Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển

Chia sẻ: lenhandkk91

Mời các bạn cùng tham khảo đề tài "Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển" để nắm được các nôi dung kiến thức cần thiết.

Bạn đang xem 20 trang mẫu tài liệu này, vui lòng download file gốc để xem toàn bộ.

Nội dung Text: Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển

 

  1. Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Cách đây hàng thế kỷ, loài người đã biết dùng keo để nối các vật liệu với nhau. Tuy nhiên, trong vòng 50 năm trở lại đây, khoa học và công nghệ dán mới thực s ự có những tiến bộ đáng kể và keo dán được dùng trong hầu hết các lĩnh vực. Do cuộc sống ngày càng phát triển, nhu cầu về keo dán bảo đảm tính kỹ thuật cao đã thôi thúc các nhà khoa học không ngừng nghiên cứu đưa ra hàng loạt loại keo mới trên cơ sở polyme tổng hợp, ngoài ra còn có chất phụ gia như: chất hóa dẻo, chất ổn định, chất đóng rắn, chất tăng cứng,… Keo Rezolic tan trong cồn được sản xuất từ nhựa Phenol Formaldehyde (PF) ở dạng rezol, là loại keo dựa trên cơ sở nhựa nhiệt rắn. Nó thể hiện một vài đặc tính như: + Độ bền mối dán cao + Chịu được ẩm, vi khuẩn + Có khả năng phối hợp với các loại keo khác để tạo nên keo có đặc tính trội hơn + Công nghệ sản xuất đơn giản, phù hợp với điều kiện thời tiết và nền kinh tế nước ta.  Tuy nhiên vẫn còn một vài điểm cần khắc phục như: + Màng keo giòn khi gặp điều kiện thời tiết hoặc môi trường kh ắc nghiệt. + Cần phải thực hiện phản ứng đa tụ ở nhiệt độ cao (>120 0C) để màng keo có thể đóng rắn được. + Chưa thể xác định được chính xác thời gian thực hiện phản ứng trùng ngưng để sản phẩm keo có độ bền mối dán cao nhất. Gần đây, với sự phát triển của công nghiệp hóa hiện đại hóa, nhu cầu sử dụng keo dán ở nước ta đã tăng lên đáng kể. Trong khi đó, đối với keo phenol formaldehyde SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tú Trang 1 GVHD: ThS. Mai Thị Phương Chi
  2. Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển. tan trong cồn, quy mô sản xuất trong nước chưa đáp ứng được nhu cầu mà phải nhập chủ yếu từ nước ngoài. Do vậy, việc chọn đề tài này của em nhằm mục đích giải quyết phần nào các nhược điểm trên, duy trì được ưu điểm của sản phẩm keo, có thể góp phần phát triển, cải tiến công nghệ sản xuất và phạm vi sử dụng của keo PF – Rezolic tan trong cồn. 2. Mục đích nghiên cứu - Xác định thời gian tổng hợp tối ưu đối với keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn cho màng keo có độ bền tốt nhất. - Xác định loại vật liệu nền thích hợp với keo PF – Rezolic tan trong cồn. - Khảo sát độ bền kéo của mối dán trong môi trường nước máy và nước biển. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Keo PF - Rezolic tan trong cồn được tổng hợp từ phenol và formaldehyde với xúc tác NH4OH tại Phòng thí nghiệm Công nghệ Hóa học – Trường Cao đẳng Công nghệ. - Các loại vật liệu nền để gia công mối dán: gỗ, thủy tinh, kim loại. 4. Phương pháp nghiên cứu - Tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn ở quy mô Phòng thí nghiệm Công nghệ Hóa học – Trường Cao đẳng Công nghệ. - Khảo sát độ bền của mẫu theo tiêu chuẩn ISO 37:2005 trên máy thử nghiệm kéo Zwick (do Đức sản xuất) tại Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 2 - Số 2 Ngô Quyền, Q.Sơn Trà, TP. Đà Nẵng. - Khảo sát độ bền mối dán trong môi trường nước máy và nước biển. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: - Ý nghĩa khoa học: + Xác định được thời gian tổng hợp tối ưu trong quy trình điều chế keo Rezolic tan trong cồn. + Tìm được loại vật liệu thích hợp với keo. SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tú Trang 2 GVHD: ThS. Mai Thị Phương Chi
  3. Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển. + Khảo sát được ảnh hưởng của môi trường nước máy và nước biển đến độ bền kéo của keo. SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tú Trang 3 GVHD: ThS. Mai Thị Phương Chi
  4. Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển. - Ý nghĩa thực tiễn: + Đề tài góp phần mở rộng phạm vi sử dụng của keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn. + Kết quả của đề tài là tài liệu tham khảo cho sinh viên khóa sau sử dụng trong bài thí nghiệm polymer hay nghiên cứu sâu hơn về keo PF-Rezolic tan trong cồn. SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tú Trang 4 GVHD: ThS. Mai Thị Phương Chi
  5. Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT. 1.1. Khái quát về keo dán. [3], [5] 1.1.1. Khái niệm. [3] - Keo dán là một loại chất kết dính có khả năng liên kết các vật liệu rời rạc, có kích thước từ bé đến lớn và hình dạng khác nhau để tạo thành hệ thống liên tục. Khi gia công lên bề mặt các vật liệu nền (kim loại, gỗ, sành, sứ, plastic…) thì tạo ra một lớp màng mỏng, bền vững và bám chắc vào hai tấm vật liệu nền. 1.1.2.Phân loại [3] a> Theo nguồn gốc: - Keo thiên nhiên: + Keo thực vật: cao su thiên nhiên, hồ tinh bột, protit từ ngô, dầu khô,đậu nành,.. + Keo động vật: keo da, keo xương, keo cá, keo cánh kiến,… - Keo tổng hợp: + Keo dán hữu cơ: hồ tinh bột, keo epoxy, keo phenol formaldehyde,… + Keo dán vô cơ: thủy tinh lỏng, matit vô cơ,… b> Theo dạng keo: - Keo lỏng: dung dịch hồ tinh bột tan trong nước nóng, dung dịch cao su trong xăng… - Keo nhựa dẻo: matit vô cơ, matit hữu cơ, bitum… - Keo dán dạng bột hay bản mỏng 1.1.3. Ưu, nhược điểm của keo dán nói chung. [3] - So sánh với các phương pháp hàn gắn truyền thống như: hàn, tán đinh, vít, bulong,… thì phương pháp sử dụng keo dán có những ưu và nhược điểm như sau: *Ưu điểm: • Có thể nối các vật liệu khác nhau lại với nhau như: kim loại, chất dẻo, gỗ, thủy tinh, cao su, composite,giấy,… SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tú Trang 5 GVHD: ThS. Mai Thị Phương Chi
  6. Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển. • Có khả năng kết nối các vật liệu mỏng rất hiệu quả (dán những tấm kim loại, phi kim) • Phân bố đều ứng suất trong mối nối • Giá cả phải chăng, kỹ thuật dán đơn giản, có thể tự động hóa trong công nghiệp sản xuất xe, robot lắp ráp bằng keo thay người. • Sản phẩm dán nhẵn, sạch, đảm bảo vẻ mỹ quan, thu hút sự quan tâm của khách hàng. • Việc lựa chọn keo phù hợp làm giảm độ mài mòn của sản phẩm. *Nhược điểm: • Để đạt được thời gian sử dụng lâu dài trong môi trường khắc nghiệt cần phải xử lý bề mặt mối dán trước khi dán. • Khoảng nhiệt độ sử dụng của mối dán bị giới hạn hơn so với các phương pháp gắn khác. • Keo dùng dán tốt các tấm kim loại mỏng nhưng không phù hợp khi dán những miếng kim loại dày do độ bền xoắn và độ bền trượt kém hơn so với nhiều kim loại. Ngoại trừ khi diện tích nối lớn hoặc keo dán được giữ dưới áp l ực ( ứng suất). 1.1.4. Các lý thuyết kết dính.[2], [3] 1.1.4.1. Lý thuyết kết dính cơ học - Là sự kết dính của keo dán lên những vị trí không đồng nhất của bề mặt nền. - Kết dính cơ học là yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến kết dính nội, cơ chế này thường xuất hiện trên những mối nối có bề mặt được làm nhám. - Theo thuyết của Andrews và Gent, Schultz và Wave cho rằng: ảnh hưởng của kết dính cơ học và liên kết hóa học của bề mặt tiếp xúc đến độ bền mối nối đ ược biểu diễn bằng phương trình: Độ bền mối nối = hằng số * lực liên kết hóa học ở bề mặt tiếp xúc*lực kết dính cơ học - Từ thực nghiệm cho thấy, mài mòn cơ học sẽ làm tăng độ bền mối dán do diện tích bề mặt tiếp xúc được tăng lên. SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tú Trang 6 GVHD: ThS. Mai Thị Phương Chi
  7. Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển. - Nếu mài mòn cơ học không thể tạo được bề mặt thích hợp cho kết dính cơ học xảy ra thì xử lý hóa học có thể tạo được. * Tóm lại, trong một số trường hợp kết dính cơ học chi phối đến cơ chế kết dính - Vật liệu nền cần được xử lý tạo hình dạng bề mặt thích hợp - Khi tăng độ nhám của bề mặt vật liệu dán sẽ làm tăng độ bền mối nối vì: + Tách đi lớp kém bền trên bề mặt + Cải thiện sự tiếp xúc bề mặt, sự thấm ướt tốt hơn, diện tích bề mặt tiếp xúc lớn hơn + Tăng sự phân tán năng lượng trong mối nối keo 1.1.4.2. Thuyết phân tán - Thuyết này cho rằng: kết dính nội của các phân tử polymer với chính nó hoặc với các phân tử polymer khác là do sự phân tán của các phân tử polymer qua bề mặt ti ếp xúc. Vậy, kết dính là kết quả của sự phân tán (hay khuếch tán). - Điều này yêu cầu các phân tử cấu tạo vật liệu nền và các đoạn mạch polymer có đủ độ linh động và hòa tan lẫn nhau. - Độ hòa tan δs: là chỉ số về độ tương hợp của 2 cấu tử, có nghĩa là nếu một polymer vô định hình và một dung môi càng có giá trị tương đương nhau thì càng có khả năng tạo thành một dung dịch, khả năng khuếch tán càng cao. 1 ∆H v − RT 2 δs = ( ) V Trong đó: ΔHv: Nhiệt hóa hơi phân tử. R: Hằng số khí. T: Nhiệt độ tuyệt đối V: Thể tích mol phân tử. - Cơ chế kết dính nêu ra ở đây lấy định luật Fick làm cơ sở để giải thích cho sự phân tán. 1.1.4.3. Thuyết điện - Hệ keo – nền là một hệ tích điện do sự tiếp xúc của hai vật liệu khác nhau. Vật liệu nền và keo dán có cấu trúc dải electron khác nhau dẫn đến sự truyền điện tử khi SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tú Trang 7 GVHD: ThS. Mai Thị Phương Chi
  8. Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển. tiếp xúc để đạt trạng thái cân bằng điện. Điều này sẽ tạo nên lớp điện tích kép trên bề mặt tiếp xúc. - Theo thuyết này, sự kết dính được cho là do sự tồn tại của các lực hấp dẫn qua lớp điện tích kép. - Đối với hệ keo – nền tiêu biểu, bất cứ lớp điện tích kép nào sinh ra đ ều không ảnh hưởng đáng kể đến kết dính nội. Ngoài ra, bất cứ hiện tượng điện nào quan sát được trong quá trình phá hủy mối nối có thể do sự hư hỏng gây nên hơn là sự kết dính của các vật liệu. 1.1.4.4. Thuyết hấp phụ - Thuyết hấp phụ của quá trình kết dính là thuyết được sử dụng rộng rãi nhất. Thuyết này cho rằng sự tiếp xúc phân tử ở bề mặt tốt thì các vật liệu sẽ kết dính được với nhau nhờ lực tương tác giữa các phân tử và nguyên tử trên bề mặt. - Lực phổ biến nhất là lực Vander Wall nhưng nó chỉ được xem là liên kết phụ, mặt khác, những liên kết hóa học được tạo thành qua bề mặt tiếp xúc bao gồm liên kết kim loại, liên kết cộng hóa trị, liên kết ion là những liên kết chính. 1.1.5.Kỹ thuật dán.[3], [5] - Các bước của quá trình dán. + Chuẩn bị bề mặt nền + Chuẩn bị keo + Gia công tạo màng keo + Đóng rắn, hóa rắn keo hình thành mối dán. 1.1.5.1. Chuẩn bị bề mặt nền. - Chuẩn bị bề mặt vật dán (làm sạch, xử lý hoá học và cơ học để bề mặt vật dán dễ tiếp nhận keo) và phủ lớp keo - Việc xử lý bề mặt chủ yếu gồm những mục đích sau: + Tách, tẩy bỏ, ngăn ngừa sự tạo thành lớp có liên kết kém bền trên bề mặt + Nhằm đạt được sự tiếp xúc cực đại giữa các phân tử keo và nền trong quá trình hình thành mối dán. + Tạo cho nền hình dạng bề mặt thích hợp SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tú Trang 8 GVHD: ThS. Mai Thị Phương Chi
  9. Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển. + Nhằm bảo vệ nền trước khi gia công mối dán, điều này rất cần thiết đối với bề mặt có năng lượng cao như kim loại. - Các phương pháp xử lý bề mặt: + Phổ biến và đơn giản nhất là phương pháp cơ học như: dùng giấy nhám, bàn cào, bàn chải sắt, đệm mài mòn, với quy mô lớn thì sử dụng phương pháp phun cát, phun hạt kim loại,… + Xử lý hóa học: trường hợp bề mặt bị nhiễm bẩn bởi dầu mỡ thì dùng dung môi tricloetylen, acetone, dầu, xăng,… để xử lý. + Một số phương pháp xử lý khác như: dùng ngọn lửa, plasma, điện hóa,…nhằm tăng đáng kể năng lượng tự do trên bề mặt. 1.1.5.2. Chuẩn bị keo - Chuyển keo thành dạng có thể quét hoặc phủ lên bề mặt nền, tạo điều kiện đ ể tăng khả năng thấm ướt và tiếp xúc của keo lên vật liệu. - Phối trộn keo với các thành phần khác: dung môi, chất hóa dẻo, chất đóng rắn, chất độn, chất bảo quản,…  Một số lưu ý khi phối trộn keo với các thành phần khác như:  Đối với dung môi: - Nếu keo quá đặc thì không thể trải đều và tiếp xúc với bề mặt vật liệu dán. - Nếu keo quá loãng thì việc tách dung môi sẽ kéo dài, tách không hoàn toàn d ẫn đến mối dán bị giảm độ bền và khả năng chịu nhiệt. - Ngoài ra, việc chọn dung môi cũng nên lưu ý đến độ bay hơi của nó. Dung môi bay hơi chậm thì sẽ tốn nhiều thời gian, dung môi bay hơi quá nhanh sẽ tạo l ớp màng trên bề mặt, ngăn cản lớp dung môi dưới tách ra.  Đối với chất hóa dẻo: có tác dụng làm giảm hay loại trừ độ co ngót và ứng suất nội khi tạo thành màng keo. Nếu dùng nhiều chất hóa dẻo sẽ làm giảm đ ộ bền và khả năng chịu nhiệt, giảm tính cách điện của mối dán.  Đối với chất độn: thường là chất độn trơ, có tỉ trọng cao, rẻ tiền, góp phần hạ giá thành. Tuy nhiên, cũng có một số chất độn làm tăng một vài tính năng c ơ lý, hóa SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tú Trang 9 GVHD: ThS. Mai Thị Phương Chi
  10. Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển. học như bột nhôm làm tăng độ bền, độ dẫn nhiệt, giảm co ngót; kẽm tăng tính chống ăn mòn; chì tăng khả năng chống tia bức xạ,…  Đối với chất bảo quản: là những chất thường có tính sát trùng, thêm vào v ới lượng nhỏ nhằm ngăn cản hoạt động của vi sinh vật phá hủy màng keo.  Đối với chất ổn định: Ngăn ngừa sự oxy hóa, sự phá hủy mối nối, bảo đ ảm màng keo ít bị thay đổi theo thời gian. 1.1.5.3. Phủ quét keo Tùy thuộc vào bản chất của keo dán, vật liệu nền, điều kiện dán mà ta lựa chọn phương pháp gia công màng keo thích hợp. - Có thể phủ keo bằng chổi, cọ, con lăn. Keo phải được phủ cho đều trên toàn bộ bề mặt nền, tránh để lại các bọt khí, độ dày dao động trong khoảng 0,05 – 0,25 mm. - Nhúng, tẩm. - Phương pháp phun: phun không có không khí, phun bằng súng phun lửa, phun tĩnh điện. -Phương pháp rulo trục cán. a) Phương pháp dùng trục cán: - Được dùng rộng rãi với quy mô sản xuất lớn. - Có thể dùng cán 2 trục hoặc cán 3 trục. - Phổ biến nhất là loại có 2 bể chứa keo, nền có thể được phủ keo đ ồng thời ở hai mặt. Khi gia công keo một mặt thì chỉ cần 1 bể chứa keo. - Đối với loại keo dung môi thì trục cán cần được làm nóng để dung môi bay hơi nhanh. b) Phương pháp phun. - Phổ biến nhất là sử dụng súng phun. Súng được nối với bình chứa keo qua nắp và chóp bình, có thể tháo nắp tự do. + Phương pháp phun thông thường: Dùng tay cầm báng súng, ngón tay ấn vào cò súng làm cho khí nén đi ra, keo được hút lên từ ống dẫn trong bình chứa, qua vòi phun và phun đều lên bề mặt vật liệu nền. Do sử dụng áp suất không khí để phun nên l ượng keo bay ra rất nhiều, làm lãng phí keo và ảnh hưởng đến sức khỏe công nhân. SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tú Trang 10 GVHD: ThS. Mai Thị Phương Chi
  11. Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển. + Phương pháp phun có không khí: Sử dụng thiết bị có áp suất không khí cao, keo có độ nhớt tương đối cao, keo được phân tán thành những hạt rất nhỏ hay còn gọi là “sương mù” đến bề mặt nền với tốc độ lớn, lượng keo phân tán ra bên ngoài không nhiều nên giảm thiểu tổn thất hơn phương pháp phun thông thường. + Phun không có không khí: Còn gọi là phun thủy lực, với áp suất thủy l ực khoảng 1000 – 2500 Psi. Thường dùng với chất lỏng có độ nhớt tương đối cao. Với áp suất thủy lực nhất định, tốc độ phun càng thấp nếu độ nhớt càng cao. + Phương pháp phun lửa: Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là loại trừ được dung môi, dùng keo dạng bột được làm nóng chảy khi nó đi qua ngọn l ửa và tiếp xúc trên bề mặt nền ở dạng nóng chảy. + Phương pháp phun tĩnh điện: Các hạt keo được phun vào trường tĩnh điện có điện thế cao sẽ mang điện tích âm. Hạt keo sau đó di chuyển về phía vật liệu nền mang điện tích dương (do nối với đất). Các hạt keo lưu lại trên nền với thời gian đủ để hình thành kết dính với nền, dưới điều kiện độ ẩm không khí thấp. 1.1.5.4. Đóng rắn màng keo - Đối với keo có dung môi, sau khi dán thường để ở nhiệt đ ộ thường trong một thời gian nhất định cho dung môi bay hơi. - Sau đó đem đi sấy, tránh dung môi bay hơi quá nhiều để lại những lỗ trống làm giảm độ bền mối dán. Mỗi loại keo có một chế độ đóng rắn nhất đ ịnh: nhiệt đ ộ, thời gian, lực nén,…  Lưu ý: nhiệt độ đóng rắn là nhiệt độ để dung môi bay hơi và màng keo đóng rắn.  Nhiệt độ tăng thì khả năng khuếch tán tăng, sự hấp phụ keo lên bề mặt tăng, các phản ứng đóng rắn xảy ra nhanh Nhiệt độ quá cao làm keo đóng rắn nhanh gây nên ứng suất nội.  Quá trình đóng rắn còn kèm theo sự co ngót (do ứng suất nội gây nên). Co ngót và ứng suất nội phụ thuộc vào bản chất hóa học của keo cũng như kỹ thuật dán  Các phương pháp gia nhiệt: + Dùng lò sấy, nồi hấp. + Gia nhiệt bằng trục cán. SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tú Trang 11 GVHD: ThS. Mai Thị Phương Chi
  12. Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển. + Hơi quá nhiệt, hơi nước, tia tử ngoại, điện trở,.. SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tú Trang 12 GVHD: ThS. Mai Thị Phương Chi
  13. Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển. 1.2. Nhựa Phenol Formaldehyde (PF).[6] 1.2.1. Giới thiệu - Phenol Formaldehyde là tên gọi chung cho các loại nhựa được tổng hợp từ các nguyên liệu thuộc họ Phenol và Formaldehyde thông qua phản ứng trùng ngưng có mặt chất xúc tác là axit hoặc bazơ. - Nhựa phenol formaldehyde có 2 loại. + Novolac: Là nhựa phenol- formaldehyde được tổng hợp trong môi trường axit (pH <7) với tỷ lệ P/F = 6/5 : 7/6, đây là nhựa nhiệt dẻo không có khả năng tự đóng rắn để tạo thành mạng lưới không gian nếu không thêm chất đóng rắn. Khi đốt nóng, nó nóng chảy và hòa tan được trong dung môi. + Rezolic là nhựa phenol – formaldehyde được tổng hợp trong môi trường bazơ (pH > 7) với tỷ lệ P/F = 5/6 : 6/7. Đây là nhựa nhiệt rắn, có khả năng tự đóng rắn, hình thành mạng lưới không gian, gồm 3 loại: • Nhựa rezol: là nhựa chưa đóng rắn, có thể là chất lỏng hoặc chất rắn. Là một hỗn hợp sản phẩm phân tử thấp mạch thẳng và nhánh, có thể tan đ ược trong dung môi hữu cơ đơn giản và có thể nóng chảy. • Nhựa rezitol: là nhựa bắt đầu đóng rắn, nhưng có mật đ ộ mạng l ưới không gian ít, có khả năng hòa tan trong một số dung môi như: xiclohexanol, phenol, dioxan...với điều kiện nhiệt độ sôi của dung môi đó > 100 0C, lúc đó nối ngang vật lý bị bẻ gãy. • Nhựa rezit: là nhựa đóng rắn hoàn toàn tạo thành polymer có mạng lưới không gian dày đặc, ở trạng thái không nóng chảy, không hòa tan trong bất kỳ dung môi nào. Mạng lưới không gian tạo ra không những chỉ do liên kết hóa học (metylen) mà còn do liên kết vật lý (liên kết hydro). 1.2.2. Nguyên liệu tổng hợp nhựa Phenol Formaldehyde [1], [7], [8] - Nguyên liệu chính để sản xuất phenol-formaldehyde là phenol, formaldehyde. Ngoài phenol có thể dùng các nguyên liệu đi từ một số dẫn xuất của phenol như: SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tú Trang 13 GVHD: ThS. Mai Thị Phương Chi
  14. Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển. Crezol, xilenol, rezorsin. Còn các aldehyde ngoài formaldehyde thì furfurol là loại được sử dụng nhiều nhất. 1.2.2.1.Phenol OH • Công thức phân tử: C6H6O • Công thức cấu tạo: • Tính chất vật lý: Ở điều kiện thường, phenol tồn tại ở dạng tinh thể hình kim, không màu, tan ít trong nước lạnh, tan vô hạn ở 660C, tan tốt trong etanol, ete và acetone,… Trong quá trình bảo quản, phenol thường bị chảy rữa và thẫm màu dần do hút ẩm và bị oxi hóa bởi oxi không khí. Phenol độc, có mùi đặc trưng, khi tiếp xúc với da sẽ gây bỏng. Các phenol thường là chất rắn, có nhiệt độ sôi cao. Ở phenol cũng có kiên kết hidro liên phân tử giống như ở ancol. + Tỷ trọng: d = 1,07 g/cm3 + Nhiệt độ nóng chảy: tnc = 430C + Nhiệt độ sôi: ts= 182,20C • Tính chất hóa học: + Phản ứng thế ở vòng thơm: Tính chất hóa học của phenol cũng tương tự như hợp chất thơm, phenol tham gia vào phản ứng thế SE nhưng do hiệu ứng liên hợp nên liên kết OH phân cực mạnh. Phản ứng thế vào nhân thơm ở phenol dễ hơn ở benzen (điều kiện êm dịu hơn, thế được đồng thời cả 3 nguyên tử H ở các vị trí ortho và para) OH OH Br Br + 3Br2 + 3HBr Br + Tính axit: phenol có lực axit mạnh hơn alcol (không những phản ứng được với kim loại kiềm mà còn phản ứng được với NaOH) nhưng lại bị axit cacboxylic đẩy ra khỏi phenolat. C6H5OH + NaOH C6H5ONa + H2O SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tú Trang 14 GVHD: ThS. Mai Thị Phương Chi
  15. Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển. C6H5-ONa + CO2 + H2O C6H5OH + NaHCO3 Những nhóm hút điện tử sẽ làm tăng tính axit của phenol và ngược lại những nhóm đẩy điện tử sẽ làm giảm tính axit của phenol. • Điều chế phenol: Có hai phương pháp điều chế phenol: - Phương pháp chủ yếu là điều chế phenol từ than đá: Khi cốc hóa than thu được nhựa than đá, đem chưng nhựa này sẽ thu được các phân đoạn như: Dầu nhẹ (gồm chủ yếu là các Hydrocacbon thơm), dầu trung (chứa phenol, crezol, xylenol, naphtalene) và dầu nặng. Những phenol có nhiệt độ sôi cao thuộc phần nặng không dùng để sản xuất nhựa phenol formaldehyde. - Phương pháp tổng hợp: Hiện nay trong công nghiệp sử dụng 4 phương pháp chính để sản xuất phenol + Phương pháp Benzosulfonat Sunfo hóa benzen: C6H6 + H2SO4 C6 H5 SO3H + H2 O Trung hòa benzosunfoacid bằng cách đun nóng chảy nó với kiềm, phân giải phenolat và chưng tách phenol: C6H5SO3H + NaOH C6H5OH + NaHSO3 + Phương pháp Clobenzen: Gồm các giai đoạn: Clo hóa Benzen: C6H6 + Cl2 bột Fe C6H5Cl + HCl Xà phòng hóa Clobenzen bằng dung dịch NaOH 10% theo tỉ lệ 1 ÷ 1,25 với điều kiện phản ứng: C6H5Cl + NaOH 3600C, 315 at C6H5OH + NaCl HCl + Phương pháp Rauga: gồm các giai đoạn Oxy hoá benzen có mặt HCl và không khí ở nhiệt độ cao 200 ÷ 300oC, có chất xúc tác (CuO, Al2O3). CuO, Al2O3 C6H6 + HCl + O2 C6H5Cl + H2O 200 ÷ 3000C SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tú Trang 15 GVHD: ThS. Mai Thị Phương Chi
  16. Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển. Thuỷ phân Clobenzen bằng nước ở 750oC có xúc tác CuO, Al2O3 và dùng chưng cất để tách phenol ra CuO, Al2O3 C6H5Cl + H2O C6H5OH + HCl 0 + Phương pháp Cumen: 750 C Oxy hoá izopropylbenzen bằng O2 không khí trong môi trường nhũ tương nước ở 850C biến thành hydroperoxit cumen. Phân huỷ hydroperoxit cumen bằng H2SO4 10% thành phenol và acetone. Sau đó đem chưng tách phenol trong chân không. * Phương pháp này được xem là kinh tế nhất hiện nay, vì có dùng khí propylen (sản phẩm khí cracking dầu mỏ) và sản phẩm của phương pháp này là phenol và acetone đều có ý nghĩa lớn trong công nghiệp. 1.2.2.2.Formaldehyde • Công thức phân tử: CH2O • Công thức cấu tạo: H-CHO • Tính chất vật lý: +Là chất khí có mùi hắc + Nhiệt độ sôi t0s = -19,30C + Nhiệt độ nóng chảy tnc = -1170C + Có tỷ trọng d20= 0,815, phân tử lượng M = 30 đvc. • Tính chất hoá học: - Formaldehyde có khả năng tự trùng hợp ở nhiệt độ thường tạo thành parafooc và khi đun nóng thì parafooc lại phân hủy cho ra formaldehyde. (n=3 ÷ 5) n HCHO ( CH O) 2 n - Do tính chất dễ trùng hợp ở nhiệt độ thường nên khi bảo quản formaldehyde người ta thường cho vào 7÷12% rượu metylic. Formaldehyde dễ tan trong nước, trong nước nó ở dạng hydrat hóa: HCHO + H 2 O → OH − CH 2 − OH SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tú Trang 16 GVHD: ThS. Mai Thị Phương Chi
  17. Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển. • Điều chế: - Phương pháp 1: Oxy hoá rượu metylic (CH3OH) XT , 400 ÷ 600 0 C CH3OH + 1/2 O2   → HCHO + H2O + 36,8 cal/mol + Xúc tác : Cu, Ag, oxit molipden. + Ngoài phản ứng trên đồng thời còn xảy ra các phản ứng CH3OH + O2→ HCOOH + H2O CH3OH + ½ O2→ CO2 + 2H2O CH3OH → ← CO + 2H2 H2 + CH3OH → CH4 + H2O → ← CO + H2 HCHO HCHO → C + H2O ← Người ta thường tiến hành oxi hóa CH3OH trong môi trường chân không. - Phương pháp 2: Oxi hóa metan (CH4) 400÷ 6000 C, NO 2 CH4 + O2      → HCHO + H2O (phản ứng chính). 2CH4 + O2→ 2CH2OH (Phản ứng phụ) HCHO + 1/2 O2→ HCOOH - Phương pháp 3: Oxy hoá etylen Hỗn hợp khí chứa 75% thể tích etylen và 25% thể tích oxy đi qua hỗn hợp xúc tác gồm đất sét nung tẩm H3PO4 , t0=3750C. 1.2.3 Tổng hợp nhựa Phenol Formaldehyde 1.2.3.1. Quá trình phản ứng giữa phenol và formaldehyde để tạo thành nhựa Novolac - Thường tỷ lệ mol giữa phenol : formaldehyde là 6:5 hoặc 7:6. - Chất xúc tác là ion H+ (axit thường dùng là HCl, có khi dùng H2SO4, CH3COOH, axit oxalic…) OH OH OH cbv CH2OH CH2OH Hoặc + HCHO CH2OH SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tú Trang 17 GVHD: ThS. Mai Thị Phương Chi
  18. Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển. Monometylol phenol Dimetylol phenol - Phản ứng tạo thành nhựa Novolac. - C H -O -C H -CH - HCHO 2 2 2 - OH OH OH OH nCH2O (n+1) CH 2 CH2 nH 2O n Công thức tổng quát của nhựa Novolac. OH OH OH CH 2 CH2 n - Nhựa Novolac gồm các phân tử tạo nhánh là do sự kết hợp giữa các mạch ngắn bằng cầu nối metylen ở vị trí octo và para. Phụ thuộc vào điều kiện điều chế mà nhựa Novolac được phân biệt theo thành phần, theo đại lượng phân tử và độ phân nhánh theo nhiệt độ nóng chảy, hàm lượng phenol tự do, độ nhớt của dung dịch. - Nếu đun nóng nhựa Novolac và nhựa đi từ phenol có thay thế gốc alkyl ở vị trí octo và para ở 200-2800C thì chúng có khả năng chuyển sang trạng thái không nóng chảy không hoà tan, và nhóm hydroxyl của phenol tham gia vào việc tạo ra liên kết ete. 1.2.3.2. Quá trình phản ứng giữa phenol và formaldehyde để tạo thành nhựa Rezolic - Tỷ lệ mol giữa phenol : formaldehyde là 6:7 hoặc 5:6 - Chất xúc tác là ion OH- (hay dùng NaOH, NH4OH, Ba(OH)2…) NaOH là xúc tác mạnh, làm màu nhựa tối (nâu sẫm), tan trong nước, khó tách lớp, tức là ở dạng nhũ tương trong nước. Đầu tiên tạo ra di, tri, mono metylol phenol. Các mono, di, tri metylol phenol này tác dụng với nhau tạo nhựa rezolic, một phần phenol SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tú Trang 18 GVHD: ThS. Mai Thị Phương Chi
  19. Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp keo phenol formaldehyde – Rezolic tan trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển. còn lại không phản ứng, lượng này nếu quá nhiều sẽ làm giảm trọng lượng phân tử của sản phẩm. SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tú Trang 19 GVHD: ThS. Mai Thị Phương Chi
  20. OH OH OH cbv CH2OH Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hHoặc phenol formaldehyde – Rezolic tan + HCHO ợp keo trong cồn đến độ bền mối dán gỗ, thủy tinh, kim loại trong môi trường nước máy và nước biển. CH OH 2 - Phản ứng tạo nhựa OH OH cbv CH2OH + HCHO OH OH cbv OHCH2 CH2OH + 2HCHO OH OH cbv + 3HCHO OHCH2 CH2OH CH2OH OH OH OH CH2OH CH2OH HOCH2 CH2OH OH- CH2OH CH2OH OH OH OH CH2 CH2 - O - CH2 CH2OH 2H2O CH2OH CH OH n 2 - Nhựa rezolic có metylol tự do ở vị trí para của phenol nên có khả năng đóng rắn ở nhiệt đ ộ thích hợp tạo thành mạng lưới không gian không nóng chảy, không hoà tan. 1.2.3.3 Quá trình đóng rắn nhựa PF - Chất đóng rắn là Urotropin (C6H12N4): ở dạng tinh thể, không màu được sử dụng làm chất đóng rắn cho nhựa Novolac. - Phenol kết hợp với urotropin tạo nhựa Novolac trước rồi sau đó tạo rezol, rezitol, rezit. - Khi dùng urotropin làm chất đóng rắn nó thiết lập cầu nối –CH 2– khâu mạch và giải phóng khí NH3. SVTH: Nguyễn Thị Thanh Tú Trang 20 GVHD: ThS. Mai Thị Phương Chi
Theo dõi chúng tôi
Đồng bộ tài khoản