Tài liệu BÁO CÁO " NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN TỔNG HỢP KEO PHENOL FORMALDEHYDE – REZOLIC TAN TRONG CỒN ĐẾN ĐỘ BỀN MỐI DÁN GỖ, THỦY TINH, KIM LOẠI TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC MÁY VÀ NƯỚC BIỂN " pdf

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 Trang 1 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN TỔNG HỢP KEO PHENOL FORMALDEHYDE – REZOLIC TAN TRONG CỒN ĐẾN ĐỘ BỀN MỐI DÁN GỖ, THỦY TINH, KIM LOẠI TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC MÁY VÀ NƯỚC BIỂN RESEARCHING ON THE INFLUENCE OF PHENOL FORMALDEHYDE RESIN – REZOLIC SOLUBLE IN ALCOHOL SYNTHESIS TIME ON ADHESIVE STRENGTH ON DIFFERENT MATERIALS SUCH AS: WOOD, GLASS, METALS WHEN SOAKING IN TAP WATER AND WATER-SEA’S ENVIROMENT. SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tú, Lê Viết Việt Nhân Lớp 09H, Khoa Công Nghệ Hóa Học, Trường Cao Đẳng Công Nghệ, Đại học Đà Nẵng GVHD: ThS. Mai Thị Phương Chi Khoa Công Nghệ Hóa Học, Trường Cao Đẳng Công Nghệ, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Với những tính năng ưu việt, keo dán Phenolic đã và đang được sử dụng để dán nhiều loại vật liệu khác nhau. Báo cáo này giới thiệu quá trình ứng dụng nhựa Phenol formaldehyde-Rezolic tan trong cồn - một loại nhựa phenolic được tổng hợp từ phenol và formaldehyde làm chất kết dính để dán các loại vật liệu gỗ, thuỷ tinh, kim loại. Các yếu tố khảo sát trong phạm vi nghiên cứu là: thời gian tổng hợp nhựa, loại vật liệu nền, ảnh hưởng của môi trường đến độ bền mối dán. Từ đó đưa ra những điều kiện công nghệ tối ưu cho việc tổng hợp keo. Từ khóa: Rezolic tan trong cồn, thời gian tổng hợp nhựa, vật liệu nền, môi trường ngâm, độ bền mối dán. ABSTRACT With the preeminent characteristics, phenolic adhesive have been using to bind different materials. This report represents the application process for phenol formaldehyde resin - Rezolic soluble in alcohol - one of phenolic resins synthesized from phenol and formaldehyde as a binder to bind wood, glass and metal. This article focuses on the effect of the factors: synthesis time, kind of materials, the influence of soaking environment on adhesive’s endurance. Base on those, supposing the best technological conditionals for synthesizing. Key words: Rezolic soluble in alcohol, synthesis time, kind of materials, environment's soaking, adhesive’s endurance. 1. Đặt vấn đề Keo phenol formaldehyde (PF) dựa trên cơ sở nhựa nhiệt rắn đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, sử dụng cho nhiều loại vật liệu khác nhau. Tuy nhiên, quy mô sản xuất chưa đáp ứng được nhu cầu sử dụng trong nước mà chủ yếu nhập khẩu từ nước ngoài. Bên cạnh đó, quy trình điều chế keo vẫn chưa xác định chính xác thời gian tổng hợp tối ưu cho độ bền màng keo tốt nhất. Vì vậy, nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo Phenol formaldehyde - Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển nhằm cải tiến quy trình điều chế, mở rộng phạm vi sử dụng trên các loại vật liệu thích hợp đồng thời khảo sát mức độ ảnh hưởng của môi trường nước máy và nước biển để có hướng sử dụng sản phẩm hợp lý trong từng lĩnh vực, từng môi trường là điều cần thiết. 2. Thực nghiệm Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 Trang 2 b = 2,6 cm a=0,6 cm Hình 2. Mẫu Kim loại loại Hình 1.mẫu gỗ b = 2 cm a = 4 cm 2.1. Phương pháp nghiên cứu - Tổng hợp keo PF – Rezolic tan trong cồn. - Xác định độ bền kéo của keo. 2.2. Quy trình tạo mẫu 2.2.1. Quy trình tổng hợp keo Rezolic tan trong cồn Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu và nạp liệu - Fomaline sau khi tính toán được cân và cho trực tiếp vào bình cầu. - Lắp hệ thống theo quy trình tổng hợp hoàn lưu, đồng thời gia nhiệt gián tiếp bằng nước ở 70 - 80 0 C để làm chảy phenol . - Cân phenol trong cốc rồi cho vào bình cầu qua cổ phụ (nơi gắn nhiệt kế) Bước 2: Điều chỉnh pH - Điều chỉnh pH bằng NH 4 OH đến khi đạt pH = 7,5 - 8 Bước 3: Tiến hành gia nhiệt - Sau thời gian khoảng 5 - 10 phút từ khi đủ nhiệt độ, hỗn hợp phản ứng bắt đầu đục dần, giảm nhiệt độ của phản ứng xuống còn 78 0 C và duy trì ở nhiệt độ này trong suốt thời gian phản ứng. Đồng thời bấm giờ trong các khoảng thời gian tương ứng 40, 45, 50, 55, 60 phút. - Trong quá trình phản ứng, phải thường xuyên kiểm tra và điều chỉnh pH của môi trường. Hiệu suất của quá trình thường đạt khoảng 67% - 75%. Bước 4: Tháo sản phẩm - Khi đủ thời gian phản ứng thì đổ sản phẩm ra cốc, hỗn hợp sẽ tách thành hai lớp rõ rệt: Lớp trên chứa nước, lớp dưới là nhựa rezol. - Tiến hành chiết lớp nước ở trên có lẫn phenol và formaldehyde không phản ứng ra. - Dùng nước ấm (70 0 C) để rửa nhựa rezol nhiều lần. Bước 5: Sấy nhựa - Rezol được sấy chân không ở 60 - 65 0 C cho đến khi mẫu nhựa để ở nhiệt độ phòng vẫn trong suốt và có màu vàng sáng. - Sau cùng, hòa tan nhựa sau khi sấy bằng cồn (rượu) để có dung dịch rezol 50%. 2.2.2. Gia công mẫu Bước 1:Tạo các mẫu theo hình dạng và kích thước như sau: Bước 2: Xử lý bề mặt vật liệu nền - Mẫu gỗ được mang đi sấy khô, thủy tinh và kim loại thì không cần sấy. - Dùng giấy nhám xử lý cơ học bề mặt cần dán của các mẫu gỗ, thủy tinh, kim loại. - Dùng miếng vải sạch tẩm acetone rồi lau sạch bề mặt đã chà bằng giấy nhám. b= 3, 8 a = 1 cm Hình 3.Thủy tinh Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 Trang 3 Bước 3: Gia công mối dán - Dùng cọ quét keo đều lên khoảng ½ bề mặt (chú ý phải quét đều tay sao cho lớp keo được trải đều và có độ dày khoảng 0,1 mm). Sau đó, ghép các mẫu lại với nhau, dùng kẹp sắt để giữ mẫu cố định. Cho mẫu vào tủ sấy chân không và sấy ở t 0 >120 0 C trong thời gian 1 giờ. Sau khi sấy, mẫu được để ở nhiệt độ phòng trong khoảng thời gian là 12 giờ rồi mang đi kiểm tra độ bền kéo. 2.3. Phương pháp nghiên cứu 2.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp nhựa đến độ bền mối dán - Tiến hành tổng hợp 5 mẻ keo, ứng với các thời gian trùng ngưng nhựa (40, 45, 50, 55, 60 phút) theo quy trình tổng hợp như trên. - Tiến hành gia công mẫu theo quy trình đã nêu. - Kiểm tra độ bền kéo của mẫu; quá trình kiểm tra được thực hiện trên máy thử nghiệm kéo Zwick của Đức tại Phòng Thử nghiệm Xây dựng và Cơ lý (Phòng Kỹ Thuật 4) thuộc Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 2 - Số 2 Ngô Quyền, Q.Sơn Trà, TP. Đà Nẵng. - Độ bền kéo của vật liệu được xác định theo công thức : δ = F max / S Trong đó: F max : Lực kéo cực đại tác dụng lên mẫu ngay tại điểm đứt (N). δ : Độ bền kéo của mẫu (N/cm 2 ). S : Tiết diện bề mặt mẫu S = a*b (cm 2 ). - Tương ứng với mỗi thời gian tổng hợp khác nhau ta cần đo 3 mẫu để lấy giá trị trung bình. - Dựa trên kết quả thu được, ta tìm được thời gian tổng hợp tối ưu mà tại đó màng keo có độ bền tốt nhất. 2.3.2. Khảo sát độ bền của mối dán trên vật liệu nền: gỗ, thủy tinh, kim loại - Tiến hành tổng hợp 1 mẻ nhựa ứng với thời gian tối ưu đã tìm được ở trên. - Tiến hành gia công mẫu trên vật liệu nền gỗ, thuỷ tinh, kim loại như quy trình trên. - Kiểm tra độ bền kéo của mẫu trên máy kéo Zwick. 2.3.3. Khảo sát độ bền mối dán trong các môi trường nước máy và nước biển - Tiến hành gia công mẫu ứng với thời gian tổng hợp tối ưu trên loại vật liệu nền thích hợp đã tìm được ở trên. - Ngâm mẫu vào môi trường nước máy và nước biển trong thời gian là 15 ngày. - Sau 15 ngày, lấy ra và sấy khô mẫu đã ngâm, kiểm tra độ bền kéo của mẫu trên máy kéo Zwick (ứng với mỗi môi trường, ta đo 3 mẫu để lấy giá trị trung bình). 2.4. Kết quả và bàn luận 2.4.1 Độ bền kéo của mối dán keo ứng với những thời gian tổng hợp khác nhau. 151,71 162,46 287,96 231,17 152,96 0 50 100 150 200 250 300 350 40 45 50 55 60 δ (N/cm 2 ) Thời gian (phút) Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 Trang 4 Hình 4. Đồ thị biểu diễn độ bền kéo của mối dán theo thời gian tổng hợp keo. Nhận xét: Từ đồ thị hình 4 ta thấy: khi tiến hành tổng hợp keo ở thời gian 40 phút thì độ bền kéo của mối dán thấp. Khi tăng thời gian tổng hợp, độ bền kéo của mối dán tăng dần và đạt giá trị lớn nhất ở 50 phút. Sau đó, độ bền kéo của mối dán giảm nếu tiếp tục tăng thời gian tổng hợp. 2.5.2. Độ bền kéo của mối dán keo ứng với các vật liệu nền: gỗ, thủy tinh, kim loại. Hình 5. Đồ thị biểu diễn độ bền của mối dán trên các vật liệu nền khác nhau. Nhận xét: Từ biểu đồ hình 5 ta thấy, độ bền của mối dán ứng với vật liệu gỗ là cao nhất và cao hơn (gấp 6 lần) so với vật liệu thuỷ tinh và kim loại. 2.5.3. Ảnh hưởng của môi trường nước máy và nước biển đến độ bền mối dán gỗ Hình 6. Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của môi trường nước máy và nước biển đến độ bền kéo của màng keo Nhận xét: Từ biểu đồ hình 3.3 ta thấy, môi trường nước máy ảnh hưởng rất lớn đến độ bền của mối dán, độ bền giảm đến 75,31% môi trường nước biển ảnh hưởng đến độ bền nhưng ít hơn (23,17%). 2.5. Kết luận và kiến nghị 2.5.1 Kết luận - Qua quá trình tổng hợp và kiểm tra độ bền, ta xác định được thời gian tổng hợp tối ưu đối với keo rezolic tan trong cồn cho độ bền mối dán gỗ tốt nhất là 50 phút. - Độ bền của màng keo trên nền gỗ lớn hơn nhiều (284,46 N/cm 2 ) so với độ bền khi gia công trên nền kim loại (47,73 N/cm 2 ) và thuỷ tinh (46,89 N/cm 2 ). - Độ bền kéo của mẫu ngâm trong nước máy giảm đi nhiều hơn so với mẫu ngâm trong nước biển. 2.5.2 Kiến nghị Nếu có thêm thời gian và điều kiện nghiên cứu, em sẽ tiếp tục khảo sát một số vấn đề như sau: -Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố chất xúc tác, độ pH của môi trường, tỷ lệ mol nguyên liệu đến quá trình tổng hợp nhựa. -Nghiên cứu về cơ chế kết dính của màng keo trong quá trình hình thành mối dán. 284,46 46,89 47,73 0 50 100 150 200 250 300 Gỗ Thủy tinh Kim loại Vật liệu nền δ TB (N/cm 2 ) 286.2 219.88 70.67 0 100 200 300 400 Chưa ngâm Ngâm nước biển Ngâm nước máy δ TB (N/cm 2 ). Môi trường Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 Trang 5 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Phan Thị Thuý Hằng (2008), Giáo trình môn Kỹ thuật Keo dán, Đại học Đà Nẵng [2]. PGS.TS Nguyễn Văn Khôi (2006), Keo dán hoá học và công nghệ, Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam. [3]. Nguyễn Quốc Tín, Phạm Văn Dũng (1985), Keo dán, Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội. . cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo Phenol formaldehyde - Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy. FORMALDEHYDE – REZOLIC TAN TRONG CỒN ĐẾN ĐỘ BỀN MỐI DÁN GỖ, THỦY TINH, KIM LOẠI TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC MÁY VÀ NƯỚC BIỂN RESEARCHING ON THE INFLUENCE OF PHENOL FORMALDEHYDE