Chương 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.3. Một số nhân tố ảnh hưởng đến phản ứng trùng ngưng và tính chất keo
3.3.4. Ảnh hưởng của nguyên liệu
Tạp chất trong urea thường có C2H5N3O2, NH4+ tự do, muối sulfate, trong đó ảnh hưởng của muối sulfate là lớn nhất. Trong formaldehyde tạp chất chủ yếu là CH3OH, H3COOH, sắt dạng ion; ảnh hưởng rõ nhất là sắt dạng ion.
3.3.4.1. Ảnh hưởng của urea: Hàm lượng muối sulfate, hàm lượng NH4+ tự do và hàm lượng của C2H5N3O2.
Hàm lượng muối sulfate: Tiêu chuẩn quy định hàm lượng muối sulfate nhỏ hơn 0,01%. Muối sulfate trong urea bình thường do hình thức tồn tại của (NH4)2SO4, (NH4)2SO4 với Formaldehyde phản ứng với nhau:
2(NH4)2SO4 + 6CH2O → (CH2)6N4 + 2H2SO4 + 6H2O
Do đó, bất luận trong khi tăng nhiệt hay trong quá trình trùng ngưng, hàm lượng (NH4)2SO4 trong urea càng cao, giá trị giới hạn của độ pH môi trường phản ứng giảm xuống càng thấp; phản ứng cũng có tỏa nhiệt. Vì vậy, trong giai đoạn phản ứng cộng làm cho dung dịch phản ứng trong thời kỳ sớm nhất mất đi tính trong suốt rắn có hình thành lên màu trắng sữa, hình thành lên chất cặn (H2N-CO-NH-CH2-NH-CO-NH2) không tan trong nước, từ đó không thể tiếp tục tổng hợp, vì nó đã mất đi năng lực phản ứng.
Hàm lượng muối sulfate trong urea cũng ảnh hưởng đến cường độ dán dính và thời gian bảo quản, khi hàm lượng muối sulfate lớn hơn 0,02%, sau khi tổng hợp 24 giờ, cường độ dán dính bắt đầu giảm.
Khi sử dụng urea có hàm lượng muối sulfate cao, ban đầu điều chỉnh độ pH của formaldehyde tăng cao lên (pH > 12) sau khi cho vào urea, trước khi tăng nhiệt, cần phải xác định độ pH và phải điều chỉnh trong phạm vi quy định, sau đó mới dần dần tăng nhiệt. Nếu đã hình thành chất cặn (H2N-CO-NH-CH2-NH-CO-NH2) không tan trong nước có thể dùng phương pháp dưới đây để H2N-CO-NH-CH2-NH-CO-NH2) tạo thành (NH2-CO-NH2), bởi vì (H2N-CO-NH-CH2-NH-CO-NH2) trong môi trường axit mạnh và formaldehyde quá nhiều có thể hình thành NH2CONH2, vì vậy dùng một phần dung dịch (H2N-CO-NH-CH2-NH-CO-NH2) cho 2 - 3 phần formaldehyde, tăng nhiệt độ đến 40oC, dùng axit mạnh (HCl hoặc H3PO4) điều chỉnh độ pH xuống 2 đến 3, lại tăng nhiệt đến khoảng 80oC; giữ nhiệt, khuấy đều dung dịch trong 1 giờ
thì có thể sạch hết, lại dùng dung dịch NaOH điều chỉnh độ pH đến 7 - 8, sau khi làm lạnh và sử dụng. Lúc chế keo, căn cứ vào urea của công thúc phối chế, lượng formaldehyde cho vào và thời gian lượng formaldehyde chuyển hóa, căn cứ vào tỷ lệ mol của công thức phối chế hoặc cao hơn một ít tính toán (bởi vì trong phản ứng một phần formaldehyde bị mất đi) thêm vào phần urea không đủ, sau đó căn cứ vào công nghệ sản xuất keo tiến hành thao tác, keo điều chế thông qua các hạng mục tiêu chuẩn kỹ thuật phân tích hóa học đều phù hợp yêu cầu, dùng với sản xuất ván dán, cường độ vật lí của ván phù hợp với tiêu chuẩn chất lượng.
Khi công nghệ sử dụng hai lần hoặc 3 lần cho urea, tốt nhất không nên dùng urea có hàm lượng muối sulfate quá cao, bởi vì cho hai lần urea độ pH bình thường là 6,0 - 6,5 nhiệt độ khoảng 90oC. Sau khi cho loại urea này, độ pH giảm rất nhanh, cùng với phản ứng tỏa nhiệt, rất dễ làm cho dung dịch keo bị trào lên, ảnh hưởng đến chất lượng keo hoặc sự cố con người. Nếu gặp trường hợp này, nên lập tức giảm nhiệt, điều chỉnh độ pH về trung tính, sau đó xác định độ pH, nếu chưa đến điểm cuối phản ứng vẫn có thể tiếp tục chế keo, nếu đã vượt qua điểm cuối, nên làm lạnh keo rồi đổ ra. Công nghệ cho 3 lần urea, cũng không cần sử dụng loại keo urea này, bởi vì lúc này keo căn bản là kết cấu phân tử dạng sợi, cho loại urea này dễ làm cho độ pH giảm mà tạo thành đông keo, nếu xuất hiện tình trạng này, nên lập tức cho bazơ trung hòa, đồng thời cho vào một phần dung dịch Formaldehyde (10% - 20% keo), bởi vì formaldehyde có khả năng làm chất tan, làm cho đại phân tử bị đứt liên kết, phòng tránh được keo đóng rắn trong nồi phản ứng.
Hàm lượng NH3 tự do: Tiêu chuẩn quy định hàm lượng NH3 tự do nhỏ hơn 0,03%. Trong khi sản xuất urea, phản ứng không hoàn toàn, hàm lượng NH3 tự do sẽ cao, với kinh nghiệm, người ta sử dụng khứu giác có thể phán đoán. Hàm lượng NH3
tự do cao, làm cho độ pH thời kỳ đầu tạo rượu tăng cao, đồng thời cũng sẽ làm cho độ pH của giai đoạn tạo keo bị tăng lên khi cho thêm urea, và cùng với kéo dài thời gian bảo quản là giảm cường độ dán dính và tính chống oxy hóa.
Hàm lượng C2H5N3O2: Tiêu chuẩn quy định hàm lượng C2H5N3O2 nhỏ hơn 0,8%. C2H5N3O2 là trong quá trình chế tạo urea, ở nhiệt độ cao hai phân tử Urea mất đi một phân tử NH3 mà thành. Phương trình phản ứng như sau:
CO(NH2)2 + CO(NH2)2 → NH(CONH2)2+ NH3↑
Khi hàm lượng C2H5N3O2 nhỏ hơn 0,8%, tính chất căn bản khác là không ảnh hưởng, nếu vượt quá phạm vi này, hàm lượng ete trong thời gian cất giữ keo giảm rõ ràng, tính ổn định của keo trong thời gian bảo quản kém.
3.3.4.2. Ảnh hưởng của formaldehyde: gồm hàm lượng sắt, hàm lượng CH3OH Hàm lượng sắt: Sắt phân ly trong formaldehyde, chủ yếu là do dụng cụ cất giữ, nếu cất giữ lâu trong thùng sắt, bởi vì dung dịch formaldehyde có tính axit nhẹ (độ pH xấp xỉ 4), ăn mòn dụng cụ đựng, làm cho hàm lượng sắt phân ly trong formaldehyde tăng dần, đa số sắt phân ly do Fe2+, rất ít phần tồn tại Fe3+, khi trùng ngưng keo dùng NaOH để điều chỉnh độ pH của dung dịch phản ứng, phân tử (-OH) dễ tác dụng kết hợp với Fe2+, Fe3+ tạo thành Fe(OH)2 và Fe(OH)3. Hàm lượng ion sắt trong phạm vi tiêu chuẩn, keo UF sau khi trùng ngưng là dung dịch trong suốt không màu hoặc màu trắng sữa, tùy theo sự tăng thêm của ion sắt, màu sắc của keo UF từ vàng nhạt → vàng → nâu → nâu đỏ → có thể đến màu xám đen. Trong quá trình keo phản ứng, ảnh hưởng thao tác xác định độ pH, giai đoạn tăng nhiệt và tách nước dễ dẫn đến xuất hiện sủi bọt, làm cho thao tác gặp nhiều khó khăn.
Formaldehyde có ion phân tử sắt, có thể tăng tốc độ tiến hành phản ứng hoàn nguyên oxy hóa formaldehyde; trong quá trình đóng rắn, thời gian đóng rắn keo kéo dài, nhưng cường độ dán dính sau khi đóng rắn có ảnh hưởng rất lớn.
Chú ý: Phương pháp loại trừ đi Fe2+ và Fe3+: Cho dung dịch NaOH, điều chỉnh độ pH của dung dịch (đến pH bằng 9), cho nhiệt độ tăng đến 60oC, giữ trong 1 giờ, để ổn định và lọc bỏ chất kết tủa.
Hàm lượng CH3OH: Trong dung dịch formaldehyde công nghiệp thường có lượng CH3OH là (6 - 12)%. Sự hình thành của CH3OH là do một phần formaldehyde khi điều chế tạo phản ứng oxy hóa không hoàn toàn tạo thành CH3OH, một phần khác do tránh sự trùng ngưng của formaldehyde, CH3OH ngoài tác dụng cản trở quá trình
phản ứng tổng hợp của formaldehyde và urea còn ảnh hưởng đến tính ổn định trong thời gian cất giữ của keo.