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Título: Utilização da lignina modificada na substituição parcial de fenol em adesivos fenólicos aplicados em laminados de madeira
Título(s) alternativo(s): Use of modified lignin as a partial substitute for phenol in phenolic adhesives applied to wood laminates
Autor(es): Krindges, Andrini
Orientador(es): Sikora, Mariana de Souza
Palavras-chave: Lignina
Adesivos
Fenóis
Ressonância magnética nuclear
Lignin
Adhesives
Phenols
Nuclear magnetic resonance
Data do documento: 7-Fev-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Pato Branco
Citação: KRINDGES, Andrini. Utilização da lignina modificada na substituição parcial de fenol em adesivos fenólicos aplicados em laminados de madeira. 2025. Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2025.
Resumo: Este estudo investiga os princípios da economia circular aplicados à lignina, um resíduo gerado no processo industrial de produção de celulose e papel. O objetivo central é explorar o potencial da lignina como substituto parcial do fenol na síntese de adesivos fenólicos, comparando-os com adesivos comerciais. Para isso, foram adotadas duas metodologias de pré-polimerização, utilizando lignina kraft como referência, a fim de avaliar possíveis melhorias no processo de síntese. As ligninas foram caracterizadas por meio de análises de FTIR, RMN de ¹³C e ¹H. No FTIR, todos os espectros apresentaram grupos químicos semelhantes, mas nas ligninas fenoladas foram observadas vibrações exclusivas nas regiões de 691 e 758 cm⁻¹, atribuídas à adição de moléculas de fenol à lignina por reação nos grupos α-hidroxila nas posições orto ou para. No RMN de ¹³C, todas as ligninas apresentaram unidades guaiacil e siringil, enquanto as ligninas fenoladas também exibiram unidades p-hidroxifenil, identificadas nas regiões de 129,4 e 126,1 ppm. A ligação β-O-4 foi detectada apenas na lignina hidroximetilada, que também mostrou maiores quantidades do grupo metilol em relação às demais. Para os adesivos fenólicos, foram realizados espectros de RMN de ¹³C com substituição de 25% de fenol por lignina, comparando-se com o adesivo comercial. Os resultados indicaram similaridade entre todos os espectros e o adesivo comercial (FF-0%), evidenciando que a reticulação do adesivo não foi significativamente alterada pela substituição de fenol por lignina. Para validar o uso de lignina nos adesivos fenólicos, foram produzidos compensados de madeira com substituições de 25% e 50% de fenol por lignina. Os resultados mostraram que ambas as substituições atenderam às exigências da norma NBR 12466-2, destacando o potencial da lignina como alternativa sustentável ao fenol. A amostra FFL-25% apresentou o melhor desempenho na condição de vácuo/pressão, superando inclusive a amostra comercial em termos de resistência à fibra. Já a amostra de compensado com adesivos FFLF-50% mostrou desempenho superior em relação às demais substituições de 50%, com resultados iguais ou superiores às amostras de FFLH-25% e FFL-25%. De forma geral, o estudo demonstra o potencial de aplicação da lignina como substituto parcial do fenol na produção de adesivos fenólicos, proporcionando ganhos ambientais e contribuindo para o desenvolvimento de produtos mais sustentáveis e competitivos.
Abstract: This study investigates the principles of circular economy applied to lignin, a residue generated in the industrial process of pulp and paper production. The main objective is to explore the potential of lignin as a partial substitute for phenol in the synthesis of phenolic adhesives, comparing them with commercial adhesives. For this purpose, two pre-polymerization methodologies were adopted, using kraft lignin as a reference, in order to evaluate possible improvements in the synthesis process. The lignins were characterized by means of FTIR, ¹³C and ¹H NMR analyses. In FTIR, all spectra presented similar chemical groups, but in the phenolated lignins, exclusive vibrations were observed in the regions of 691 and 758 cm⁻¹, attributed to the addition of phenol molecules to lignin by reaction in the α-hydroxyl groups in the ortho or para positions. In the ¹³C NMR, all lignins presented guaiacyl and syringyl units, while the phenolated lignins also exhibited p-hydroxyphenyl units, identified in the regions of 129.4 and 126.1 ppm. The β-O-4 bond was detected only in the hydroxymethylated lignin, which also showed higher amounts of methoxyls compared to the others. For the phenolic adhesives, ¹³C NMR spectra were performed with 25% substitution of phenol for lignin, comparing them with the commercial adhesive. The results indicated similarity between all spectra and the commercial adhesive (FF-0%), evidencing that the crosslinking of the adhesive was not significantly altered by the substitution of phenol for lignin. To validate the use of lignin in the phenolic adhesives, plywoods were produced with substitutions of 25% and 50% of phenol for lignin. The results showed that both substitutions met the requirements of NBR 12466-2, highlighting the potential of lignin as a sustainable alternative to phenol. The FFL-25% sample showed the best performance under vacuum/pressure conditions, even surpassing the commercial sample in terms of fiber strength. The plywood sample with FFLF-50% resin showed superior performance in relation to the other 50% substitutions, with results equal to or superior to the FFLH-25% and FFL-25% samples. Overall, the study demonstrates the potential application of lignin as a partial substitute for phenol in the production of phenolic adhesives, providing environmental gains and contributing to the development of more sustainable and competitive products.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36717
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