Kỹ thuật keo dán - Chương 6 pps

Nguyên liệu để sản xuất gielatin là collagen một loại protein có cấu tạo dạng sợi mịn, chiếm khoảng 30% các chất hữu cơ có trong mô tế bào của động vật có vú.. -Keo gielatin có chất lượn

+ Hơi quá nhiệt, hơi nước, nước nóng, tia tử ngoại, điện trở

- Đối với keo nóng chảy thì hóa rắn keo bằng tác nhân làm lạnh như: không khí, nước lạnh

- Chiều dày keo:

+ Chiều dày quá bé: thiếu keo không thấm ướt hoàn toàn 2 bề mặt tiếp xúc

+ Chiều dày lớn quá: làm tăng khả năng tạo ứng suất nội, phần lớn độ bền keo bé hơn nền do đó gây nên phá vỡ kết dính nội trong lớp keo khi có ứng suất tập trung

Chương 6 MỘT SỐ LOẠI KEO DÁN 6.1 Keo gốc động vật

- Thành phần chính của keo gốc động vật là Gielatin: Gielatin được lấy từ da, xương, gân, móng của các con vật như trâu, bò, heo, cá

- Có thể chia keo từ gielatin thành 3 nhóm chính:

+ Keo trích từ da trâu, bò, ngựa

+ Keo từ xương, gân của trâu, bò, ngựa

+ Keo trích từ bong bóng, ruột, da, xương và vảy cá

- Do vậy để trích gielatin từ động vật trước hết tách riêng từng loại động vật, tách riêng từng bộ phận do chúng có hàm lượng gielatin khác nhau

-Các loại keo xuất xứ từ các nguyên liệu đã nêu trên đều gọi chung là gielatin Nguyên liệu để sản xuất gielatin là collagen một loại protein có cấu tạo dạng sợi mịn, chiếm khoảng 30% các chất hữu cơ có trong mô tế bào của động vật có vú -Collagen có nhiều nhất trong da, xương và gân Công thức trung bình của collagen là C102H149O38N31 khi thủy phân tạo thành gielatin:

C102H149O38N31 + H2O = C102H151O39N31 -Thành phần trung bình của gielatin như sau: C-51,29%; O-24,13%; N-18,19% -Gielatin thuộc loại polyme nhiệt dẻo Giống như sáp nó có thể nóng chảy và đông đặc Gielatin dễ bị vi sinh vật làm phân hủy nên khi sản xuất keo này thì phải thêm vào thành của keo chất bảo quản

-Cả 2 loại keo gielatin chính: keo da và keo xương

6.1.1 Sản xuất gielatin từ da (keo da)

-Keo da thu được từ các loại da động vật như trâu, bò, ngựa, cá, lợn

-Trước hết tiến hành nfâm da trong kiềm (nước vôi) để loại bỏ những chất không phải là collagen trong thời gian từ 30 đến 100 ngày

-Để tránh da bị vi sinh vật tích tụ và làm hỏng thì cứ 6-7 ngày lại thay nước vôi Giai đoạn này quyết định chất lượng của gielatin sau này

-Sau đó lấy nguyên liệu ra rửa sạch bằng nước, trung hòa kiềm dư bằng axit loãng rồi rửa một lần nữa

- Tiếp theo là cho nguyên liệu vào nồi cùng với nước nóng, giữ ở 60-70oc trong vài giờ, có khuấy dảo đều để chiết gielatin Thiết bị gồm nồi hình trụ, chiều cao bằng 2 đường kính, bằng thép tráng thiếc (inox càng tốt), chịu áp suất đến 4 kg/cm2, có lớp bảo ôn giữ nhiệt

- Cách đáy nồi 0,5 m có lót tấm lưới đủ sức chịu được khối nguyên liệu (da vụn) được ngâm mềm trong nước

- Sau khi đậy nắp cho hơi nước vào từ dưới đáy nồi Dưới sức ép và nhiệt độ của hơi nước, gielatin sẽ tan dần thành dung dịch keo lỏng, cạnh đáy nồi có van thỉnh thoảng vặn lấy dung dịch gielatin ra

- Nhiệt độ dung dịch đầu chứa khoảng 20% gielatin không quá 80oC, dung dịch rút lần hai có nhiệt độ khoảng 84oC, lần ba khoảng 88oC và lần 4 là 95oC

- Sau đó đem gielatin đi tẩy màu, lọc

- Rồi đem cô trong hệ thống hút chân không, tạo tấm mỏng

- Phơi khô

-Keo gielatin có chất lượng cao dùng làm phụ gia trong thực phẩm hoặc để sản xuất phim và giấy ảnh, loại chất lượng kém hơn được dùng làm keo dán hoặc dùng vào các mục đích khác

6.1.2 Sản xuất gielatin từ xương (keo xương)

-Trước đây người ta chỉ biết sản xuất gielatin từ da nhưng từ năm 1814 người ta đã sản xuất keo này từ xương và do những ưu điểm về mặt kinh tế hiện keo xương còn được sản xuất nhiều hơn cả keo da

Quá trình sản xuất bao gồm:

+ Lựa xương

+ Rửa xương

+ Đập, nghiền xương

+ Khử mỡ trong xương

+ Trích lấy photphatcanxi: tận dụng làm thức ăn gia súc, dược phẩm + Trích gielatin trong xương

+ Lọc dung dịch gielatin

+ Cô dung dịch gielatin

+ Làm trắng, đổ khuôn, cắt miếng gielatin

1- Lựa xương

- Tách tạp chất (các vết kim loại gây hư hỏng máy cán, máy xay xương)

- Tách riêng từng loại: xương ống chân, đầu xương sườn để riêng và nấu riêng

2- Nghiền xương:

- Nghiền xương đến kích thước nhất định rồi nấu sơ bộ để khử mỡ

3- Khử mỡ

- Loại bỏ mỡ để gielatin có phẩm chất tốt

- Phương pháp nấu: mỡ nhẹ hơn nước nổi lên, dùng dụng cụ vớt ra

- Phương pháp dùng hơi có áp suất hoặc dung môi để tách mỡ ra Có thể dùng dung môi để chiết mỡ thì triệt để hơn nhưng đắt hơn

5- Trích lấy photphatcanxi

- Dùng 400 lít acid HCl 5%/ 100 kg xương, sau đó đem lọc, trung hòa bằng nước vôi 15oBe photphat canxi trầm hiện thành kết tủa màu trắng

- Để lắng kết tủa hoàn toàn, chắt nước phía trên lấy gielatin, rửa nhiều lần kết tủa rồi sấy khô thu được photphatcanxi dạng bột trắng, khô, min sử dụng trong dược phẩm, thức ăn gia súc, phân bón

6- Trích lấy gielatin trong xương

- Dùng hơi áp lực 2 - 3 kg/cm2 tách gielatin

- Để keo trong suốt thì tiến hành lọc tách cặn, tạp chất ở nhiệt độ 55 - 60oC, trong thời gian 5 - 6 giờ Tiến hành trong thiết bị hình trụ có lớp bảo ôn

- Dùng máy hút chân không để cô dung dịch gielatin

9- Làm trắng keo

- Dùng tác nhân làm trắng như : Khí sunfuarơ, dung dịch amoniac, H2O2

10- Đổ khuôn và cắt miếng mỏng

- Khuôn bằng sắt tráng kẽm dài 0,75 m, rộng 0,2 m, sâu 0,12 m cho 25 kg keo

- Sau khi đổ đầy khuôn gielatin đem ngâm nước lạnh hoặc để tủ lạnh, 12 giờ sau gielatin đông lại thì đem cắt thành miếng mỏng

11- Phơi gielatin

- Dùng quạt hút, nhiệt độ tăng từ từ, sau 3 ngày ở nhiệt độ 40oC, sau 7 ngày nhiệt độ lên 60oC, nhiệt độ cao nhất không quá 70 - 75oC

6.1.3 Keo từ bong bóng cá

- Một số loại cá như: cá heo, cá đuối, và nhiều loại cá lớn, bong bóng chứa từ 88 - 90% keo Phương pháp lấy đơn giản:

+ Rửa sạch, xẻ làm hai, ngâm nước nóng để loại tạp chất, đem phơi nắng thật khô để bong bóng không bị mốc khi bảo quản lâu ngày

+ Khi dùng đem ngâm nước cho nở mềm, rồi nấu sôi, keo tan thành dung dịch có độ kết dính cao

6.1.4 Keo da cá

- Một số cá: mòi, đuối, cá mập .lấy da rửa sạch đem phơi nắng, ngâm vào dung dịch NaOH 0,5% trong 24 giờ, thay dung dịch 3 lần trong thời gian này

- Rửa sạch xút đem ngâm các dung dịch có sục khí sunfuaro vào để tẩy trắng hoặc ngâm trong dung dịch HCl trước khi trích lấy keo như keo da, xương

- Cô đặc đến nồng độ dung dịch là 50%

* Công dụng:

- Các loại keo nấu từ gielatin dùng làm keo dán giấy, gỗ, sành sứ, hồ vải sợi

- Thông thường trong thành phần keo gielatin từ xương, da thường được bổ sung chất bảo quản, chất hóa dẻo, chất thấm ướt .trước khi làm thành tấm, thỏi, hạt hoặc nghiền thành bột để bán ra thị trường

- Keo phải không màu hoặc có màu vàng nhạt, không cứng, tỷ trọng khoảng 1,27, độ tro 2,25-4% Keo xương hơi có tính axit hơn so với keo da

- Keo gielatin chỉ tan trong nước, không tan trong dầu, dung môi hữu cơ

- Keo gialatin có thể chuyển từ dạng hòa tan sang gel khi làm lạnh và ngược lại khi đun nóng Sau khi khô keo gielatin xử lý với formaldehyt, sunfatamon, borax natri axetat có thể chịu được nước

- Thêm kalibicromat vào keo dưới tác dụng của ánh sáng keo không tan trong nước nữa

- Nó dễ tương hợp với các chất có tác dụng hóa dẻo như glyxerin, sorbitol glycol, các chất tạo nhũ từ dầu, chất béo cuing như các loại keo dán khác như tinh bột, dextrin

6.1.5 Keo trên cơ sở casein

- Casein là thành phần chủ yếu của sữa (chiếm 3% trong sữa tươi và khoảng 30% trong sữa bột) Đây là sản phẩm ngưng tụ của các axit amin, trong mạch chứa những liên kết peptit -CO-NH-

- Trong thành phần của cazein sữa còn có chứa 0,75%P, một lượng nhỏ kim loại kali, natri và canxi

- Quá trình tách canxi từ sữa được thực hiện như sau:

+ Tách bơ trên máy ly tâm

+ Đun nóng đến 40oC rồi thêm dần axit vô cơ đến khi độ pH vào khoảng 4,5, cazein sẽ lắng xuống

+ Tách kết tủa cazein và đem đi rửa sạch, rồi sấy khô và nghiền, sàng đến kích thước nhất định: từ 100g sữa thu được khoảng 3g cazein

- Nếu tách cazein từ sữa bột đã tách bơ thì cho hòa tan vào nước rồi tách tương tự như trên vì đường lactoza tan trong trong nước

- Cazein là một chất lưỡng tính, có những nhóm amin và cacboxyl tự do, có khả năng tương tác với axit và kiềm

- Cazein phản ứng với formaldehyt tạo thành cấu trúc mạng lưới, kết quả là tạo thành màng rắn, bền nước Các ion kim loại nặng như kẽm, nhôm, crôm cuing tạo với cazein các hợp chất không hòa tan

- Keo cazein tuy cùng là protein nhưng khác nhiều với keo gelatin, ở chỗ gelatin có thể hóa lỏng khi gia nhiệt và không có điểm đẳng điện khi hòa tan trong nước Tính chịu nước của cazein thì kém hơn hẳn keo cazein

- Trong công thức pha chế keo cazein, thường dùng những chất độn như bột gỗ, bột vô cơ, xenluloza, dầu không khô, chất điều chỉnh độ nhớt (phèn, caxiclorua, natrisunfat, formaldehyt ), chất bảo quản (pentaclophenol, este của p-hydroxibenzoic axit .), chất hóa dẻo

- Thành phần pha chế keo cazein thường là vôi, trộn khô với cazein, rồi thêm nước trước khi sử dụng

6.1.6 Keo trên cơ sở nhựa cánh kiến đỏ

- Nhựa cánh kiến đỏ thương phẩm có dạng hạt hoặcvảy, óng ánh có màu từ vàng nhạt đến nâu sẫm Thành phần chính của nhựa gồm 2 thành phần: phần tan trong ête (khoảng 30%) gọi là nhựa mềm; phần còn lại là nhựa cứng

- Nhựa mềm là hỗn hợp 4 loại este của axit alorytic, lacxyfalaric Nhựa cứng là hỗn hợp các polyeste có phân tử lượng khác nhau, sản phẩm của những axit trên

- Nhựa này khi biến tính với các loại nhựa tổng hợp, dầu thực vật, những monome dạng vinyl thì thu được nhiều loại keo có giá trị với ứng dụng rộng rãi

- Loại nhựa này có độ bám dính cao với nhiều loại vật liệu ngay cả các bề mặt trơn nhẵn như gương, các dụng cụ quang học

6.2 Keo gốc thực vật

6.2.1 Tinh bột và dẫn xuất

- Tinh bột là loại keo dán bồi giấy thông dụng nhất, là sản phẩm nghiền nhỏ của nhiều loại hạt như mì, gạo tẻ, gạo nếp các loại củ như khoai tây, khoai lang, sắn dạng bột mịn

- Trong nước nóng chúng bị trương nở thành một thứ hồ đặc

- Về bản chất hóa học hầu hết các loại bột đều có thành phần bao gồm 75% hydrocacbon phân nhánh là amilopectit có khối lượng phân tử khoảng 13600 và 25% amiloza

- Để cải tiến độ nhớt và khả năng kết dính của tinh bột người ta thường phân hủy hay biến tính bằng men như men maltaza, bằng những axit vô cơ, bằng các tác nhân oxy hóa hay đơn giản cả là bằng cách đun nóng

- Những sản phẩm tinh bột xử lý trong công nghiệp có thể chia thành 3 nhóm: tinh bột hòa tan, tinh bột oxy hóa và dextrin

- Các sản phẩm biến tính của tinh bột nói chung là có độ nhớt thấp, hàm lượng chất rắn cao, khả năng kết dính taut và mối dán bền chắc

6.2.2 Keo trên cơ sở nhựa thiên nhiên

6.2.2.1 Nhựa thông (colofan hay tùng hương)

- Được chưng cất từ mủ cây thông, nó là một trong hai thành phần chính của sản phẩm chưng cất bao gồm: tinh dầu thông và colofan

- Thành phần chủ yếu của là axit abietic chiếm 90%, 10% là các chất không xà phòng hóa

- Tính chất:

Colofan là chất rắn dòn, có màu từ vàng nhạt đến nâu đen, tan trong nhiều dung môi hữu cơ như rượu, ete, clorofoc, axeton, dầu béo

- Nhiệt độ chảy mềm 70-80oC, nhiệt độ chảy lỏng 120oC Chỉ số axit là

170, chỉ số iôt là 170-200

- Colofan có thể phản ứng với các hợp chất khác , bị ankyl hóa bằng phenol để tạo thành hợp chất têcpn-phenol Hợp chất này có thể tác dụng với các loại dầu thực vật, các chất tạo màng khác tạo ra loại keo có khả năng kết dính cao

- Colofan là một thành phần không thể thiếu trong các loại keo có nguồn gốc cao

su, nó làm nhiệm vụ là chất bắt dính

- Ngoài ra còn dùng trong công nghiệp chế biến sơn, dùng làm chất tạo màng biến tính

6.2.2.2 Nhựa sơn thiên nhiên

- Là nhựa thu được từ một số loại cây sơn ta sống ở Việt Nam, Trung Quốc, Đài Loan

- Thành phần chủ yếu trong nhựa sơn: các dẫn xuất phenol (50-70%), men lactaza (<10%), nước (10-20%), nhựa cặn (3,5-9%)

Các dẫn xuất phenol gồm có laccol, hydrolaccol

- Khi nhựa sơn tiếp xúc với không khí, có độ ẩm thích hợp (65-85%) và nhiệt độ 20-30oC, dưới tác dụng của men lâccza, nó sẽ đóng rắn và không bị hòa tan trong bất cứ dung môi nào

- Nhờ tính chất này mà nhựa sơn được dùng làm keo dán có độ bền cao

- Nhựa sơn biến tính bởi các loại dầu thực vật như dầu đậu tương, dầu lanh, dầu trẩu để điều chỉnh một số tính năng của keo dán như tốc độ đóng rắn

+ Người ta còn tách riêng các thành phần của nhựa sơn, đặc biệt là laccol-một diphenol, có khả năng phản ứng cao, được sử dụng làm nguyên liệu điều chế các loại keo hỗn hợp có tính năng cao, bám dính tốt với nhiều loại vật liệu, chịu sự ăn mòn của hóa chất

- Laccol kỹ thuật được chiết ra từ nhựa sơn bằng toluen, xylen, nó có thể phản ứng như một ankyl phenol Laccol có thể phản ứng với formaldehyt, axeton, urotropin, epoxy tạo ra các loại nhựa có độ bền cơ lý cao, chịu nhiệt và hóa chất, dùng để dán các vật liệu chịu lực như giữa cao su với thép, kim loại với kim loại

6.2.2.3 Dầu hạt điều

- Được trích từ nhân hoặc từ vỏ hạt, thành phần chủ yếu: cardanol chiếm 82,2% đối với loại dầu rang; 2,4% đối với loại dầu chiết

- Dễ tham gia phản ứng tạo polyme có khả năng bám dính tốt do trong phân tử có chứa nhóm -OH phân cực

- Do đó có thể tạo ra được các loại keo dán có tính năng ưu việt từ chúng để dán cho những bề mặt nhẵn, bóng như thủy tinh, gốm, sứ, kim loại

- Đặc biệt dùng trong công nghiệp làm má phanh ôtô và các loại đá mài

6.2.2.4 Xenluloza và dẫn xuất

- Xenluloza chứa nhiều nhóm OH trên mạch phân tử do đó dễ dàng tham gia nhiều phản ứng như nitro hóa, axetat hóa, metyl hóa

- Xenlulo không tan trong nước và các dung môi hữu cơ, nhưng dẫn xuất của nó lại tan được trong các dung môi đó, được chia làm 2 nhóm chính: nhóm tan trong nước (metylxenluloza, hydroxymetylxenluloza, cacboxymetylxenluloza), nhóm tan trong dung môi hữu cơ (nitrõenluloza, axetatxenluloza )

- Độ bám dính của keo trên cơ sở xenlulo được quyết định bởi các nhóm OH còn lại trên mạch

a- Nitroxeluloza

- Thu được bằng cách nitro hóa các nhóm OH trên mạch bởi axit nitơric có mặt axit sunfuric đậm đặc làm xúc tác Điều kiện phản ứng để xảy ra hoàn toàn là phải tách nước ra khỏi môi trường phản ứng

Hàm lượng dẫn xuất nitroxenlulo đạt được từ 14,8%

Hàm lượng N2O dẫn xuất nitroxenlulo là 11,2-12,4% thì tính chất keo của nó tốt nhất

* Tính chất: Nitroxenlulo trong suốt, kị nước, đàn hồi, dùng để sản xuất

các loại keo vạn năng trong các dung môi thích hợp

Đối với bề mặt có lỗ xốp thì quét keo 2 lần

b- Axetatxenlulo

- Thu được từ anhydric axetic tương tác với xenlulo có mặt xúc tác H2SO4 Tùy mức độ phản ứng mà ta thu được: mono, di, triaxetatxenlulo

- Dung môi hữu cơ chứa clo hòa tan tốt axetatxenlulo, ngoài ra nó còn hòa tan trong este, xeton tạo nên các dung dịch có khả năng dán tốt

- Axetatxenlulo được dùng chủ yếu trong công nghiệp sợi nhân tạo, còn dùng sản xuất keo dán thì chỉ chiếm một tỷ lệ tương đối nhỏ

c- Cacboxylmetylxenluloza

- CMC hòa tan được trong nước, tạo dung dịch có độ nhớt cao có khả năng dán khi màng khô

- CMC dùng làm keo dán dễ bị thấm ướt và dễ bị bóc

- Sử dụng làm keo dán giấy, làm thành phần trong sơn vôi và sơn nước để làm tăng độ thấm ướt bề mặt trong sơn nước

d-Metylxenlulo

- Thu được khi thay thế nhóm metyl Các nhóm metyl rải đều trên mạch phân tử xenlulo, do đó dẫn xuất của metylxenlulo dễ bị solvat hóa nên được ứng dụng nhiều hơn so với metylxenlulo

- Tính chất của metylxenlulo phụ thuộc vào mức độ thay thế, tính đồng nhất của những nhóm thế