Khảo sát cơ lý tính của vật liệu composite nhựa urea - Formaldehyde và sợi sisal

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU

BỘ MƠN CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU POLYMER

KG LUẬN VĂN TĨT NGHIỆP ĐẠI HỌC

KHAO SAT CO LY TINH CUA VAT LIEU COMPOSITE NHUA UREA - FORMALDEHYDE

VA SOI SISAL

GVHD: PGS.TS NGUYEN DAC THANH SVTH : TRUONG THI ANH NGAN

MSSV : V0601568

Trang 2

Đại Học Quốc Gia Tp.HCM CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐH BACH KHOA Độc Lập — Ty Do — Hanh Phtic /BKĐT

KHOA: Cơng Nghệ Vật Liệu NHIỆM VỤ LÀM LUẬN VĂN TĨT NGHIỆP

BỘ MƠN:

HỌ VÀ TÊN: Trương Thị Anh Ngân MSSV: V0601568

NGÀNH: Polymer Lớp: VL06PO

1 Đầu đề luận văn:

Khảo sát cơ lý tính của vật liệu composite nhựa urea - formaldehyde sa va soi sisal

2 Nhiém vu (yéu cau vé ndi dung va so liéu ban dau):

3 Ngày giao luận văn: 4 Ngay hồn thành nhiệm vụ:

5 Họ tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn: 1/

21 3/

Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thơng qua bộ mơn Ngày tháng năm 2010

CHỦ NHIỆM BỘ MƠN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

PHAN DANH CHO KHOA, BO MON:

Người duyệt (cham sơ bộ): Ngày bảo vệ:

Trang 3

PHIẾU CHÁM BẢO VỆ LVTN

(Dành cho người hướng dẫn/phản biện)

li dddtididdii

.Ngành (chuyên ngành):

P ›- 0 ae

3 Họ và tên người hướng dẫn/phản biện: S332 xxx

4 Tổng quát vê bản thuyết trình: - Số trang TH kh kh kh nh hư ky Số chương "

-_ Số bảng số liệu Am — Số hình vẽ Thư nhớ

- Số tài liệu tham khảo : Phần mềm tính tốn :

- Hiện vật (sản phẩm) :

5 Tơng quát vê các bản vẽ:

-_ Số bản vẽ: bản AI: bản A2: khổ khác:

- SO ban vé tay: Sơ bản vẽ trên máy tính:

6 Những ưu điêm chính của LVTN: .- -. cccẰSSs*s

Được bảo vệ: L] Bổ sung thêm để bảo vệ: L] Khơng được bảo vệ: L]

9 Câu hỏi sinh viên phải trả lời trước hội đơng (CBPB ra ít nhât 02 câu):

Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, trung bình): Điểm: 10

Trang 4

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang 6

Luận Văn Tốt Nghiệp Lời Cảm Ơn

LOI CAM ON

Luận văn tốt nghiệp là cơ sở đề chúng em tổng hợp và vận dụng những kiến thức đã được học trong suốt thời gian qua và là bước chuẩn bị quan trọng cho quá trình nghiên cứu khoa học sau này

Chúng em xin gửi lời tri ân sâu sắc đến thdy NGUYEN DAC THANH, nguoi trực tiếp hướng dẫn em luận văn này, đã tận tình chỉ bảo, truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho em từ lúc bắt đầu cho đến khi hồn thành luận văn

Chúng em cũng gửi lời cám ơn đến các thầy cơ đã dạy dỗ, chỉ bảo trong suốt bốn năm học vừa qua, giúp chúng em cĩ được kiến thức cần thiết cho quá trình thực hiện luận văn và cơng việc sau này

Chúng con xin cảm ơn gia đình đã động viên và giúp đỡ chúng con trong quá trình học tập và thực hiện luận văn

Cảm ơn các bạn lớp VL06PO đã gắn bĩ cùng chúng tơi trong suốt bốn năm học vừa qua

Trong quá trình thực hiện luận văn, chúng em khĩ tránh khỏi những thiếu sĩt Kính mong thầy cơ cùng các bạn thơng cảm và đĩng gĩp ý kiến

Chúc các thầy cơ và các bạn mạnh khỏe, hạnh phúc và thành cơng

Sinh viên

TRƯƠNG THỊ ANH NGÂN

Trang 7

MỤC LỤC

Đề mục Trang

IS ốu 1

"050 ii

Danh sách bang Diéu .eeseessscceesssssssseteseeeeesessssssnnetsseseeeeeessnmieeseeeeeeesesssnnnnnnitieeseessset iii P00 1u 0n 0 TA iv

Tom tat luận văn

Chương 1 Mớ đầu

Chương 2 Tổng quan về vật liệu ©0Imp0Si(e -°-2s<ssssssseevssevssersscse 4 QL Kadi MGM 4

2.2, Thành phan va CA ta0 .csccscsssssssssesssseccsssesssecssssccsssecssssessssecsssscssseeessecesseesssseceasecs 4 săn 4

2.2.2 Phacốt 5

2.3 Phân loại vật liỆu COIIDOSI( .- - - + + 1xx nh ng ng ry 5 2.3.1 Phân loại theo hình dáng + + xxx v9 9 2v nh ngư 5 2.3.2 Phân loại theo bản chất vật liệu -2cccccccrrrrrtrtrrrtirirrrrrrrrrrr 6 2.4 Composite sợi nhựa nhiệt rắn và sợi tự nhiên 2-2 se +xx+xz+rxetxterxerxerrxere 6 2.4.1 Lý thuyết về sự kết dính giữa nền và sợi . +ccccceczxrccrrecee 7 2.4.2 Sự định hướng của cốt sợi -8

2.5 Cơng nghệ chế tạo vật liệu compOsite -++++++++++czx+etrxrrzrrreee 9 2.5.1 Gia cơng áp suất thường ¿-+-+++++++cxxrsrrxrerrxrrrrrrrrrrrrrrrrree 9 2.5.2 Gia cơng đưới áp sut +-©2+++22+xrtEEkxtEEExrerrkrrrrrrrrrrrrrrrrrrrree 10 Chương 3 Tổng quan về nhựa urea — formaldehyde -s-sssseecs+ 13 El (0 h 13

3.2 Nguyên liệu BQ Urea 13

E2 Noo ao 13

3.2.3 Dung dich amomiac 15

3.3 Cơ sở hĩa học phản ứng tổng hợp nhựa urea — formaldehyde 15

Trang 8

Luận Văn Tốt Nghiệp Mục Lục

3.3.1 Phản ứng cộng tạo rmmethyÌỌ - «+ xxx £*vExEekvevekesereerereere 15

3.3.2 Pham trng da nh 17

3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp và cht lugng nhya UF 18

3.4.1 Tỷ lệ mol giữa urea và formaldehhyde - - + ++x£+x+eeeexseesexse 18

3.4.2 Mơi trường tổng hợp

3.5 Quy trình tong hop nhya .ccecccescseesssesssesssesssesssessssesssecesecssuesssessssseessseseseessess

3.6 Tính chất nhựa urea ~ formaldehyde -ccc++cc+vve+r+trrrrverrrrrrrrrrerrrrrre 22

3.7 Dong ran Mua UP 00 - Ú dd 23

3.8 Ứng dụng của nhựa urea — formaldehyde

Chương 4 Tổng quan về sợi thiên nhiên 26

4.1 Giới thiệu về sợi thiên nhiên 26

4.2 Phân loại sợi thiên nhiên

4.3 Thành phần hĩa học của sợi thiờn nhiờn -2-2â222++22+z++czxeetzsez 27

n đ0v 28

4.3.1.1 Cấu trúc phân tử +-2+++++2+++EEESEEEEE2EEt22ECEEEEEAE22EEL.rrree 28

4.3.1.2 Tính chất của cellulose 2-2 + kz+EE+EEE+EE+EEe+EEerkerrkrreerkere 29 Noo 32

' SN hố ẽ ẽ ẽ.5x HH 33 4.3.4 Pectin và các chất trích ly cc.cccescsesssessssessseessesssessseesssesssesssesssecsssecseceseeesses 35 4.4 Cấu trúc sợi thiên nhiên 2 2+2+++2C+++eEE++ttEEEtetrxrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrree 36 4.4.1 _ Cấu trúc sợi thiên nhiên 2¿2c©++++c+++vEE+xrtrrxrerrxrrrrrrrrrrrrrree 36

4.4.2 Tính chất sợi thiên nhiên 37

4.4.2.1 Tính chất vật lý sợi thiên nhiên -2-2- z+2E2+CEz+ExEvrrxrerxerrsee 37 4.4.2.2 Tính chất cơ của sợi thiên nhiên +¿©+++2c++eczxrerrxs 38

Chương 5 Giới thiệu về sợi sisal (sợi đứa dại) . « scsscssecsssesssezsssrssee 40

5.1 Giới thiệu về sợi sisal -s:©22+++2E+rtEEEEreEEErerrkrrrrrrerrkrrrrrrrrrrrrrrrrree 40 5.2 Cấu trúc của sợi sisal -2+©22+++2CExtSEEEEEEEErErExrrrkrerrkrrrrrrrrrrrrrrrrree 42

5.3 Tính chất sợi sisal 43

5.3.1 Thành phần hĩa học của SỢi SiSaÌ 55+ 25+ + +22 + EEszeeeeeeeerreeee 44

5.3.2 Tính chất vật lý của sợi sisal . -¿- 22©-++22+++E+E+2EEtEEkerrkxrrrrrrrrrrrree 44

Trang 9

5.4 Tính chất liên điện — xử lý bề mặt sợi sisal -2 s+z+z+zrxeerxerrrseee 45

5.4.1 Phương pháp biến tính vật lý 2- 22 ©+£++++E+E22xEExeerxzrrrrrrrsrrrree 46

5.4.2 Phương pháp biến tính hĩa học . 2-222++++2+£+z++£zxzvrrzrrrsesrxee 46

5.5 Ứng dụng sợi sisal

Chương 6 Phương pháp thực nghiệm

6.1 Mục đích thí nghiệm

6.2 Quy trình thực nghiỆm - . + + + xxx 1E 2v vn nh nhưng

6.2.1 Tổng hợp nhưa UE 2£©E£2EE££EEE+EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrrrrrrree 49 6.2.1.1 Chuẩn bị nguyên liệu . 2-22 ©+2£EEE+EEECEEECEEEEEEEECEEEerEerrrkrrree 49

6.2.1.2 Cn nguyén LGU Ỏ 50

6.2.1.3 Téng hop nwa cceecseecssesssesssessssessessseesssecssecssecssussssecssessesssseesseeeseceses 51 6.2.1.4 Đo độ nhớt . -2:-©2+c2+++2EE+EtEEEEtEEEEErErkeErExrerrkrrrrrrrrrrkrrrrke 51 6.2.1.5 Do ham long ran ccccecccessesssesssessssessesssessseesssesssessseesssessseeseessseeeneeese 52

6.2.2 Tao mat cccccccccccsscccssecessececessecessecessecesseecsseecssesecessecesseeesseeeeseeeesseeeseaeeeeas 52 6.2.2.1 Xử lý sợi sisal bằng nước nĩng trong nồi cĩ gắn cánh khuấy và bộ phận

r0 1 -‹.d(::TẨÂŒTHHẬậÃ) , 52 6.2.2.2 Xử lý sợi sisal bằng dung dich kiềm trong nồi cĩ gắn cánh khuấy và bộ

PHAN gia NhiSt G : 53

6.2.3 Tấm nhựa vào sợi -. 2 2+-©2+++22++2EEkrtEEEErSEEErtrkrrtrkrrrrrrrrrrrrrrrree 54

6.2.4 oi i44 55 6.2.5 - Quá trình ép -22+22+ec2CEECEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErEErkrrrrrrrrrrrrrrree 56 6.2.6 Đo cơ tính 256 6.2.6.1 Đo độ bền kéo ¿-+-©2++222++t2E+EtEEEEeEEkxrErkrrrrkrerrrrrrrrrrrrrke 56 6.2.6.2 Đo độ bền uốn -+-©2++22+++2E++tEEEEEvEEExrErkrrrrkrerrrrrrrrrrrrrer 57 6.2.7 Đo độ thấm nưỚc . 2-+©+++22++2EE+xvEEEEtEEExerkrrtrkrrerrrrrrrrrrrrree 58

6.3 Hoạch định thí nghiỆm - - - <6 +11 *x v.v nh nghe 59

6.3.1 Chọn yếu tố khảo sát -2- 2 ©+2+E+£+EEE+EEEEEEEEEEEtEEECEEEEEEEEEEErrrrrree 59

6.3.2 Chọn đáp ứng “

X69 áo 0i 61

6.4.1 Nồi tổng hợp nhựa 2- 2-©+2+EEE+EEE22EEE71EE2212217112112112.1 re 61

6.4.2 TU SAY Ả ƠƠỒƠỒỎ 61

Trang 10

Luận Văn Tốt Nghiệp Mục Lục

6.4.3 Nồi gắn cánh khuấy dùng xử lý sợi sisal -cccccceccxeeecrs 62

6.4.4 May ao DDO.- 62

Chương 7 Kết quả và bàn luận . se ss£ssssEsssssssezsseezseersse 63

7A Nhựa urea — formaaldelhy(e - - - + xxx xxx xxx ng ng rry 63

7.2 Sợi sisal 64

7.2.1 Xử lý sợi sisal bắng nước nĩng .- - «+ xxx ng vey 64

7.2.2 Xử lý sợi sisal bằng dung dịch kiềm -2-+©+ceccvererzrrccree 64

7.3 Kết quả cơ tính của tắm compOsite 2- 2+ 2+E+2E+2EE2EEEvErxrrrxerrkerree 65

7.3.1 Cơ tính các mẫu xử lý nước nĩng cĩ loại mat, hàm lượng sợi khác nhau 65

7.3.1.1 Độ bền uốn c-ccccccccErrttrrrtrrrrtrrrrrrrrrrrrrrrrrrririrrrrrrrrrrrre 65 7.3.1.2 Độ bền kéo

7.3.2 So sánh cơ tính mẫu xử lý bằng dung dịch kiềm và nước nĩng 70 7.3.2.1 Độ bền uốn ccccccttcccEtttrrrtrrrrtrrrrtrrrrrrrrrrrrrrrirrrrrrrrrrrrre 70 7.3.2.2, Độ bền kéo .cc:cctrtrtrtrrrrrrrtrttrrirrrrrrrrrirrrrrrirrrrrrrrrre 71

7.3.3 So sánh độn bền uốn với composite nhựa PE - 5 scxsssssseeseeee 73

7.3.4 Kết quả cơ tính sau khi ngâm nước ++++2++++:zxetzxs 74

TA Kết quả đo độ thấm nƯỚC 2: ©2¿+2+2+E+SEEtEEECEEEEEEE127112711 11271271222 75 l0) 818 ‹{ 3) 08 78

§.1 Kết lun chung 2-â222+2EE2EEE2EEEEE221271221121121112711711.211 2.1 78 Đ.2 Hn chế của đề tài và định hướng nghiên cứu -2- 22sz++z2+zxzzzxzee 78 IV 8/0 ì‹ 011 4Hđ¬đAa:a:-2A 4 vi

Phụ lục

Trang 11

DANH SÁCH BẢNG BIÊU

Tên bảng

Bảng 1.1: Thị phần tồn cầu của vật liệu composite

Bang 3.1: Thơng số cơ bản của nhựa UF . -2 2¿2+©+++2E++++tzxeetrxrrrrxrsrrrree 22

Bảng 4.1: Thành phần hĩa học của một số loại sợi thiên nhiên - 27

Bảng 4.2: Mức độ hịa tan trong nước của vật liệu cellulose va dan xuất của nĩ 31

Bảng 4.3: Tính chất của sợi tự nhiên và sợi tổng hợp 2- 2 s2+x+zxz+cxzeczz 39

Bang 5.1: Thanh phan cấu TAO CUA SOI SISA] 44 Bang 6.1: Khối lượng nhựa sợi cần 3 55 Bảng 6.2: Kích thước của mẫu quả tạ - + 2 2©5++S£+Ee+EeExeEEeExerxerxererxerxerxeree 57

Bang 6.3: Kích thước của mẫu thanh uốn -2 + + +2+++2t+++tzx+e+rx++tzvree 57 Bảng 6.4: Các yếu tố khảo sát

Bảng 6.5: Các yếu tố đáp ứng

Bang 7.1: Thơng số cơ bản của nhựa . 2 2+22+2+++2E++reCzxretrxrrrrxerrrrrrrrrree 63 Bảng 7.2: Sợi sisal xử lý nước nĨN ¿+ + 25+ ++*+*£+*+£+E£E£zEeEveerereerrrerersererer 64

Bang 7.3: Sợi sisal xử lý dung dịch kiềm -2-222S2E2EECEEEES22E221222122EErrerrke 64

Bảng 7.4: Độ bền uốn của vật liệu composite xử lý bằng nước nĩng 65 Bảng 7.5: Độ bền kéo của vật liệu composite xử lý bằng nước nĩng 68 Bảng 7.6: Độ bền uốn của mẫu xử lý bằng hai phương pháp . 2-5222 70

Bảng 7.7: Độ bền kéo của mẫu xử lý bằng hai phương pháp 2- 5222 71

Bảng 7.8: Cơ tính trước và sau khi ngâm TIƯỚC -¿- 5 + +*£x£+x£evEevEeereerseree 74 Bảng 7.9: Độ thấm nước của mẫu khơng xử lý kiểm - 2 2 +2++£+xz+czzeczz 75

Bảng 7.10: : Độ thắm nước của mẫu xử lý kiềm -2 ¿+2©+e++cvse+czxee 76

Trang 12

Luận Văn Tốt Nghiệp Danh Sách Hình Vẽ Tên hình Hình 1.1: Hình 2.1: Hình 2.2: Hình 2.3: Hình 2.4: Hình 2.5: Hình 2.6: Hình 2.7: Hình 3.1: Hình 3.2: Hình 3.3: Hình 3.4: Hình 3.5: Hình 4.1: Hình 4.2: Hình 4.3: Hình 4.4: Hình 4.5: Hình 4.6: Hinh 5.1: Hinh 5.2: Hinh 5.3: Hinh 5.4: Hinh 5.5: Hinh 6.1: Hinh 6.2: Hinh 6.3:

DANH SACH HINH VE

Trang

So sánh giá của sợi thủy tính và sợi thiên nhiên - + + 2+ +5+<+s+s=++ 3

Sự định hướng CỦa SỢI - + 1n nọ nh nh nh ng nh nhờn 8

Phương pháp handlay up 9

Phương pháp CUOM cccccsessssesssessseessesssessseesssecssecessssssesssecssessuessseceseseseessneeeses 9 Phương pháp đúc ép 'BuỘI - + + * 1E 2xE#vE£vEekEEkvekEekesververeerxee 10 I0 0180:1000 11 Phương pháp đùn kéoO - + + ++ xxx 9 2v vn nh ngưng 12 Phương pháp ép chân khơng .- - + + + £+*£#E£vE£vEEeEekeexveerxereervee 12 Quy trình tổng hợp nhựa UE 21

Thị phần các loại nhựa năm 2009 2 22 +2©++++++++txz+rxxrzrrxrersee 24

Sản phẩm từ sự kết hợp nhựa UF với gỗ ép áp suất cao . + 24 Kết hợp với gỗ tạo nên vật liệu sandwich thay thế sàn gỗ ào 25

Sản phẩm tạo nên ván ép cho vật dùng làm bàn ghế - + 25

D ~ QIUCOSC ẦẦ Ầ 28

Cơng thức phân tử của cellulose 20 Đơn vị mắc xích trong hemicellulose . - 2 ©2©z++z2z+sz+c++ 33

Don vi cấu trúc cơ bản của II 0 33

Cấu trúc của lignin -2-©22++z+22E+EEE2221EE71112112711271211211.2112 211cc 34 Cấu trúc của sợi lignin . 2-2 â2z+2+E+2EE.EEEEE21127122711222211.2712 211.2 36

đ 1) 0 3 40

Sợi sisal phơi sau khi thu hoạch 42

Cấu trúc sợi sisal -++t22 treo 43 Cấu trúc bề mặt sợi -c2cccc+++tttEEEEEErrrrrrrrrriiirrrrrrrrrriiie 43

Cơ tính của các loại sợi khác nhau 5 +52 + £++*£++£++E+exeeexeereeerrex 45 Quy trình thực nghiỆP - 5 5 5 191121 1 v.v vn như 48

Quy trình xử lý sisal bằng nước nĩng . ¿2©+++++++:zxetzxre+rzx Quy trình xử lý sisal bằng dung dịch kiềm

Trang 13

Hình 6.4: Nồi tổng hợp . 22 ©2222 2EE12E11121127112711271211127117112111 211211121 ce 61 ;¡0 18 S10: 0 1 61

Hình 6.6: Nồi xử LY SOU SISAL oo eee 4 62

Hình 6.7: Lưới tạo mat 62

Hình 7.1: Sản phẩm nhựa UE —— 63

Hình 7.2: Sợi sisal trước và sau khi xử lý bằng dung dịch kiềm . 2- 22 65 Hình 7.3: Đồ thị độ bền kéo của mẫu xử lý bằng nước nĩng 2- 2222 66 Hình 7.4: Đường cong biến dạng của mẫu mat 2 — 3 (31,6%) Hình 7.5: Đường cong biến dạng của mẫu mat 2 — 3 (52%) -2¿ c2 Hình 7.6: Đường cong biến dạng của mẫu mat 2 — 3 (40,5%) Hình 7.7: Đường cong biến dạng của mẫu mat 6 — 7 (41%%) s¿ +22 Hình 7.8: Đồ thị độ bền kéo của mẫu xử lý bằng nước nĩng 2- 2222 68 Hình 7.9: Đường cong biến dạng của mẫu mat 2 — 3 xử lý nước nĩng (31,6%) 69

Hình 7.10: Đường cong biến dạng của mẫu mat 2 — 3 xử lý nước nĩng (52%) 69

Hình 7.11: Đường cong biến dạng của mẫu mat 2 — 3 xử lý nước nĩng (40,5%) 69

Hình 7.12: Đường cong biến dạng của mẫu mat 6 — 7 xử lý nước nĩng (41%) 60

Hình 7.13: Đồ thị độ bền uốn của mẫu xử lý bằng hai phương pháp 70

Hình 7.14: Đường cong biến dạng của mẫu mat 2 — 3 (52%) ¿ 71

Hình 7.15: Đường cong biến dạng của mẫu kiềm mat 2 — 3 (487%) . - 71

Hình 7.16: Đồ thị độ bền kéo của mẫu xử lý bằng hai phương pháp - 72

Hình 7.17: Đường cong biến dạng của mẫu mat 2 — 3 xử lý nước nĩng (31,6%) 72

Hình 7.18: Đường cong biến dạng của mẫu mat 2 — 3 xử lý kiềm (32%) .- 72

Hình 7.19: Độ bền uốn của composite nhua UF và nhựa PF với sợi sisal 73

Hình 7.20: Đường cong biến dạng của composite nhựa UF, PF với sợi sisaL 73

Hình 7.21: Đường cong biến dạng của mat 2 -3 xử lý bằng nước nĩng (31,6%) sau khi ngâm NƯỚC _ - - << +11 nh nh ngưng re 75 Hình 7.22: Đường cong biến dạng của mat 2 -3 xử lý bằng nước kiềm (31,6%) sau khi ngâm NƯỚC _ - - << +11 nh nh ngưng re 75 Hình 7.23: Bề mặt gãy của a) mẫu khơng xử lý kiềm, b) mẫu xử lý kiềm 71

Trang 14

Luận Văn Tốt Nghiệp Tĩm Tắt Luận Văn

TĨM TẮT LUẬN VĂN

Sự kết hợp sợi sisal vào nền nhựa Urea- Formaldehyde UF nhằm tạo nên loại vật

liệu composite cĩ cơ tính cĩ thể so sánh với cơ tính của các loại ván ép thơng thường

được nghiên cứu là hồn tồn cĩ cơ sở Bởi vì nhựa UF tổng hợp dạng tan trong nước hay nhủ tương trong nước nên cấu trúc phân tử của nhựa chứa nhiều nhĩm hydroxyl (-OH) do

đĩ cĩ tạo liên kết tốt với sợi sisal Thêm vào đĩ, sợi sisal là loại sợi cĩ độ bền cao kết hợp

với tính bám dính tốt của nhựa UF thì cĩ thể tạo ra vật liệu composite co dd bén cao Ngồi ra, vật liệu compsite nay cịn cĩ thể ứng dụng trong các vật dụng thường ngày vì giá thành nhựa UF thấp cịn sợi dứa thì lại được trồng nhiều ở các tỉnh miền trung nước ta nén composite nhya UF sé cho giá thành cạnh tranh so với các loại vật liệu comosite

khác

Luận văn khảo sát cơ lý tính của composite dựa trên sự biến thiên cơ tính theo sự thay đổi hàm lượng nhựa /sợi, độ dài của sợi khi tạo mat, phương pháp xử lí sợi sisal: xử lí nước nĩng và xử lí bằng dung dịch kiềm lỗng, trước và sau khi ngâm nước Thêm vào

đĩ, mức độ thấm nước của vật liệu thay đổi khi sử dụng các phương pháp xử lí sợi cũng

được khảo sát

Kết quả ghi nhận được qua các đáp ứng: độ bền uốn, module uốn, độ bền kéo, module kéo và độ thấm nước Bên cạnh đĩ, luận văn cịn đưa ra một số nhận xét ngoại

quan

Kết quả thu được là khi thay đổi hàm nhựa sợi thì hàm lượng sợi càng cao thì tính

chất cơ của mẫu composite càng cao Trong phạm vi của luận văn nghiên cứu được mẫu cĩ tỷ lệ 5:5 (nhựa /sợi ) cĩ cơ tính cao nhất Khảo sát hai loại Mat khác nhau: Mat được

tạo từ sợi cĩ chiều dài 2-3 cm và Mat cĩ chiều dài sợi 6-7 em, kết quả là Mat 6-7 cho độ

bền của SợI cao hơn han Cac phương pháp xử lí sợi khác nhau cho đặt điểm cơ tính vật liệu composite khác nhau Mẫu được xử lí kiềm làm tăng độ dẻo dai cho composite với biến dạng kéo, uốn lớn trong vùng lực tác dụng lớn Mẫu xử lí kiềm cịn tạo ra sự thuận

lợi hơn về mặt gia cơng, bề mặt mẫu bĩng hơn do sự thấm nhựa tốt của sợi làm cho nhựa

thấm đều hết sợi Tuy nhiên, mẫu xử lí nước nĩng cĩ cũng cĩ tính chất cơ lí cao, tiết kiệm chi phí, thân thiện với mơi trường

Kết quả đo độ thấm nước của mẫu composite nhựa UE và sợi sisal khá cao so với một số loại composite khác Điều này cũng phù hợp với kết quả cơ tính sau khi ngâm

nước giảm đi đáng kể.Tuy nhiên, phương pháp xử lí kiềm cho sợi đã làm giảm đi khả

năng thấm nước của vật liêu, mẫu xử lí kiềm cĩ độ thấm nước thấp hơn mẫu xử lí nước nĩng

Trang 15

CHUONG 1: MO DAU ©!

Những vật liệu composite đơn giản đã cĩ từ rất xa xưa Khoảng 5000 năm trước

cơng nguyên con người đã biết trộn những viên đá nhỏ vào đất trước khi làm gạch để

tránh bị cong vênh khi phơi nắng Người Hy Lạp cỗ cũng đã biết lấy mật ong trộn với đất,

đá, cát sỏi làm vật liệu xây dựng Và ở Việt Nam, ngày xưa truyền lại cách làm nhà bằng

bùn trộn với rơm băm nhỏ để trát vách nhà, khi khơ tạo ra lớp vật liệu cứng, mát về mùa

hè và ấm vào mùa đơng Hiện nay, loại vật liệu này được ứng dụng phổ biến trong

nhiều lĩnh vực khác nhau và thị phần của nĩ tăng với tốc độ nhanh Điều này là do

composite nền nhựa cĩ tính năng đặc thù là bền, nhẹ, dễ gia cơng Cơng nghệ sản xuất loại composite này khá đơn giản, chu kì ngắn, vốn đầu tư khơng lớn nên thu hồi vốn

nhanh, vì thế ngành cơng nghiệp này đang được giới đầu tư quan tâm mở rộng

Trong ngành cơng nghiệp xây dựng thì thị phần của vật liệu composite tăng lên đáng kể, cụ thể là ngày compsite dần thay thế các cấu trúc xi măng Đối với lĩnh vực hàng tiêu dùng, cĩ sự gia tăng đáng kế trong hàng tiêu dùng hằng ngày cũng như giải trí cụ thể

là các thiết bị thể thao Giao thơng là lĩnh vực ứng dụng sâu rộng nhất đối với loại vật liệu

này Cĩ sự khác nhau về tính năng của vật liệu composite giữa Mỹ và các nước châu Âu Người châu Âu thì chú trọng đến khả năng tái sử dụng và khối lượng của vật liệu cịn người Mỹ thì nhắn mạnh đến độ bền Điều này ảnh hưởng đến loại polymer được sử

dụng oO Mỹ thì loại nhựa nhiệt ran được ưu tiên hơn, trong khi đĩ các nước châu Âu lại

lựa chọn nhựa nhiệt dẻo

Thị phần vật liệu composite nền nhựa năm 2001 trên tồn thế giới là 5.73 triệu tấn

hoặc khoảng 15 triệu đơ la Mỹ, các nước châu Âu, châu Á Thái Bình Dương là các nước

chiếm thị phần lớn nhất, lần lược là 31%, 27% và 26%

Trang 16

Luận Văn Tốt Nghiệp Chương 1: Mớ Đầu

Thị trường (2001) Số lượng (tỷ) Gia tăng hằng năm (%)

Tây Âu $5.9 3.8

Mỹ $7.1 2.8

Châu Á Thái Bình Dương $5.6 2.6

Bảng 1.1: Thị phần tồn cầu cia vat ligu composite

Trên thế giới đã cĩ nhiều nước ứng dụng thành cơng vật liệu này.Ở Việt Nam vật

liệu Composite được áp dụng hầu hết ở các ngành, các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân

như: Ngành y tế, các ngành thiết bị giáo dục , bàn ghế, các giải phân cách đường giao

thơng, hệ thống tàu xudng, hệ thống máng trượt, máng đứng và ghế ngồi, mái che các sân vận động Việt Nam đã và đang ứng dụng vật liệu Composite vào các lĩnh vực điện dân dụng, cơng nghiệp

Mặc dầu sợi tổng hợp như: nylon, raylon, sợi thuy tinh, polyester va carbon được

sử dụng rộng rãi trong việc gia cường cho nhựa nhưng loại vật liệu composite này cĩ giá thành cao, khơng tái sử dụng được Thêm vào đĩ, trong qúa trình sản cũng như sử dụng

vật liệu composite nền polymer được gia cường sợi vơ cơ phát sinh nhiều vấn đề về ơ

nhiễm mơi trường Điều này là do sản xuất thải ra nhiều chất bay hơi hữu cơ từ dung mơi

sử dụng Ngồi ra, độ bền của vật liệu cao nên dẫn đến khĩ phân hủy bởi điều kiện mơi

trường khi vật liệu bị loại thải Do đĩ, composifte sợi tự nhiên hay sợi sinh học được chú

trọng nghiên cứu và đã được sử dụng như vật liệu thay thế cho loại composite truyền

thống Sợi tự nhiên cĩ thể là vật liệu gia cường cho khơng chỉ nhựa nhiệt rắn mà cịn cho

cả loại nhựa nhiệt dẻo Ưu điểm của sợi thiên nhiên vượt trội so với sợi nhân tạo là giá thành thấp, tỷ trọng thấp, cơ tính gần như tương đương, giảm năng lượng sử dụng, carbon

dioxide trong quá trình sản xuất, tăng khả năng phân hủy

Trang 17

100 80 60 40 20 cents/Ib

sợi thủy tinh Sợi tự nhiên

Hình 1.1: So sánh giá của sợi thủy tỉnh và sợi thiên nhiên

Sợi tự nhiên là sự lựa chọn kinh tế cho các nước cĩ nền kinh tế phát triển bởi sợi tự nhiên là nguồn nguyên liệu sẵn cĩ Sự kết hợp giữa loại sợi thiên nhiên như sợi cây gai dầu, cây lanh, cây thừa sợi, cây dứa, sợi sisal với nền nhựa cĩ thể tạo ra loại composite mang tính cạnh tranh cao so với loai composite sợi tổng hợp

Ở Việt Nam, việc sử dụng cây dứa dại chế tạo composite sẽ cĩ thực tiễn to lớn Bởi điều kiện thiên nhiên rất phù hợp để trồng cây dứa dại theo quy mơ cơng nghiệp Thêm vào đĩ, sợi sisal là loại sợi cĩ cơ tính tốt lại tương thích với nhiều loại nhựa cho

composite cĩ cơ tính cao

Với mục đích nghiên cứu và tổng hợp loại vật liệu composite nền nhựa kết hợp với sợi thiên nhiên cĩ cơ tính đáp ứng tốt cho những ứng dụng thường ngày như vật liệu thay thế cho ván ép truyền thống, sàn gỗ, vật liêu sử dụng trong lĩnh vực xây dựng dân dụng Luận văn tập trung nghiên cứu cơ lí tính, khả năng kháng nước của vật liệu composite nén nhya Urea-formaldehyde (UF) va sợi sisal Cụ thể là nghiên cứu quy trình tổng hợp nhựa UFE cĩ hàm lượng rắn cao, cĩ khả năng tan hay nhũ tương trong nước, độ nhớt thích hợp cho quá trình gia cơng Bên cạnh đĩ, luận văn chú trọng khảo sát sự ảnh hưởng của hàm

lượng nhựa sợi, loại sợi chưa xử lí và đã qua xử lí kiềm đến cơ tính của vật liêu

Trang 18

Luận Văn Tốt Nghiệp Chương 2: Tổng Quan Về Composite

CHUONG 2: TONG QUAN VE VAT LIEU COMPOSITE 8119

2.1 Khai niém:

Vật liệu composite là loại vật liệu được tổ hợp ít nhất từ hai loại vật liệu khác nhau và phải cĩ sự tương tác chặt chẽ giữa các thành phần với nhau Vật liệu tạo thành phải cĩ tính năng vượt trội hơn các thành phần hợp thành

2.2 Thành phần và cấu tạo:

Nhìn chung, mỗi vật liệu composite gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân

bố trong một pha liên tục duy nhất Pha liên tục gọi là vật liệu nền (matrice), thường làm

nhiệm vụ liên kết các pha gián đoạn lại Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu tăng cường (renfot) được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết dính, chống mịn, chống xước

2.2.1 Pha nén:

+* Nền nhựa: > Nhựa nhiệt rắn:

Các loại nhựa thường dùng là: Nhựa polyeste và nhĩm nhựa cơ đặc như: nhựa phenol, nhựa furan, nhựa amin, nhựa epoxy

> Nhựa nhiệt dẻo:

Nền của vật liệu là nhựa nhiệt đẻo như: PVC, nhựa polyetylen, nhựa polypropylen, nhựa polyami(,

4* Nền kim loại:

Vật liệu composite nền kim loại cĩ modun đàn hồi rất cao cĩ thể lên tới 110 GPa

Do đĩ địi hỏi chất 81a cường cũng cĩ modun cao Các kim loại được sử dụng nhiều là:

nhơm, niken, đồng

s* Nên carbon

Trang 19

2.2.2 Pha cắt:

s* Nhĩm sợi khống chất:

Sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi gốm; nhĩm sợi tổng hợp ổn định nhiệt: sợi Kermel,

soi Nomex, sợi Kynol, soi Apyeil

s* Sợi cĩ nguồn gốc tự nhiên:

Soi gốc thực vật (gỗ, xenlulơ): giấy, soi day, soi gai, soi dita, so dia “ Sợi nhựa tổng hợp:

Soi polyeste (tergal, dacron, téryléne, ), soi polyamit, ; soi kim loại: thép, đồng,

nhém,

2.3 Phan loai vat liéu composite:

Vật liệu composite được phân loại theo hình dạng và bản chất của các vật liệu

thành phần

2.3.1 Phân loại theo hình dạng: s* Vật liệu composite cốt sợi:

Sợi gia cường ở dạng liên tục hay gián đoạn: cắt ngắn ta cĩ thể tạo vật liệu cĩ cơ lý tính khác nhau, khi chú ý tới bản chất của vật liệu thành phần , ty lệ của loại vật liệu tham gia và phương của sợi

> Các thơng số đặc trưng của sợi gia cường

Độ dài của sợi

Số sợi se thành chỉ

Độ bền của sợi: kéo, biến dạng, modul

Số vịng xoắn /m

Độ mảnh của chỉ: T=g/km

Trang 20

Đường kính sợi: T

d 0,375 Ẻ s* Vật liệu composite cốt hạt:

Vật liệu composite cốt hạt thường được sử dụng để cải thiện một số tính chất cơ tính của vật liệu hoặc vật liệu nền như tăng độ cứng, tăng khả năng chịu nhiệt chịu mài

mịn, giảm độ co ngĩt Cũng cĩ khi hạt được sử dụng đề làm giảm giá thành sản phẩm

Việc lựa chọn phương án phụ thuộc vào cơ-lý tính mà ta muốn bởi 81a cường bằng dạng

hạt thì tính chất cơ lý yếu hơn so với dạng sợi

2.3.2 Phân loại theo bản chất vật liệu:

s*Composite nền hữu cơ: Kết hợp với vật liệu cốt cĩ dang: Sợi hữu cơ: polyamit, kevlar

Sợi khống: thủy tinh carbon Sợi kim loại: bo, nhơm

“+ Composite nén kim loai: Kết hợp với vật liệu cốt dạng:

Sợi kim loại: Bo

Soi khodng: carbon, SiC

+ Composite nén khodng: Két hop với vật liệu cĩ dạng: Soi kim loai: Bo

Hat kim loai: chat gém kim loai Hạt gốm: cacbua nito

2.4 Composite nền nhựa và cốt sợi:

So với các loại nhựa nhiệt dẻo thì nhựa nhiệt rắn được ứng dụng nhiều hơn trong sản xuất vật liệu composite Đĩ là do nhựa nhiệt rắn liên kết tốt với các loại vật liệu gia

cường phổ biên nhưa sợi thủy tinh, soi aramid, gỗ, các loại sợi thiên nhiên Các loại nhựa

Trang 21

nhiệt rắn phổ biến như polyester, họ nhựa epoxy, nhựa vynilester các loại nhựa này kết hợp đực với nhiều loại vật liệu gia cường và tạo nên compsite cĩ cơ tính tốt

Cơ tính của vật liệu compsite phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đĩ lực liên kết nhựa sợi, sự đình hứng của sợi là những yếu tố quan trọng

2.4.1 Lý thuyết về kết dính giữa nền và sợi:

Khi cĩ ngoại lực tác dụng lên vật liệu, cốt là những điểm chịu ứng suất tập trung do mạng nhựa truyền sang Phân tích các liên kết dựa trên cơ sở kết dính ta nhận thấy

giữa bề mặt nhựa và sợi cĩ các liên kết sau:

s% Liên kết vật lý:

Liên kết nhờ hấp phụ và thắm ướt:

Bề mặt sợi luơn tồn tại các mao quản rỗng, số lượng và kích thước mao quản vào

bản chất và cách chế tạo sợi Nhựa ở dạng lỏng thấm ướt qua bề mặt của sợi bằng lực vật

lý ứng với một năng lượng liên kết bề mặt Sự thấm ướt càng tốt khi sức cản giữa hai bề

mặt càng bé, âm và tạp chất là yếu tố sẽ làm giảm sự thắm ướt Nhựa sau khi thắm ướt bề

mặt sẽ được hấp phụ vào các mao quản nhờ lục hấp phụ

Liên kết nhờ lục tĩnh điện

Bề mặt sợ luơn tích điện dương hay âm tùy thuộc vào thành phần và cách xử lý bề

mặt nhựa nền cũng luơn cĩ độ phân cực nhất định vì vậy mà dẫn mà dẫn đến sự tương tác tĩnh điện giữa sợi và nhựa thơng qua việc tạo thành lớp điện tích kép trên bề mặt vật liệu này

Liên kết cơ học

Liên kết nhờ lưc cơ học do bề mặt sợi và nhựa cĩ độ gồ ghề Tuy nhiên liên kết

loại này rất yếu, yếu hơn rất nhiều so với liên kết hĩa học +4* Liên kết hĩa học:

Trang 22

Cơ chế liên kết hĩa học cho rằng lực liên kết hĩa học cĩ thể hình thành xuyên qua

giao diện liên kết hĩa học rất mạnh và cĩ sự đĩng gĩp đáng kể vào việc kết dính Đây là

loại liên kết cĩ độ bền cao nhất phụ thuộc vào loại số lượng liên kết

2.4.2 Sự định hướng của cốt sợi:

Sợi thường lớn gấp nhiều lần so với đường kính, do đĩ tỷ số giữa chiều dài và

đường kính được gọi là tỷ số hướng rất lớn Dạng sợi liên tục cĩ tỷ số hướng dài trong khi đĩ dạng sợi khơng liên tục cĩ tỷ số hướng ngắn Sợi liên tục thì thường định hướng cịn dạng sợi khơng liên tục thì vơ định hướng Dạng sợi liên tục gồm cĩ: dạng đơn hướng, dạng dệt , dạng quấn Dạng sợi khơng liên tục như dạng sợi băm nhỏ, dạng mat

Đối với dạng sợi đơn hướng thì độ bên của vật liệu theo chiều vuơng gĩc với trục cốt rất nhỏ Vì vay,dang sợi này thường được tạo dạng tắm đơn rồi xếp theo hướng khác

nhau để đạt cơ lí tính đều mọi hướng, Dạng sợi cĩ độ bền cao vì cĩ đường kính nhỏ, ít

khuyết tật bề mặt

sợi liên tục

Sợi đơn hướng Soi đệt vải Sợi đan

000000 9292

0 0°/90° (dệt) +30° xoắn gĩc

Sợi khơng liên tục

TÊN, Nĩ Dạng mat \⁄¿Q v * NI Z~ị ZL bi Mis Wz

Hình 2.1: Sự định hướng của sợi

Trang 23

2.5 _ Cơng nghệ chế tạo vật ligu composite polymer:

Cơng nghệ chế tạo vật liệu composite rất phong phú và đa dạng Tùy thuộc vào

yêu cầu, tính chất của sản phẩm mà cĩ thé thay đổi phù hợp

2.5.1 Gia cơng ở áp suất thường:

s* Gia cơng bằng tay (hand lay up):

Dùng cọ hay con lăn quét nhựa lên bề mặt khuơn đã được chống dính, đạt sợi lên

rồi quét nhựa, sau đĩ dùng con lăn đuổi bọt khí và nén chặt liên tục như vậy cho đến khi đạt bề dày yêu cầu

cốt (sợi) khuơn

* con lan chia

Hình 2.2: Phương pháp handlay up “+ Cudn soi (filament winding):

Cốt sợi được kéo qua bể chứa nhựa cho thấm nhựa trước, sau đĩ được cuộn phủ lên bề mặt khuơn Phương pháp này dùng để sản xuất ống và thùng

chứa

Cĩ hai phương pháp cuộn: cuộn khơ và cuộn ướt

o Cuộn khơ: quấn lên trục khuơn bán thành

phẩm tức là quá trình tâm nhựa lên sợi đã

được thức hiện trước đĩ tồi Hình 2.3: Phương pháp cuốn

Trang 24

o_ Cuộn ướt:quá trình tắm nhựa lên sợi được diễn ra đồng thời với quá trình quấn lên khuơn Tức là sợi thơ sau khi qua bể nĩ được quấn lên trục ngay

s* Ly tâm:

Xếp sợi đã tâm vào khuơn trịn sau đĩ quay dé dùng lực ly tâm ép chặt các lớp và

đây bọt khí Lực ly tâm sẽ định hình sản phẩm

2.5.2 Gia cơng dưới áp suất:

s* Đúc ép nĩng (hot moulding):

Nhựa cốt được phân bố đều mặt khuơn đúc dưới áp suất và nhiệt độ cao Sản phẩm được định hình theo ba chiều kỹ thuật đúc ép được sử dụng để tao những sản phẩm cĩ kích thước lớn Sản phẩm được định hình sau khi làm nguội

Trang 25

s* Đúc ép nguội (cold press moulding):

Tương tự như đúc ép nĩng nhưng ở nhiệt độ thường “+ Ep phun (injecting moulding):

Nhựa nhiệt dẻo: tạo hạt compound nhựa và sợi cắt hoặc nghiền, sau đĩ đưa vào máy ép phun đề tạo thành sản phẩm

Nhựa nhiệt rắn: sợi ngắn được định hình trước nếu cần, được đặt vào khuơn, sau đĩ đĩng lại, kẹp chặt và nhựa được phun vào từ đầu trộn cĩ độ khuấy cao

L phiếu - : hệ thơng ; q Nhiệt sỹ thủy lục SSS ea Ie a Beene | khuon B Ặ Hình 2.5: Phương pháp ép phun s* Phương pháp đùn kéo:

Phương pháp này là phương pháp gia cơng liên tục để sản suất ra loại composite

dạng profile với bất cứ độ đài nào yêu cầu Sợi tâm sẵn được kéo qua một lỗ (cĩ lõi gia nhiệt), với hình dạng theo chiều cắt ngang bề mặt của sản phẩm Sản phẩm được định hình khi nhựa khơ Ưu điểm của phương pháp này là sản xuất sản phẩm thành mỏng với da dang độ dài, bề mặt căt ngang, dé dàng tự động hĩa Nhược điểm của phương pháp này

là hạn chế sự thay đổi hình dạng sản phẩm theo chiều dài của sản phẩm là khơng thể

Trang 26

đàn sợi

: kéo cat sản phâm

N hệ thơng kéo ` búa thủy lực ` bể chứa nhựa Hình 2.6: Phương pháp đùn kéo s* Đúc chân khơng:

Đúc chân khơng dạng túi, khuơn làm vật liệu cứng Trước tiên tạo lớp lĩt, sau đĩ đặt cốt và cấp nhựa bơm chân khơng làm việc, áp suất giảm làm cho nhựa rải đều va day bọt khí ra ngồi

Hình 2.7: Phương pháp ép chân khơng

Trang 27

CHUONG 3: TONG QUAN VE NHUA UREA

FORM ALDEHYDE"! 21416171181

3.1 Khái niệm;

Nhựa amino là loại nhựa nhiệt rắn được tổng hợp dựa trên phản ứng giữa nhĩm amino (NH;)- trong các hợp chất như aniline, guanamines, urea, thioure, ethylene urea và sulfonamide và formaldehyde Hai loại nhựa amino phổ biến là urea-formaldehyde và melanine — formaldehyde

Nhựa urea- formaldehyde được tổng hợp từ hai nguyên liệu là Urea(NH;CONH;)

va formaldehyde (CHạO)

3.2 Nguyên liệu: 3.2.1 Urea:

Là diamide của acid carbonnic, tồn tai dang tinh thể màu trắng ở nhiệt độ thường

Urea được tổng hợp từ ứng suất cao qua phản ứng carbon dioxide và ammonia:

150~ 2000

2NH3 + CO; ——> NH;CONH;y + HO 1400 ~ 1500 PSL

Tính chất vật lý:

Nhiệt độ nĩng chảy: 132.7 — 135°C Khối lượng riêng: 1.32 g/cm”

Độ tan trong nước: cĩ khả năng tan nhiều trong nước tạo thành dung dịch đồng

nhất

3.2.2 Formaldehyde:

Formaldehyde dùng để tổng hợp nhựa urea-formaldehyde khơng chỉ là hợp chất

của nhĩm carbonyl với cơng thức là HCHO mà thơng thường formaldehyde được dùng

dưới dạng dung dịch lỏng chứa khoảng 37% khối lượng Formaldehyde (formalin) hoặc dạng bột mịn (paraformaldehyde)

Trang 28

Luận Văn Tốt Nghiệp Chương 3: Tổng Quan Về Nhựa UF

a Formalin:

Trong dung dich formalin thì hàm lượng formaldehyde ty do rất thấp (khoảng 1%)

và dễ dàng hydrat hĩa dưới xúc tác của acid hoặc là base đề tạo thành methylene glycol:

CH—O + H;O HO——CH; —OH

Methylene glycol dễ dàng bị polymer hĩa tạo thành phân tử polymer mạch dài :

n HO—cH, —-OH HO (CH;0 )n——H + (n—1)H20

Do vay, dung dich formalin 37% thực ra là dung dịch của polymethylene glycol với độ phân tán khối lượng phân tử từ n=1 đến n=10 Ngồi ra pH của dung dịch pH=2,5- 4.5, tính acid do cĩ sự hình thành acid formic từ phản ứng của hai phân tử formaldehyde va nước

Bảo quản dung dịch theo thời gian dài thì cĩ hiện tượng đục như mờ sương so formalin lắng xuống tách ra khỏi dung dịch Để tránh hiện tượng này người ta dùng thêm methalol (8- 10%) như một chất bảo quản

4 Paraformaldehyde:

Paraformaldehyde là polymer dạng rắn của formaldehyde, chứa 95-97% hỗn hợp

polyoxymethylene (CH;O);, nước tồn tại ở dang hydrate cia nĩ ( n= 20+100)

Paraformaldehyde tồn tại dạng bột trắng, nĩng chảy ở nhiệt độ 120 + 170°C Giống như

fomalin, khi nĩ tan trong nước cũng sinh ra methylene glycol

> Trong lĩnh vực sản xuất nhựa thì thường paraformaldehyde ít được sử dụng hơn ƒormalin Formalin thơng dụng do nĩ cĩ giá thành rẻ hơn, lượng nước lớn giúp cho sự hấp thu và giải phĩng nhiệt trong phản ứng exotherm tốt hơn Tuy nhiên, sử dụng paraformal lại cho năng suất cao hơn, giảm yếu tố cần phải kiểm sốt do đĩ cĩ ít yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của nhựa hơn

3.2.3 Dung dich Amoniac:

Trang 29

Amoniac cĩ cơng thức phân tử là NH; Phân tử lượng NH; là 17,0306g/mol Ở điều kiện thường, NH; khan là một chất khí khơng màu, nhẹ bằng nửa khơng khí (tỷtrọng so với khơng khí bằng 0,596 ở O°C), cĩ mùi sốc đặc trưng

Amoniac khan tạo “khĩi” trong khơng khí âm Amoniac hịa tan mạnh trong nước

tạo thành dung dịch nước của NH¿ (hay cịn gọi là amoni hyđroxit do trong dung dịch

nước của amoniac cĩ tạo thành NH„OH) Dung dịch này cĩ tính kiềm:

NH; +H,0 — NH/OH

Ở O°C, NH; cĩ độ hịa tan cực đại là 89,9g trong 100 ml nước Dung dịch nước của

NH; khá bền nhưng bị loại gần hết NH; khi đun tới sơi Thơng thường ở nhiệt độ phịng

thì nồng độ của dung dịch amoniac đậm đặc là 25%

3.3 Cơ sở hĩa học phản ứng tổng hợp nhựa Urea- formaldehyde

Nhưa UF được sản xuất cơng nghiệp dùng thùng lớn với khối lượng mẻ cĩ thể lên đến 30 tấn Theo các sản xuất truyền thống, formaldehyde là chất phản ứng và được điều

chỉ mơi trường kiềm trước khi cho urea vào nhiệt độ phản ứng khoảng 60°C Sau đĩ nâng

nhiệt độ của hỗn hợp lên đến 95°C, điều chinh pH khoảng 5,0 để phản ứng trùng ngưng

xảy ra cho đến khi đạt được mức độ polymer hĩa cần thiết tiếp đến là hạ nhiệt độ phản ứng, điều chỉnh về mơi trương kiềm và cho phần ure cịn lại để phản ứng với

formaldehyde cịn dư Như vậy quá trình tổng hợp nhựa UF qua hai phản ứng cơ bản sau: 3.3.1 Phản ứng cộng:

Đây là phản ứng cộng giữa ure và formaldehyde hay là metalol hĩa trong mơi trường kiềm Sản phẩm của phản ứng này cĩ thể là monomethylol, đimethylol hoặc trimethylol

Trang 30

Luận Văn Tốt Nghiệp Chương 3: Tổng Quan Về Nhựa UF O Oo Poof HC ` H Nà t<90°C || mơi trường kiểm

O O Oo

| * | + |

° c c NHCH;OH

HạN NHCH,OH HOH;CHN NHCHOH HOH,CHN

NHCH;OH

Phản ứng cộng formaldehyde vào urea xảy ra ở nhiều mức pH khác nhau, tuy nhiên ở giai đoạn này phải duy trì ở mức pH của mơi trường kiềm yếu để tạo ra nhĩm metilon Giai đoạn đầu của phản ứng là sự tấn cơng của đơi điện tử tự do trên nguyên tử nitrogen của urea vào nguyên tử carbon mang một phần điện tích dương của nhĩm

carbonyl Phản ứng theo cơ chế cộng hợp ái nhân thơng thường, hình thành hợp chất

trung gian đồng thời chứa anion alkoxide và cation ammonium Hợp chất trung gian này chuyển hĩa nhanh thành sản phẩm trung gian bền hơn là carbinolamine, theo phản ứng

Nếu phản ứng này sẽ tiếp tục xảy ra với mơi trường acid làm xúc tác giúp cho cân bằng chuyển dịch về phía tách nước từ hợp chất trung gian carbinolamine, sinh ra dạng proton hĩa của amine Cuối cùng là giai đoạn tách proton, hình thành sản phẩm imine

Trang 31

> Quá trình tạo ra momometilol urea khơng tiến hành đến cùng do phản ứng thuận nghich Thita formaldehyde sé làm chuyển dịch cân bằng về phía tăng hiệu suất momometilol

3.3.2 Phản ứng đa tụ:

Phản ứng đa tụ là phản ứng giữa các metilol urea làm tăng trọng lượng phân tử,

phản ứng này chỉ xảy ra trong mơi trường acid theo phản ứng dưới đây:

Trong phản ứng đa tụ xảy ra nhiều phản ứng giữa các nhĩm chức khác nhau:

wan, NHƠHOH HOHOIN : i A ° RHN ``NHCHHN”” ` SL cm) ky

Trang 32

a) Cầu nối methylene giữa các amide nitrogen bởi phản ứng giữa các nhĩm methylol

và amino

b) Liên kết methylene ether bởi 2 nhĩm methylol c) Methylol từ nối methylen ether bởi sự tách HCHO

d) Liên kết methylene bởi phản ứng giữa các nhĩm và cĩ sự tách nước và HCHO

Trong suốt quá trình phản ứng đa tụ thì ban đầu độ nhớt tăng chậm sau đĩ ở thời

điểm nhất định thì tăng rất nhanh

s* Ngồi hai phản ứng cơ bản trên thì cịn phản ứng tạo mơi trường kiềm ở giai đoạn tạo methylol giữa formaldehyde tác dụng amoniac cho_ (gọi là urotropin ):

6HCHO + 4NH; ——> (CH;)¿NĐ¿ + 6H;O

Urotropin 1a tỉnh thể tan trong nước tạo mơi trường kiềm pH= 7+9 Đun nĩng dễ phân hủy, khơng nĩng chảy

3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp và chất lượng nhựa Urea-

formaldehyde:

Trong quá trình tổng hợp cĩ nhiều yếu ảnh hưởng đến chất lượng nhựa, sau đây là

một số yếu tố quan trọng:

Tỷ lệ giữa ure và formaldehyt Mơi trường tổng hợp nhựa Mức độ trùng ngưng Nhiệt độ tổng hợp

3.4.1 Tỷ lệ mol giữa ure va formaldehyde:

Sự khác nhau chính giữa loại nhựa cĩ tỷ lệ mol formaldehyde và urea cao và thấp đĩ là hàm lượng formaldehyde tự do trong nhựa và mật độ liên kết ngang khi đĩng rắn

nhựa Do đĩ, tỷ lệ giữa 2 thành phần này ảnh hưởng lớn đến độ bền, lí tính của sản phẩm

nhựa cuối cùng cũng như là lượng formaldehyd tự do cịn trong hỗn hợp nhựa

Trang 33

Quá trình tạo ra monomethylol urea khơng tiến hành đến cùng do phản ứng thuận

nghịch Thừa formaldehyde sẽ làm chuyển dịch cân bằng của methilol urea nên ở giai

đoạn này tỷ lệ F (Formaldehyde ) và U (urea ) thường từ 2 + 3

Phản ứng trùng ngưng được tiến hành khi tỉ số mol của formaldehyde và urea khoảng 1 thì sẽ tạo ra nhựa polymethylene-urea khơng tan trong nước và khơng cĩ tính

bắt dính Tuy nhiên, nếu tỷ lệ này được giảm từ một giá trị cao ( 2-4) trong suốt quá trình

tổng hợp như thêm dần urea vào thì tính tan trong nước và bắt dính cĩ thể đạt được Thêm vào đĩ, tổng hợp với tỷ lệ F/U thấp thì tạo nên nhựa cĩ hàm lượng rắn cao hơn

Tổng hợp nhựa UF với tỷ lệ formaldehyd cao thì thời gian đĩng rắn nhanh, cho sản

phẩm nhựa cĩ cơ tính tốt do hình thành các liên kết nối ngang hoặc HCHO cịn dư phản

ứng với nhĩm —NH; chưa phản ứng tuy nhiên lượng HCHO cịn dư sau phản ứng cĩ thé

bị khuếch tán ra khỏi sản phẩm đĩng rắn

Từ những lí luận trên thì trong luận văn này chọn tỷ lệ F/U là 2,5, giai đoạn 2 trùng

ngưng khi đã cho ure lần 2 vào rồi thì tỷ lệ này là 1.8 và khi đã cho urea lần 3 vào F/U=1,5 day cũng chính là tỷ lệ cuối cùng của phản ứng tổng hợp nhựa

3.42 Mơi trường tổng hợp:

Chỉ số pH ảnh hưởng đến thời gian phản ứng cũng như là cấu trúc và độ thấm

nước của nhựa Từ hình bên, phản ứng cộng

xảy ra ở cả mơi trường kiềm và acid nhưng tốc

độ phản ứng nhanh hơn trong mơi trường = ait

kêm Khi phản ứng xảy ra trong mơi trường +aL acid thì phản ứng đa tụ chiêm ưu thê Phản +

ứng đa tụ làm tăng chiêu dài mạch phân tử sal

cùng như tạo nơi ngang, trọng lượng phân tử 1

càng lớn khi chỉ số pH càng thấp Vì vậy, việc

điều chỉnh chỉ số pH trong suốt quá trình tổng hợp là điều cần thiết

GVHD: PGS.TS NGUYEN ĐẮC THÀNH trang 19

Trang 34

Ở giai đoạn tạo methylol, pH = 7+8 tạo ra được dimethylol chếm ưu thế và tốc độ

phản ứng là nhanh nhất Giai đoạn đa tụ thì chỉ số pH cĩ thể hạ xuống đến 2 hoặc 3, chi

số pH càng thấp và nhiệt độ càng cao thì tạo ra nhựa càng cĩ trọng lượng phân tử cao Thêm vào đĩ, nhiệt độ cao và pH thấp ở giai đoạn trùng ngưng thì phản ứng tạo liên kết methylen bền chiếm ưu thế hơn liên kết methylene ether Tuy nhiên rất khĩ kiểm sốt tốc

độ trùng ngưng khi pH quá thấp và điều nay dé dẫn đến quá trình gel của nhựa

Do đĩ, luận văn chọn mơi trường phản ứng cho từng giai đoạn tổng hợp như sau:

Giai đoạn tạo methylol: pH = 7-8 được duy trì bởi hexamethylene tetramin

trong hỗn hợp phản ứng

Giai đoạn trùng ngưng: pH= 4+ 5 Giai đoạn ổ định: pH= 7+ 8

s* PH ở giai đoạn ơn định ảnh hưởng đến thời gian sống và tốc độ đĩng rắn của nhựa Ở mơi trường pH thấp thì nhựa UF cĩ khả năng đĩng rắn ngay ở nhiệt độ thường, trong

khi đĩ pH cuối cùng quá cao thì sẽ làm giảm tốc độ đĩng rắn của nhựa khi gia cơng Vì vậy, cần tìm khoảng pH thích hợp để thỏa mãn hai yêu cầu trên và mơi trường pH được chọn trong luận văn này là pH = 7 z8

Trang 36

4 Thuyết mình quy trình:

Can dung dich Formalin trong bình cau, thực hiện giai đoạn praraford ở nhiệt độ

70°C khoảng 20 phút sau đĩ bat đầu chinh pH bằng hỗn hợp dung dịch NaOH và dung dịch NH; vào bình cầu, cho từ cho đến khi pH ổn định từ 7 +8 Cho lượng ure 1 đã tính

tốn như trên vào bình cầu để thực hiện giai đoạn tạo methylon ở nhiệt độ 80°C khoảng

1h Trong suốt quá trình này thì phải chú ý đến sự thay thay đổi pH để điều chỉnh pH

luơn ở khoảng pH = 7 + 8 Sau khi tạo methylon xong chỉnh pH = 4+5 bằng dung dịch acid HCOOH đề chuyển sang giai đoạn trùng ngưng ở nhiệt độ 70+ 80°C Ở giai đoạn

này kiểm tra độ nhớt liên tục đến khi đạt rồi chinh pH cuả hỗn hợp lên pH = 7 + 8 cho

ure 2 vào đến phản ứng tạo methylon tiếp tục xảy ra khoảng 20 phút Để tăng thêm độ

nhớt và khối lượng phân tử thì tiếp tục chỉnh pH = 4+5 để thực hiện giai đoạn trùng ngưng Kiểm tra độ nhớt và thử độ tan liên tục đến khi đạt thì ngưng phản ứng, hạ nhiệt độ và chỉnh pH = 7 + 8, cho ure 3 vào để ổn định đồng thời tác dụng với HCHO cịn dư

trong nhựa

3.6 Tính chất của nhưa Urea-formaldehyde:

Bảng tổng hợp tính chất vật và hĩa học của nhựa UF, lưu ý rằng cĩ thể cĩ nhiều

giá trị khác tùy thuộc vào điều kiện tổng hợp nhựa

Ty trong (20° C) 1,2-1,4 PH (25°C) 4,5 — 8.2

Độ tan trong nước (g/L 6 25°C) 50

Độ nhớt ở 25°C (cP) 150 - 250

Hàm lượng rắn (%) 40 - 66

Bảng 3.1: Thơng số cơ bản của nhựa UF

Trang 37

Nhựa Urea-formaldehyde dạng trong suốt cho đến màu trắng sữa, cĩ mùi của formaldehyde Nhựa tan trong nước và rượu, hàm lượng formaldehyde tự do khoảng 5%

hoặc đưới 0,5 % tùy vào điều kiện tổng hợp

3.7 Dong ran nhya UF:

UE cĩ thê đĩng rắn bằng phản ứng đa tụ sâu hoặc phản ứng ngưng tụ giữa các

methylol dưới các điều kiện:

Nhiệt độ cao > 100°C

pH<l tức là dùng acid mạnh làm tác nhân đĩng rắn Phản ứng đĩng rắn cĩ thé

thực hiện ở nhiệt độ phịng

pH= 4- 5 ở 100°C dùng tác nhân đĩng rắn là muối amono của acid mạnh(NH,_ Cl)

Trong các phương pháp đĩng rắn này thì phương pháp đĩng rắn nhiệt độ thấp bằng acid mạnh khơng phù hợp để đĩng rắn nhựa làm vật liệu nền cho sản phẩm composite với sợi thiên nhiên Bởi vì acid mạnh sẽ tấn cơng cấu trúc gỗ

Đối với phương pháp đĩng rắn bằng nhiệt độ khoảng 120°C khơng cần dùng đến tác chất làm tác nhân đĩng rắn và khơng làm ảnh hưởng đến màu của sản phẩm Do đĩ

phương pháp này được chọn dé đĩng rắn hỗn hợp nhựa sợi Nhìn chung mật độ đĩng rắn của nhựa UE thấp 3.8 Ung dung nhwa Urea- formaldehyde:

Nhựa UF được sử dụng rộng rãi trong cơng nghiệp cũng như thương mại Với thuận lợi là giá nhựa UF rẽ hơn nhiều so với các loại nhựa cùng họ nên UF được sử dụng

phổ biến nhất Do đĩ nhựa UF cĩ thị phần lớn nhất so với các loại nhựa khác liên quan

Trang 38

Luận Văn Tốt Nghiệp Chương 3: Tổng Quan Về Nhựa UF Acetylenic Chemicals N Các loại nhựa khác Pentaerythritol MDI — _ nhựa UF Nhựa polyaclfã nhựa phenol

Hình 3.2: Thị phần của các loại nhựa 2009

Ứng dụng lớn nhất của nhựa amino là trong ngành cơng nghiệp gỗ Nhựa amino

dùng để biến tính nhiều loại vật liệu khác Loại nhựa này dùng để thêm vào trong suốt

quá trình sản xuất như sản xuất vải để tăng tính chịu nén của vải, sản xuất vỏ lốp xe dé cai thiện tính bám dính của cao su với lõi xe Tuy nhiên mảng ứng dụng lớn nhất của nhựa UF vẫn là kết hợp với các vật liệu dạng sợi hoặc hạt để tạo nên composite dạng tắm Ngồi ra, nhựa UF cịn kết hợp với bột gỗ để tạo ra nhiều sản phẩm trang trí nội thất

Hình 3.3: Sản phẩm từ sự kết hợp nhựa UF với gỗ ép áp suất cao

Trang 39

Hình 3.4: Kết hợp với gỗ tạo nên vật liệu sandwich thay thế cho sàn gỗ

Hình 3.5: Sản phẩm tạo nên ván ép cho vật dụng bàn ghế

Trang 40

Luận Văn Tốt Nghiệp Chương 4: Tổng Quan Về Sợi Thiên Nhiên

CHƯƠNG 4: TỎNG QUAN VẺ SỢI THIÊN NHIÊN "%1"

4.1 Giới thiệu về sợi thiên nhiên:

Vật liệu composite ngày càng được ứng dụng rộng rãi Nhưng song song vào đĩ là

vấn đề về mơi trường Vì thế, người ta đang nghiên cứu chế tạo vật liệu composite thân

thiện mơi trường và giá thành tương đối thấp Sợi thiên nhiên là một lựa chọn tối ưu để thay thế các loại sợi đắt tiền khác mà lại thân thiện với mơi trường

Thành phần hĩa học của sợi thiên nhiên bao gồm các polymer thiên nhiên: cellulose, hemicellulose, lignin, pectin Trong phân tử của các thành phần kể trên đều cĩ nhiều nhĩm —OH phân cực nên sợi thiên nhiên tương hợp tốt với các polymer phân cực

Cĩ rất nhiều thơng số ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu composite gia cường sợi thiên nhiên bao gồm các yếu tố sau:

- _ Hệ số co (dài/dày) ảnh hưởng rất lớn đến tính chat composite Vì vậy, hệ số này rất

được chú ý trong quá trình chuẩn bị sợi để gia cơng Hệ số co của sợi nằm trong khoảng

100 — 200 là tối ưu nhất Nguồn gốc và loại sợi ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của

composite

-_ Một hệ số quan trọng khác là hệ số phân tán sợi Sợi phân tán kém là sợi khơng

tách rới từng cong ma tum lại thành bĩ làm cản trở quá trình thấm nhựa nên khả năng gia cường kém so với sợi cĩ độ phân tán tốt

- Co tinh cua vat ligu composite phu thuộc rất nhiều vào bề mặt tiếp xúc Bề mặt tiếp xúc giữa nhựa và sợi trong composite cĩ nhiệm vụ truyền ngoại lực tác dụng lên sợi Lực tác dụng trực tiếp tại bề mặt của composite được truyền qua sợi gần đĩ và tiếp tục truyền từ sợi qua sợi thơng qua nhựa nền và bề mặt tiếp xúc Nếu bề mặt tiếp xúc kém,

hiệu quả phân bố lực khơng tốt và cơ tinh composite bi giảm Nĩi cách khác, bề mặt tiếp

xúc tốt cĩ thể đảm bảo rằng composite cé thé chịu được tải rọng, thậm chí lực cĩ thể

truyền nguyên vẹn đến sợi bị gãy tốt như sợi chưa bị gãy Bề mặt tiếp xúc kếm là một han chế, bởi vì sợi và nhựa nền khác nhau về giản nở nhiệt, sự phá hủy sớm cĩ thể xảy ra tại

chỗ bề mặt tiếp xúc kém khi composite chịu ứng suất về nhiệt Vì vậy, kết dính giữa sợi

Định dạng
Số trang	87
Dung lượng	40,16 MB