsakat av solljus. Ljuset intensifierade dock beläggningarnas textur, vilket förorsakade att ojämnheter syntes bättre.

En ny metod för att framställa epoxiderat lignin undersöktes också. Metoden gav en hög konversion av hydroxylgrupper till epoxigrupper och ett nöjbart utbyte. Det epoxiderade ligninet och GDE visade sig vara användbara som trälim då de användes tillsammans med CLPn.