Nghiên cứu một số biến tính keo ure formaldehyt bằng melamin

Nghiên Cứu Một Số Biến Tính Keo Ure Formaldehyt Bằng Melamin STUDY ON THE MODIFICATION OF URE-FORMALDEHYDE WITH MELAMINE Phạm Đức Thắng, Đào Hùng Cường Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Keo Ureformaldehyt (UF) là loại keo tổng hợp được dùng phổ biến ở nước ta và trên thế giới. Keo UF có nhiều ưu điểm như: độ bám dính tốt, giá thành rẻ dễ sử dụng... nhưng có nhược điểm cơ bản là kém bền nước. Vì vậy nghiên cứu biến tính keo UF bằng Melamin là một trong những hướng nhằm nâng cao chất lượng và giá trị sử dụng của keo. Bài báo này công bố một số kết quả của việc nghiên cứu theo hướng biến tính đó. ABSTRACT Ure-formandehyde (UF) is a kind of synthetic adhesive used widely in our country and in the world. UF adhesive has many advantages such as: firm adherence, cheap price, easy for use... but its weakness is low water resistance. Therefore the study on the modification of UF adhesive with Melamine is one of the practical ways to improve the quality and use value of UF adhesive. This article deals with some results from a study on that modification way. 1. Mở đầu Keo ureformaldehyt được sử dụng rộng rãi để tạo ra nhiều loại sản phẩm trong ngành công nghiệp sản xuất gỗ ván nhân tạo do có thời gian đóng rắn nhanh ở mọi nhiệt độ, tạo dung dịch với nước trước khi đóng rắn, có độ bám dính cao và có giá thành tương đối thấp so với các loại keo tổng hợp khác [1]. Tuy nhiên do có nh`ược điểm chịu nước kém, có độ bền cơ học không cao nên việc sử dụng có rất nhiều hạn chế, đặc biệt là trong điều kiện của một nước có độ ẩm cao như nước ta. Một trong những phương pháp để khắc phục nhược điểm trên đây của UF là biến tính nó bằng melamin. Kết quả của sự biến tính này là nhằm tạo cho sản phẩm sau khi đóng rắn có nhiều liên kết ngang sẽ làm tăng độ bền nước, độ bền cơ học và khả năng bám dính của keo. 1.1 Tổng hợp keo Ureformaldehyt: Keo UF được tổng hợp theo 2 giai đoạn sau: a) Trùng ngưng Ure(U) với Formalin(F)[1]: Phản ứng xảy ra trong môi trường kiềm: b) Đa tụ các oligome: Phản ứng xảy ra trong môi trường axit yếu: Sản phẩm đóng rắn: Căn cứ cấu trúc của sản phẩm đóng rắn ta thấy keo UF có chứa nhóm - CH2OH, liên kết ete, kết cấu không chặt chẽ cho nên có độ ẩm cao và các liên kết dễ bị phá hủy bởi độ ẩm môi trường... [5]. Do vậy để làm tăng độ bền của keo cần phải biến tính. 1.2 Biến tính keoUF bằng Melamin (M) Việc biến tính keo UF có thể được thực hiện theo nhiều hướng khác nhau như: thay đổi cấu trúc nguyên liệu tổng hợp, thay đổi cấu trúc mạch của nhựa, sử dụng chất chỉnh đốn cấu trúc polime, sử dụng chất đóng rắn... [2] Biến tính keo UF bằng M [6] nhằm tăng liên kết mạng không gian để khắc phục tính ưa nước và tăng một số tính chất cơ lý. Điều này đạt được là do M có nhiều nhóm hoạt động hơn U nên mạng liên kết giữa các phân tử daöy đặc hơn, do đó độ bền, độ chịu nhiệt, chịu ẩm và ghét lỏng của sản phẩm đa tụ ở giai đọan cuối rất lớn. Ngoài ra các phản ứng xaøy ra trong quá trình biến tính dễ khống chế, kiểm soát, và dễ thực hiện. 2. Thực nghiệm 2.1. Tổng hợp keo UF: Theo lý thuyết một phân tử U có thể kết hợp với 2 phân tử F nhưng vì trong quá trình phản ứng còn tạo ra Monometylon Ure nên dư lượng F. Vì vậy nguyên liệu tổng hợp keo UF được chọn theo tỷ lệ mol U/F: 1/1,6 (UF1). 1/1,8(UF2). 1/2,0(UF3). Cho một lượng F cho vào bình phản ứng, mở cánh khuấy điều chỉnh pH đạt 8 ¸ 8,5. cho tiếp 75% lượng U, gia nhiệt đến 95 ¸ 1000C, sau 15 phút cho tiếp một nửa lượng U còn lại, giữ nguyên nhiệt độ, độ pH trên sau 1 giờ hạ nhiệt xuống 800C ¸ 850C, điều chỉnh pH từ từ đến 5,5 ¸ 6,5 và kiểm tra độ tan của nhựa trong nước (khi bắt đầu thấy hiện tượng làm đục nước thử thì ngừng). Điều chỉnh pH đến 7 ¸ 7,5, hạ nhiệt độ xuống 700C ¸ 750C, cho tiếp lượng U còn lại, quấy đều thêm 30 phút, dừng, kết thúc phản ứng. Làm nguội, đổ keo ra bình chứa. 2.2. Tổng hợp keo UMF: Vì M có 3 nhóm chức, khả năng phản ứng mạnh hơn U, và do các yếu tố về hiệu quả kinh tế nên ta chọn phương án tổng hợp keo UMF theo tỷ lệ mol M/U = 80 52,9, 85 14,7, 90 76,4, 95 38,2 . (Khối lượng thay thế 5%, 10%, 15%, 20% .) Cho một lượng F cho vào bình phản ứng, mở cánh khuấy điều chỉnh pH đạt 8 ¸ 8,5. cho tiếp 85% lượng U, gia nhiệt đến 95 ¸ 1000C, sau 15 phút cho tiếp lượng U còn lại vào, giữ nguyên nhiệt độ, độ pH trên sau 1 giờ hạ nhiệt xuống 800C ¸ 850C, điều chỉnh pH từ từ đến 5,5 ¸ 6,5 . Nhiệt độ hạ dần đến 700C ¸ 750C trong khoảng 1giờ 25 phút (trước khi keo làm đục nước 10 phút). Điều chỉnh pH đến 6,5 ¸ 7, tăng nhiệt độ lên 800C ¸ 950C Cho M từ từ vào hỗn hợp phản ứng, quấy đều trong 30 phút Điều chỉnh pH đến 7 ¸ 7,5 và hạ nhiệt độ xuống. Làm nguội, đổ keo ra bình chứa. 2.3. Gia công mẫu ván nhân tao với keo UF và keo UMF Khi sản xuất ván dăm 3 lớp tỷ lệ phối trộn đối với lớp mặt là thường keo (25%) dăm (75%) [3] nên ta chọn tỷ lệ cho sản phẩm mẫu 1 lớp là: 20/80; 25/75; 30/70; 35/65 . Trộn kỹ theo các tỷ lệ đã chọn, rải đều theo từng lớp vào khuôn, ép dưới lực ép khoảng 16 KG/cm2 đến 18KG/cm2, sấy ở nhiệt độ 1100c ¸ 1200c trong thời gian 0,6 đến 1 phút /mm chiều dày ván . 2.4. Kiểm tra sản phẩm [4]: Chất lượng của ván ép được kiểm tra theo các chỉ tiêu sau: - Lượng CH2O dư trong keo. - Khối lượng riêng của keo . - Độ trương, độ giản nở trong các môi trường ứng dụng sản phẩm: - Độ bền cơ lý. 3. Kết quả thực nghiệm và thảo luận 3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng tổng hợp keo UF và UMF Ảnh hưởng của nhiệt độ và độ pH đến phản ứng tổng hợp keo UF và UMF được trình bày trên đồ thị 3.1, và 3.2. Đồ thị 3.1: Keo UF Đồ thị 3.2: Keo UMF Kết quả trên đồ thị 3.1 cho thấy: Để phản ứng xảy ra sâu nhưng không tạo gen thì: - Nhiệt độ của phản ứng lúc đầu được nâng lên cao sau đó được hạ xuống từ từ nhưng không quá thấp (phù hợp với quá trình ngưng tụ và đa tụ). - pH lúc đầu cao để phù hợp sự ngưng tụ sau đó hạ thấp dần để thực hiện quá trình đa tụ và cuối phản ứng nâng lên 7.5 để đảm bảo độ bền keo trong khi bảo quản. Kết quả trên đồ thị 3.2 cho thấy: - Tại thời điểm cho M vào nhiệt độ phản ứng được nâng cao nhưng chỉ trong thời gian ngắn nhằm tăng cường khả năng tham gia phản ứng của M nhưng không để xảy ra hiện tượng tạo gen. - pH lúc đầu cao phù hợp sự ngưng tụ sau đó hạ thấp dần để thực hiện quá trình đa tụ và cuối cùng nâng lên 7.5 để M tham gia tạo cấu trúc sắp xếp chặt chẽ, đảm bảo độ bền keo trong quá trình bảo quản. 3.2 Độ bền hoá học và tính chất cơ lý của mẫu ván nhân tạo sử dụng keo UMF Ảnh hưởng của môi trường đến độ bền của mẫu ván nhân tạo sử dụng keo UF và UMF được trình bày trên các đồ thị 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, và ảnh hưởng của tỷ lệ keo phối trộn đến độ bền cơ lý được trình bày trên các đồ thị 3.8, 3.9 trong đó: UF2 ¾ tỷ lệ U: F là 1,0:1,8 UMF1 ¾ tỷ lệ U: M: F là 0,95: 0,0238: 1,8 UMF2 ¾ tỷ lệ U: M: F là 0,90: 0,0476: 1,8 UMF3 ¾ tỷ lệ U: M: F là 0,85: 0,0714: 1,8 UMF4 ¾ tỷ lệ U: M: F là 0,98: 0,0952: 1,8 15,000 25,000 35,000 45,000 55,000 65,000 75,000 20 25 30 35 % Keo §é tr­¬ng % UF2 UMF1 UMF2 UMF3 UFM4 15,000 25,000 35,000 45,000 55,000 65,000 75,000 20 25 30 35 % Keo §é tr­¬ng % UF2 UMF1 UMF2 UMF3 UFM 4 15,000 25,000 35,000 45,000 55,000 65,000 75,000 20 25 30 35 % Keo §é tr­¬ng UF2 UMF1 UMF2 UMF3 UFM4 15,000 25,000 35,000 45,000 55,000 65,000 75,000 20 25 30 35 % Keo §é tr­¬ng % UF2 UMF1 UMF2 UMF3 UFM4 15,000 25,000 35,000 45,000 55,000 65,000 75,000 20 25 30 35 % Keo §é tr­¬ng % UF2 UMF1 UMF2 UMF3 UFM4 Đồ thị 3.3: Độ trương trong môi trường nước Đồ thị 3.4: Độ trương trong môi trường NaOH 10% Đồ thị 3.5: Độ trương trong môi trường HCl 10% Đồ thị 3.6: Độ trương trong môi trường NaCl 10% Đồ thị 3.5: Độ trương trong môi trường Xylen Qua số liệu về độ bền môi trường, cơ lý trên các đồ thị 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9. cho thấy: - Tăng hàm lượng M lên, độ bền môi trường của các mẫu ép tăng lên. - Độ bền môi trường của các mẫu ép trong các dung môi giảm theo thứ tư: Xylen, H2O, NaCl, HCl, NaOH. - Tính chất cơ lý như độ bền uốn, độ bền nén của mẫu ép trên cơ sở keo UF biến tính M đều tốt hơn so với mẫu ép trên cơ sở keo UF không biến tính: độ bền nén UF2: (7,857 N/mm2). UMF1 (8,278 N/mm2) - đồ thị 3.8. Khi tỷ lệ thay thế tăng lên 10% thì các chỉ tiêu tăng lên rõ rệt độ bền uốn UMF2 (10,836 N/mm2) - đồ thị 3.9. Tương tự độ bền nén UF2 (8,934 N/mm2); UMF1 (9,420 N/mm2) và UMF2 (10,735 N/mm2) - đồ thị 3.8. KẾT LUẬN Kết quả nghiên cứu đề tài cho thấy việc sử dụng M làm tác nhân biến tính đã làm tăng độ bền môi trường, độ bền cơ lý của keo UF một cách đáng kể. Phản ứng biến tính được thực hiện ở nhiệt độ 800C ¸ 950C với độ pH từ 7,0 ¸ 7,5. Mẫu ván epï nhân tạo sử dụng keo UMF được gia công ở nhiệt độ 1100C ¸ 1200C với lực ép 16 KG/cm2 ¸ 18KG/cm2. Tỷ lệ thay thế M càng nhiều thì độ bền của vật liệu sử dụng keo UMF càng tăng. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A.A Strepikheev (sách dịch), Cơ sở hoá học các hợp chất cao phân tử, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội, 1977. [2] Đào Hùng Cường, Lý thuyết hoá học hữu cơ, Đại học Đà Nẵng, 1996. [3] Hứa Thị Thuần, Công nghệ sản xuất ván dăm, Đại học Nông lâm Thành phố Hồ Chí minh, 1997. [4] A.T. Mercer and A.Pizzi, A13C-NMR Analysis method for MF and MUF Reins strength and formaldehyde emissioon from wood particleboard.i. MUF Resins,Mf and MUF resins strength, 1, pp.1687-1695, 1996. [5] George Hovakeemian, Ma'mun Absi-Halabi, and Shawqui M. Lahalih,Water soluble sulfonated Amino Formaldehyde Resins, journal of applied Polymer Science, Vol. 39, 727-739, 1999. Chevalier, Veronique, Hurel, Valerie, Simon, Cosmetic composition comprising particles of melamin- formaldehyde or urea - formaldehyde resins and its uses, United States patent, pp. 1-11, 2001.