Nghiên cứu tổng hợp keo polyphenol – formaldehyde từ polyphenol nhóm tannin của vỏ thông

MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện nay, nguồn thực vật có kích thước lớn được sử dụng làm gỗ dân dụng và công nghiệp ngày càng khan hiếm, do sự tàn phá rừng và sự thay đổi khí hậu làm cho các loại cây lấy gỗ ngày càng ít. Vì vậy, các nhà khoa học đã nghiên cứu và phát triển một ngành công nghiệp mới là ngành công nghiệp gỗ ép, có thể tạo ra các tấm gỗ lớn từ bột gỗ và các loại chất liên kết bột gỗ là keo dán gỗ. Gỗ ép hiện nay đang được sử dụng rất rộng rãi, giá thành thấp, có thể tạo ra nhiều hình dạng khác nhau, bền và đẹp. Keo dán gỗ sử dụng trong ngành công nghiệp sản xuất gỗ ép hiện nay được tạo ra từ nhiều loại hợp chất khác nhau, trong đó hợp chất poli (phenol formaldehyde) đang được sử dụng rất tốt. Tuy nhiên, keo poli (phenol formaldehyde) được tổng hợp từ formaldehyde với phenol hoặc resorcinol – đó là thành phần có trong sản phẩm dầu mỏ, nhưng nguồn dự trữ dầu mỏ trên thế giới đang suy giảm rất nhanh trên đà phát triển của con người và làm cho nguồn phenol và resorcinol đang cạn kiệt. Mặt khác, phenol và resorcinol rất độc gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường sống, do đó các nhà khoa học đang nghiên cứu để tìm ra vật liệu mới thay thế cho nguồn phenol và resorcinol. Tannin là chất có khả năng thay thế tốt nhất cho phenol và resorcinol trong ứng dụng tạo keo poli (phenol formaldehyde). Một mặt, tannin là loại hợp chất có rất nhiều trong các loại thực vật – nên đó là nguồn dự trữ lớn có thể tái sinh, và không có tính độc hại với cơ thể người, mặt khác tannin có khả năng phản ứng rất tốt với formaldehyde so với các loại hợp chất khác. Tannin có nhiều trong rễ, quả, hạt, lá, búp và thân cây của các loại cây như keo, điều, sồi, thông, chè… Trong đó, thông ở nước ta được trồng rất phổ biến ở nhiều nơi. Và trong vỏ thông có hàm lượng rất lớn tannin. Cây thông thường được người dân sử dụng để lấy gỗ, còn phần vỏ chứa tannin thì bị bỏ đi hoặc làm củi đốt. Do vậy, việc nghiên cứu chiết tách tannin từ vỏ cây thông để chế tạo keo polyphenol formaldehyde sẽ có ý nghĩa quan trọng về mặt khoa học và thực tiễn trong việc tổng hợp một loại keo dán có giá thành rẻ, thân thiện môi trường và đáp ứng được một phần nhu cầu sử dụng các loại keo dán cho

1 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP KEO POLYPHENOL – FOMALDEHYDE TỪ POLYPHENOL NHÓM TANNIN CỦA VỎ THÔNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN SU PHẠM SVTH: TRƢƠNG QUANG KHÔI GVHD: PGS.TS LÊ TỰ HẢI Đà Nẵng - Năm 2012 2 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc KHOA HÓA .….… NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên : Trƣơng Quang Khôi Lớp : 08SHH Tên đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp keo polyphenol – formaldehyde từ polyphenol nhóm tannin của vỏ thông” I. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu - Mục tiêu: Nghiên cứu quá trình tổng hợp keo polyphenol-fomaldehyde từ nhóm tannin của vỏ thông và ứng dụng keo dán gỗ polyphenol – formaldehyde tạo gỗ ép MDF - Nội dung nghiên cứu:  Dùng phương pháp trích ly để chiết tách tannin  Xác định điều kiện tối ưu cho quá trình tạo keo  Xác định một số chỉ số hóa lý của vỏ thông  Xác định một số nhóm chức đặc trưng của tannin qua phổ IR.  Xác định điều kiện tối ưu cho phản ứng tổng hợp keo polyphenol – formaldehyde  Xác định tính chất của keo polyphenol – formaldehyde  Khảo sát khả năng ứng dụng của keo polyphenol - formaldehyde tạo tấm MDF với bột gỗ: II.Phương pháp nghiên cứu 1. Phương pháp xác định độ ẩm, độ tro 2. Phương pháp chiết bằng dung môi để thu polyphenol 3 3. Phương pháp phổ IR: Xác định các nhóm chức đặc trưng của sản phẩm polyphenol 4. Phương pháp tổng hợp hữu cơ tổng hợp keo 5. Phương pháp vật lý: Xác định tỷ trọng, độ nhớt của keo 6. Phương pháp xác định cấu trúc của keo 7. Phương pháp cơ học: Đo độ bền kéo, độ bền uốn của tấm MDF 8. Phương pháp chụp SEM xác định cấu trúc hình thái học của tấm MDF 9. Phương pháp xác định phát tán formaldehyde, độ trương nở, độ hút nước của MDF III. Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Lê Tự Hải IV. Ngày giao đề tài: 05/02/2011 V. Ngày hoàn thành: 10/05/2012 Giáo viên hướng dẫn PGS.TS. Lê Tự Hải Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày … /05/2012. Kết quả đánh giá: Ngày…. tháng 05 năm 2012 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG 4 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS. Lê Tự Hải đã tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đề tài này. Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo giảng dạy và công tác tại phòng thí nghiệm khoa Hóa, trƣờng đại học Sƣ phạm tạo điều kiện thuận lợi cho em thực hiện đề tài này. Đà nẵng, ngày 10 tháng 05 năm 2012 Sinh viên Trƣơng Quang khôi 5 MỤC LỤC Trang nhiệm vụ khóa luận tốt nghiệp i Lời cảm ơn iii Danh mục các bảng vi Danh mục các hình vẽ, đồ thị vii MỞ ĐẦU 1 6 DANH MỤC CÁC BẢNG Số Tên Trang Bảng 1.1. Tần số dao động của một số nhóm chức hữu cơ 24 Bảng 3.1. Hàm lượng tro mẫu vỏ thông 32 Bảng 3.2. Độ ẩm mẫu bột vỏ thông 38 Bảng 3.3. Các dao động của tannin 39 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng tạo keo 40 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của pH đến khả năng tạo keo 40 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng tạo keo 42 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn : lỏng (m tannin : V formalin ) đến khả năng tạo keo 43 Bảng 3.8. Ảnh hưởng của hàm lượng keo đến độ bền uốn và độ bền kéo của tấm MDF 49 7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số Tên Trang Hình 1.1. Axit galic và một số loại polyphenol thuộc nhóm tannin thủy phân 5 Hình 1.2. Một số loại polyphenol thuộc nhóm tannin pyrocatechin 6 Hình 1.3. Cây, lá, quả thông Đà Lạt 11 Hình 1.4. Cây, lá, quả thông Ba lá 11 Hình 1.5. Lá, quả thông lá dẹt 12 Hình 1.6. Cây, lá, quả du sam đá vôi 12 Hình 1.7. Cây, lá, quả thông Pà Cò 12 Hình 1.8. Cây, lá, quả thông đuôi ngựa 13 Hình 1.9. Cây, lá, quả thông nhựa 13 Hình 1.10. Cây, lá, quả thiết sam 13 Hình 1.11. Cây,lá,quả vân sam PhanXiPhăng 14 Hình 1.12. Cây, lá, quả sam lạnh 14 8 Hình 1.13. Cây, lá, quả hinh đá vôi 14 Hình 1.14. Cây, lá, vỏ, quả thông Caribee 15 Hình 1.15. Keo phenol formaldehyde 21 Hình 1.16. Tấm gỗ ép 21 Hình 1.17. Gỗ ép thông thường và gỗ MDF 22 Hình 2.1. Bột vỏ thông Caribee 27 Hình 2.2. Dụng cụ chiết tannin từ vỏ thông 35 Hình 2.3. Sơ đồ chiết tannin 31 Hình 2.4. Bộ dụng cụ, thiết bị depolyme hóa 32 Hình 2.5. Bộ dụng cụ, thiết bị tổng hợp keo 32 Hình 2.6. Sơ đồ tổng hợp keo 33 Hình 2.7. Nhớt kế 34 Hình 2.8. pH kế 34 Hình 2.9. Sơ đồ tạo tấm ép 36 Hình 2.10. Khuôn tạo tấm MDF 36 Hình 2.11. Máy ép nhiệt 36 Hình 2.12. Máy đo độ bền kéo, uốn nhiệt 37 Hình 3.1. Tannin rắn 39 Hình 3.2. Phổ hồng ngoại IR của tannin 39 Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian đun đến khả năng tạo keo 40 Hình 3.4. Ảnh hưởng của pH đến khả năng tạo keo 41 Hình 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng tạo keo 42 Hình 3.6. Ảnh hưởng của tỉ lệ m tannin : V formalin đến khả năng tạo keo 43 Hình 3.7. Phản ứng của tannin với HCHO 44 Hình 3.8. Phổ hồng ngoại (IR) của keo sản phẩm 46 Hình 3.9. Bột gỗ trước khi sàn 47 Hình 3.10. Bột gỗ sau khi sàn 47 Hình 3.11 Bột gỗ sau khi ngâm 48 9 Hình 3.12 Tấm MDF 48 Hình 3.13 Mẫu 1 (10% keo) 50 Hình 3.14 Mẫu 2 (15% keo) 50 Hình 3.15 Mẫu 3 (20% keo) 51 Hình 3.16 Mẫu 4 (25% keo) 51 Hình 3.17 Mẫu 5 (30%) 52 Hình 3.18 Thiết bị hấp thụ formaldehyde phát tán từ tấm MDF 53 10 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện nay, nguồn thực vật có kích thước lớn được sử dụng làm gỗ dân dụng và công nghiệp ngày càng khan hiếm, do sự tàn phá rừng và sự thay đổi khí hậu làm cho các loại cây lấy gỗ ngày càng ít. Vì vậy, các nhà khoa học đã nghiên cứu và phát triển một ngành công nghiệp mới là ngành công nghiệp gỗ ép, có thể tạo ra các tấm gỗ lớn từ bột gỗ và các loại chất liên kết bột gỗ là keo dán gỗ. Gỗ ép hiện nay đang được sử dụng rất rộng rãi, giá thành thấp, có thể tạo ra nhiều hình dạng khác nhau, bền và đẹp. Keo dán gỗ sử dụng trong ngành công nghiệp sản xuất gỗ ép hiện nay được tạo ra từ nhiều loại hợp chất khác nhau, trong đó hợp chất poli (phenol - formaldehyde) đang được sử dụng rất tốt. Tuy nhiên, keo poli (phenol - formaldehyde) được tổng hợp từ formaldehyde với phenol hoặc resorcinol – đó là thành phần có trong sản phẩm dầu mỏ, nhưng nguồn dự trữ dầu mỏ trên thế giới đang suy giảm rất nhanh trên đà phát triển của con người và làm cho nguồn phenol và resorcinol đang cạn kiệt. Mặt khác, phenol và resorcinol rất độc gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường sống, do đó các nhà khoa học đang nghiên cứu để tìm ra vật liệu mới thay thế cho nguồn phenol và resorcinol. Tannin là chất có khả năng thay thế tốt nhất cho phenol và resorcinol trong ứng dụng tạo keo poli (phenol formaldehyde). Một mặt, tannin là loại hợp chất có rất nhiều trong các loại thực vật – nên đó là nguồn dự trữ lớn có thể tái sinh, và không có tính độc hại với cơ thể người, mặt khác tannin có khả năng phản ứng rất tốt với formaldehyde so với các loại hợp chất khác. Tannin có nhiều trong rễ, quả, hạt, lá, búp và thân cây của các loại cây như keo, điều, sồi, thông, chè… Trong đó, thông ở nước ta được trồng rất phổ biến ở nhiều nơi. Và trong vỏ thông có hàm lượng rất lớn tannin. Cây thông thường được người dân sử dụng để lấy gỗ, còn phần vỏ chứa tannin thì bị bỏ đi hoặc làm củi đốt. Do vậy, việc nghiên cứu chiết tách tannin từ vỏ cây thông để chế tạo keo polyphenol formaldehyde sẽ có ý nghĩa quan trọng về mặt khoa học và thực tiễn trong việc tổng hợp một loại keo dán có giá thành rẻ, thân thiện môi trường và đáp ứng được một phần nhu cầu sử dụng các loại keo dán cho [...]... quan đến keo dán khác mà thực tế hiện nay chúng ta phải nhập các loại keo dán gỗ từ nước ngoài Xuất phát từ tình hình trên chúng tôi chọn đề tài: Nghiên cứu tổng hợp keo polyphenol – formaldehyde từ polyphenol nhóm tannin của vỏ thông 2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Tìm điều kiện tối ưu cho quá trình tạo ra keo dán gỗ polyphenol – formaldehyde từ polyphenol nhóm tannin của vỏ thông Caribee; - Ứng dụng keo dán... dán gỗ polyphenol – formaldehyde tạo gỗ ép MDF 3 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng: Cây thông Caribee trên địa bàn miền Trung - Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo keo polyphenol – formaldehyde; ứng dụng tạo tấm ván ép 4 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Chiết tách tannin bằng phương pháp trích ly - Tổng hợp keo polyphenol – formaldehyde - Xác định cấu trúc của keo bằng... của keo polyphenol – formaldehyde - Tạo tấm ván ép MDF - Xác định các chỉ tiêu của gỗ ép được tạo từ keo polyphenol – formaldehyde 5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI - Ý nghĩa khoa học o Tìm điều kiện tối ưu cho quá trình tạo keo o Tạo tấm ván ép MDF - Ý nghĩa thực tiễn o Tìm hiểu các ứng dụng quan trọng của tannin o Nâng cao giá trị sử dụng của cây thông Caribee trong đời sống 6 CẤU TRÚC CỦA... chứa nhiều tannin [7], [8], [9], [32] Tannin phân bố rộng rãi trong thiên nhiên 18 Các loài keo (acacia) khác nhau có hàm lượng tannin khác nhau Loài có hàm lượng tannin lớn nhất là keo đen (acacia mearsi) có tới 40 – 43% tannin, loài acacia cepebricta có hàm lượng tannin từ 15 – 20% Cây sồi chứa khoảng 7 – 10% tannin Cây chè cũng có hàm lượng tannin lớn: lá chè chứa khoảng 20% tannin Vỏ bạch đàn... NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT TỔNG HỢP KEO POLYPHENOL – FORMALDEHYDE [4], [13], [16] 2.1.1 Vỏ thông Vỏ thông Caribee sau khi lấy về, đem rửa sạch, bỏ phần vỏ chết bên ngoài, bỏ phần bị sâu, cắt khúc bằng dao kim loại không gỉ, sấy ở 800C đến khô và xay thành dạng bột mịn Hình 2.1 Bột vỏ thông Caribee 2.1.2 Formaldehyde Công thức phân tử: CH2O Công thức cấu tạo: HCHO 2.1.2.1 Tính chất vật lý Formaldehyde là chất... cường độ của các đỉnh hấp thụ đặc trưng, ta có thể xác nhận sự có mặt của các nhóm nguyên tử trong phân tử, từ đó có thể suy ra cấu 34 trúc của phân tử Để khẳng định hoàn toàn cấu trúc của hợp chất, cần kết hợp với một số phương pháp phổ khác b, Phân tích định tính Để nhận biết một hợp chất hữu cơ, ta so sánh phổ của nó với phổ của chất chuẩn Với mục đích này, cần phải ghi phổ của chất nghiên cứu trong... một số loại polyphenol thuộc nhóm tannin thủy phân 15 1.1.2.2 Tannin ngưng tụ hay còn gọi là tannin pyrocatechic [23] Tannin nhóm này được tạo thành do sự ngưng tụ từ các đơn vị flavan-3-ol hoặc flavan-3,4-diol Dưới tác dụng của axit hoặc enzym thì không bị thủy phân mà tạo thành chất đỏ tannin hay phlobaphen Phlobaphen ít tan trong nước, là sản phẩm của sự trùng hợp kèm theo oxi hóa, do đó tannin ngưng... tử gây ra trên cành và cuống lá của cây Muối (Rhus semialata, thuộc họ Anacardiaceae) Hàm lượng tannin trong dược liệu thường khá cao, chiếm từ 6 – 35%, đặc biệt trong Ngũ bội tử có thể lên đến 50 – 70% 1.2 TỔNG QUAN VỀ THÔNG 1.2.1 Sơ lƣợc họ thông [7], [8], [12] Họ thông, danh pháp khoa học: Pinaceae, là một họ trong bộ thông (pinales), lớp thông (pinosida), ngành thông (pinophyta) bao gồm nhiều loài... methylene và ether Tỉ lệ của các cầu nối trên là khác nhau, phụ thuộc vào axit hay bazơ được sử dụng, nhưng sản phẩm được kết nối lại là hoàn toàn như nhau Việc tổng hợp keo polyphenol formaldehyde cũng tương tự do polyphenol là hợp chất phenolic có phản ứng với formaldehyde giống như phenol Hình 1.15 Keo phenol formaldehyde 1.4 GỖ MDF [3], [4], [24] Gỗ ép là loại vật liệu sản xuất từ gỗ qua quá trình xử... Caribee Vấn đề về giống thông không còn là vấn đề khó khăn Tuy nhiên, hiện trạng lâm tặc đang khai thác thông Caribee bừa 27 bãi để lấy gỗ đang là vấn đề đáng lo ngại Cánh rừng thông Caribee đặc dụng Nam Hải Vân – TP Đà Nẵng đang có nguy cơ bị xóa sổ do nạn khai thác bừa bãi 1.3 LÝ THUYẾT TỔNG HỢP KEO PHENOL - FORMALDEHYDE [1], [3], [4], [5], [13], [18] Phản ứng của hợp chất phenolic với formaldehyde được . formaldehyde từ polyphenol nhóm tannin của vỏ thông I. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu - Mục tiêu: Nghiên cứu quá trình tổng hợp keo polyphenol- fomaldehyde từ nhóm tannin của vỏ thông và ứng dụng keo. tài: Nghiên cứu tổng hợp keo polyphenol – formaldehyde từ polyphenol nhóm tannin của vỏ thông 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Tìm điều kiện tối ưu cho quá trình tạo ra keo dán gỗ polyphenol – formaldehyde. lý của vỏ thông  Xác định một số nhóm chức đặc trưng của tannin qua phổ IR.  Xác định điều kiện tối ưu cho phản ứng tổng hợp keo polyphenol – formaldehyde  Xác định tính chất của keo polyphenol