Micro- and Nanofibrillated Cellulose (MNFC) from Pineapple (Ananas comosus) Stems and Their Application on Polyvinyl Acetate (PVAc) and Urea-Formaldehyde (UF) Wood Adhesives

Abstract

Abstract. Micro- and nanofibrillated cellulose (MNFC) was extracted from pineapple stems by acid hydrolysis, then characterized and tested in two concentrations (0.5 and 1.0 wt%) in polyvinyl acetate (PVAc) and urea-formaldehyde (UF) adhesives. The modified adhesives were used to glue three tropical wood species (Vochysia ferruginea, Cordia alliodora, and Gmelina arborea), and their corresponding bond strength resistance was determined. MNFC and the correspondent adhesives were characterized by TGA, FTIR, SEM, TEM, AFM, and viscosity determination. The TGA analysis of MNFC showed three decomposition reactions. The SEM, TEM, and AFM evaluations demonstrated the presence of micro- and nanosized dimensions of particles after the acid hydrolysis of pineapple stems. Adding 1 wt% MNFC to PVAc and UF adhesives increased their thermal stability in similar manner. Viscosity diminished in both modified adhesives with MNFC; however, this reduction did not affect the adhesion properties in the tropical wood tested. MNFC added to PVAc and UF adhesives improved shear strength (SS) of the glue line in the three tropical species tested. The highest SS increase was obtained when adding 0.5 wt% MNFC to PVAc in V. ferruginea, and 1 wt% MNFC concentration in the case of C. alliodora and G. arborea. In the case of UF adhesives, the application of 1 wt% MNFC produced significant differences in SS for the three tropical species studied.

Resumenh. Se extrajo celulosa micro y nanofibrilada (MNFC) de tallos de piña mediante hidrólisis ácida, luego se caracterizó y probó en dos concentraciones (0,5 y 1,0 % en peso) en adhesivos de acetato de polivinilo (PVAc) y urea-formaldehído (UF). Los adhesivos modificados se utilizaron para pegar tres especies de maderas tropicales (Vochysia ferruginea, Cordia alliodora y Gmelina arborea), y se determinó su correspondiente resistencia a la unión. MNFC y los adhesivos correspondientes se caracterizaron mediante TGA, FTIR, SEM, TEM, AFM y determinación de viscosidad. El análisis TGA de MNFC mostró tres reacciones de descomposición. Las evaluaciones SEM, TEM y AFM demostraron la presencia de dimensiones micro y nanométricas de partículas después de la hidrólisis ácida de los tallos de la piña. La adición de 1% en peso de MNFC a los adhesivos de PVAc y UF aumentó su estabilidad térmica de manera similar. La viscosidad disminuyó en ambos adhesivos modificados con MNFC; sin embargo, esta reducción no afectó las propiedades de adherencia en la madera tropical probada. MNFC agregado a los adhesivos de PVAc y UF mejoró la resistencia al corte (SS) de la línea de pegamento en las tres especies tropicales probadas. El mayor aumento de SS se obtuvo al agregar 0,5% en peso de MNFC a PVAc en V. ferruginea y 1% en peso de MNFC en el caso de C. alliodora y G. arborea. En el caso de los adhesivos UF, la aplicación de 1 wt% de MNFC produjo diferencias significativas en SS para las tres especies tropicales estudiadas.