CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
4.1. Kết quả ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần nguyên liệu đến tính chất keo UF (thực nghiệm quy hoạch đơn yếu tố)
4.1.1. Ảnh hưởng đến hàm lượng khô
Hàm lượng khô là một trong những chỉ tiêu quan trọng của keo dán. Hàm lượng khô không chỉ ảnh hưởng đến công nghệ dán ép mà còn ảnh hưởng đến độ bền dán dính của keo.
Nhằm xác định mức độ ảnh hưởng đến hàm lượng khô, trong thí nghiệm đã lựa chọn các thông số công nghệ (đã được mô tả trong Phương án thực nghiệm đơn yếu tố, Chương 3) để tiến hành tổng hợp keo UF và tính toán hàm lượng khô đối với các mẫu keo sau khi biến tính.
Từ số liệu thực nghiệm, áp dụng lý thuyết thống kê toán học, luận án đã xây dựng được mối quan hệ giữa lượng dùng PVA (tỉ lệ phần trăm khối lượng PVA so với urea) và tỷ lệ mol F:U1 với hàm lượng khô của mẫu keo sau khi biến tính. Mối quan hệ này được thể hiện thông qua phương trình tương quan sau:
+ Phương trình tương quan giữa lượng dùng PVA và hàm lượng khô:
y = 0,5592x2 - 2,4776x + 56,233 R² = 0,9775
+ Phương trình tương quan giữa tỷ lệ mol F:U1 và hàm lượng khô:
y = -11,327x2 + 47,541x + 4,8563 R² = 0,808
Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa lượng dùng PVA và tỷ lệ mol F:U1 với hàm lượng khô của keo sau biến tính được thể hiện trong hình 4.1 và hình 4.2.
Hình 4.1. Quan hệ giữa lượng dùng PVA và hàm lượng khô của keo
Hình 4.2. Quan hệ giữa tỷ lệ mol F:U1 và hàm lượng khô của keo
Nhận xét:
Trong phản ứng tổng hợp keo UF sẽ xảy ra hai giai đoạn phản ứng là giai đoạn phản ứng cộng và phản ứng trùng ngưng. Trong giai đoạn phản ứng cộng, với môi trường kiềm và gia nhiệt sẽ xảy ra phản ứng giữa urea và formaldehyde như sau [4]:
R² = 0,9775
53,2 53,4 53,6 53,8 54,0 54,2 54,4 54,6 54,8 55,0 55,2 55,4
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
Hàm lượng khô, %
Lượng dùng PVA
R² = 0,808
52,5 53,0 53,5 54,0 54,5 55,0 55,5
1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2
Hàm lượng khô, %
Tỷ lệ mol F:U1
Hình 4.3. Phản ứng giữa urea và formaldehyde
Trong giai đoạn phản ứng trùng ngưng, với môi trường axit và gia nhiệt sẽ xảy ra phản ứng sau:
Hình 4.4. Phản ứng trùng ngưng tạo thành dung dịch keo urea formaldehyde
Theo kết quả nghiên cứu của Liu và cộng sự [48], trong quá trình tổng hợp keo UF với sự có mặt của PVA thì sẽ xảy ra một số phản ứng như hình 4.5. Do phản ứng giữa U và F tạo ra keo UF và và phản ứng giữa PVA và F tạo ra keo PVF, sản phẩm thu được khi biến tính sẽ gồm keo UF và keo PVF. Sau khi đóng rắn sẽ tạo ra hỗn hợp vật chất chứa keo UF và PVF đan xen nhau.
Trong nghiên cứu, lượng dùng PVA thay đổi từ 0,5% đến 2,5% so với lượng urea trong hỗn hợp keo. Từ biểu đồ hình 4.1 cho thấy, khi lượng sử dụng PVA tăng lên, hàm lượng khô của keo có xu hướng giảm xuống, và cơ bản ổn định khi lượng
dùng trong khoảng 1,5% đến 2,5%. Hàm lượng khô của keo UF biến tính bằng PVA biến động trong khoảng từ 53% đến 55%, đạt yêu cầu dùng để sản xuất ván dán (từ 52 – 56%). Nguyên nhân có thể do, trong quá trình tổng hợp tuy có thể tạo ra hỗn hợp giữa UF và PVF, nhưng khi lượng dùng PVA tăng lên đã làm giảm hoạt tính của các nhóm chức, vì thế làm mức độ phản ứng giữa các hợp chất giảm xuống, dẫn đến hàm lượng khô của keo giảm. Khi lượng lượng dùng PVA tăng lên quá cao, trong sản phẩm keo xuất hiện các hạt nhỏ (quan sát trên dung dịch keo của nghiên cứu), cũng làm ảnh hưởng đến chất lượng của keo.
Hình 4.5. Phản ứng hình thành mạng PVA và UF
Trong biểu đồ hình 4.2, khi tỉ lệ F:U1 tăng lên thì hàm lượng khô của keo thu được tăng dần và đạt giá trị lớn nhất ở tỉ lệ mol là 2, sau đó tỉ lệ mol tăng lên thì hàm lượng khô lại giảm xuống. Nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này là do, khi tăng tỉ lệ F:U1 ở giai đoạn phản ứng cộng, thì phản ứng giữa F và U1 xảy ra triệt để ở giai đoạn đầu, đến giai đoạn sau chỉ xảy ra phản ứng trùng ngưng, với số lượng monome UF ở giai đoạn đầu lớn, khi tỉ lệ mol tăng cao đã dẫn đến keo thu được có hàm lượng khô tăng lên. Tuy nhiên, khi tỉ lệ mol tăng vượt mức 2 thì ảnh hưởng đến lượng F còn lại
ở giai đoạn trùng ngưng (lượng F ở giai đoạn này bị giảm đi, do tổng lượng F của cả quá trình không đổi), dẫn đến phản ứng trùng ngưng thu được lượng sản phẩm ít, làm cho hàm lượng khô của keo giảm xuống.
Qua Hình 4.1 và hình 4.2 có thể thấy, mối quan hệ giữa hàm lượng khô của keo với lượng dùng PVA và tỷ lệ mol F:U1 theo quy luật hàm bậc 2 với mức độ quan hệ khá chặt (R2 > 0,8). Như vậy có thể thấy rằng, lượng dùng PVA và tỷ lệ mol F:U1 có ảnh hưởng rõ rệt đến sự thay đổi hàm lượng khô của keo.