Khảo sát cơ lý tính của vật liệu composite nhựa urea - Formaldehyde và sợi sisal

Khảo sát cơ lý tính của vật liệu composite nhựa urea - Formaldehyde và sợi sisal

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU POLYMER

KG LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP ĐẠI HỌC

KHAO SAT CO LY TINH CUA VAT LIEU COMPOSITE NHUA UREA - FORMALDEHYDE

1 Đầu đề luận văn:

Khảo sát cơ lý tính của vật liệu composite nhựa urea - formaldehyde

sa va soi sisal

2 Nhiém vu (yéu cau vé ndi dung va so liéu ban dau):

3 Ngày giao luận văn:

4 Ngay hoàn thành nhiệm vụ:

5 Họ tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn:

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

PHAN DANH CHO KHOA, BO MON:

Người duyệt (cham sơ bộ): Ngày bảo vệ:

Don vi: ——————————————_ Nơi lưu trữ luận văn:

Điểm tổng kết:

3 Họ và tên người hướng dẫn/phản biện: S332 xxx

4 Tổng quát vê bản thuyết trình:

- Số trang TH kh kh kh nh hư ky Số chương "

- SO ban vé tay: Sô bản vẽ trên máy tính:

6 Những ưu điêm chính của LVTN: - -. cccẰSSs*s

Được bảo vệ: L] Bổ sung thêm để bảo vệ: L] Không được bảo vệ: L]

9 Câu hỏi sinh viên phải trả lời trước hội đông (CBPB ra ít nhât 02 câu):

Tp.HCM ,ngày tháng năm Giảng viên hướng dẫn

Tp.HCM ,ngày tháng năm Giảng viên phản biện

LOI CAM ON

Luận văn tốt nghiệp là cơ sở đề chúng em tổng hợp và vận dụng những kiến thức

đã được học trong suốt thời gian qua và là bước chuẩn bị quan trọng cho quá trình nghiên cứu khoa học sau này

Chúng em xin gửi lời tri ân sâu sắc đến thdy NGUYEN DAC THANH, nguoi trực tiếp hướng dẫn em luận văn này, đã tận tình chỉ bảo, truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho em từ lúc bắt đầu cho đến khi hoàn thành luận văn

Chúng em cũng gửi lời cám ơn đến các thầy cô đã dạy dỗ, chỉ bảo trong suốt bốn năm học vừa qua, giúp chúng em có được kiến thức cần thiết cho quá trình thực hiện luận văn và công việc sau này

Chúng con xin cảm ơn gia đình đã động viên và giúp đỡ chúng con trong quá trình học tập và thực hiện luận văn

Cảm ơn các bạn lớp VL06PO đã gắn bó cùng chúng tôi trong suốt bốn năm học vừa qua

Trong quá trình thực hiện luận văn, chúng em khó tránh khỏi những thiếu sót Kính mong thầy cô cùng các bạn thông cảm và đóng góp ý kiến

Chúc các thầy cô và các bạn mạnh khỏe, hạnh phúc và thành công

MỤC LỤC

IS ốu 1

"050 ii

Danh sách bang Diéu eeseessscceesssssssseteseeeeesessssssnnetsseseeeeeessnmieeseeeeeeesesssnnnnnnitieeseessset iii P00 1u 0n 0 TA iv

Tom tat luận văn

Chương 1 Mớ đầu

Chương 2 Tổng quan về vật liệu ©0Imp0Si(e -°-2s<ssssssseevssevssersscse 4 QL Kadi MGM 4

2.2, Thành phan va CA ta0 .csccscsssssssssesssseccsssesssecssssccsssecssssessssecsssscssseeessecesseesssseceasecs 4 săn 4

2.2.2 Phacốt 5

2.3 Phân loại vật liỆu COIIDOSI( - - - + + 1xx nh ng ng ry 5 2.3.1 Phân loại theo hình dáng + + xxx v9 9 2v nh ngư 5 2.3.2 Phân loại theo bản chất vật liệu -2cccccccrrrrrtrtrrrtirirrrrrrrrrrr 6 2.4 Composite sợi nhựa nhiệt rắn và sợi tự nhiên 2-2 se +xx+xz+rxetxterxerxerrxere 6 2.4.1 Lý thuyết về sự kết dính giữa nền và sợi +ccccceczxrccrrecee 7 2.4.2 Sự định hướng của cốt sợi -8

2.5 Công nghệ chế tạo vật liệu compOsite -++++++++++czx+etrxrrzrrreee 9 2.5.1 Gia công áp suất thường ¿-+-+++++++cxxrsrrxrerrxrrrrrrrrrrrrrrrrree 9 2.5.2 Gia công đưới áp sut +-©2+++22+xrtEEkxtEEExrerrkrrrrrrrrrrrrrrrrrrrree 10 Chương 3 Tổng quan về nhựa urea — formaldehyde . -s-sssseecs+ 13 El (0 h 13

3.2 Nguyên liệu BQ Urea 13

E2 Noo ao 13

3.2.3 Dung dich amomiac 15

3.3 Cơ sở hóa học phản ứng tổng hợp nhựa urea — formaldehyde 15

3.3.1 Phản ứng cộng tạo rmmethyÌỌ - «+ xxx £*vExEekvevekesereerereere 15

3.3.2 Pham trng da nh 17

3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp và cht lugng nhya UF 18

3.4.1 Tỷ lệ mol giữa urea và formaldehhyde . - - + ++x£+x+eeeexseesexse 18

3.5 Quy trình tong hop nhya ccecccescseesssesssesssesssesssessssesssecesecssuesssessssseessseseseessess

3.6 Tính chất nhựa urea ~ formaldehyde -ccc++cc+vve+r+trrrrverrrrrrrrrrerrrrrre 22

3.7 Dong ran Mua UP 00 - Ú dd 23

3.8 Ứng dụng của nhựa urea — formaldehyde

Chương 4 Tổng quan về sợi thiên nhiên 26

4.2 Phân loại sợi thiên nhiên

4.3 Thành phần hĩa học của sợi thiên nhiên -2-2¿©222++22+z++czxeetzsez 27

“Ăn °®0v.— 28

4.3.1.1 Cấu trúc phân tử +-2+++++2+++EEESEEEEE2EEt22ECEEEEEAE22EEL.rrree 28

4.3.1.2 Tính chất của cellulose 2-2 + kz+EE+EEE+EE+EEe+EEerkerrkrreerkere 29 Noo 32

' SN hố ẽ ẽ ẽ.5x HH 33 4.3.4 Pectin và các chất trích ly cc.cccescsesssessssessseessesssessseesssesssesssesssecsssecseceseeesses 35 4.4 Cấu trúc sợi thiên nhiên 2 2+2+++2C+++eEE++ttEEEtetrxrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrree 36 4.4.1 _ Cấu trúc sợi thiên nhiên 2¿2c©++++c+++vEE+xrtrrxrerrxrrrrrrrrrrrrrree 36

4.4.2.1 Tính chất vật lý sợi thiên nhiên -2-2- z+2E2+CEz+ExEvrrxrerxerrsee 37 4.4.2.2 Tính chất cơ của sợi thiên nhiên +¿©+++2c++eczxrerrxs 38

Chương 5 Giới thiệu về sợi sisal (sợi đứa dại) . « scsscssecsssesssezsssrssee 40

5.1 Giới thiệu về sợi sisal -s:©22+++2E+rtEEEEreEEErerrkrrrrrrerrkrrrrrrrrrrrrrrrrree 40 5.2 Cấu trúc của sợi sisal -2+©22+++2CExtSEEEEEEEErErExrrrkrerrkrrrrrrrrrrrrrrrrree 42

5.3.1 Thành phần hĩa học của SỢi SiSaÌ 55+ 25+ + +22 + EEszeeeeeeeerreeee 44

5.3.2 Tính chất vật lý của sợi sisal -¿- 22©-++22+++E+E+2EEtEEkerrkxrrrrrrrrrrrree 44

5.4 Tính chất liên điện — xử lý bề mặt sợi sisal -2 s+z+z+zrxeerxerrrseee 45

5.4.1 Phương pháp biến tính vật lý 2- 22 ©+£++++E+E22xEExeerxzrrrrrrrsrrrree 46

5.4.2 Phương pháp biến tính hóa học 2-222++++2+£+z++£zxzvrrzrrrsesrxee 46

6.2 Quy trình thực nghiỆm - . + + + xxx 1E 2v vn nh nhưng

6.2.1 Tổng hợp nhưa UE 2£©E£2EE££EEE+EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrrrrrrree 49 6.2.1.1 Chuẩn bị nguyên liệu 2-22 ©+2£EEE+EEECEEECEEEEEEEECEEEerEerrrkrrree 49

6.2.1.2 Cn nguyén LGU Ỏ 50

6.2.1.3 Téng hop nwa .cceecseecssesssesssessssessessseesssecssecssecssussssecssessesssseesseeeseceses 51 6.2.1.4 Đo độ nhớt -2:-©2+c2+++2EE+EtEEEEtEEEEErErkeErExrerrkrrrrrrrrrrkrrrrke 51 6.2.1.5 Do ham long ran ccccecccessesssesssessssessesssessseesssesssessseesssessseeseessseeeneeese 52

6.2.2 Tao mat cccccccccccsscccssecessececessecessecessecesseecsseecssesecessecesseeesseeeeseeeesseeeseaeeeeas 52 6.2.2.1 Xử lý sợi sisal bằng nước nóng trong nồi có gắn cánh khuấy và bộ phận

r0 1 -‹.d(::TẨÂŒTHHẬậÃ) , 52 6.2.2.2 Xử lý sợi sisal bằng dung dich kiềm trong nồi có gắn cánh khuấy và bộ

PHAN gia NhiSt G : 53

6.2.3 Tấm nhựa vào sợi -. 2 2+-©2+++22++2EEkrtEEEErSEEErtrkrrtrkrrrrrrrrrrrrrrrree 54

6.2.5 - Quá trình ép -22+22+ec2CEECEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErEErkrrrrrrrrrrrrrrree 56

6.2.6.1 Đo độ bền kéo ¿-+-©2++222++t2E+EtEEEEeEEkxrErkrrrrkrerrrrrrrrrrrrrke 56 6.2.6.2 Đo độ bền uốn -+-©2++22+++2E++tEEEEEvEEExrErkrrrrkrerrrrrrrrrrrrrer 57 6.2.7 Đo độ thấm nưỚc 2-+©+++22++2EE+xvEEEEtEEExerkrrtrkrrerrrrrrrrrrrrree 58

6.3 Hoạch định thí nghiỆm - - - <6 +11 *x v.v nh nghe 59

6.3.1 Chọn yếu tố khảo sát -2- 2 ©+2+E+£+EEE+EEEEEEEEEEEtEEECEEEEEEEEEEErrrrrree 59

6.4.3 Nồi gắn cánh khuấy dùng xử lý sợi sisal -cccccceccxeeecrs 62

Chương 7 Kết quả và bàn luận . se ss£ssssEsssssssezsseezseersse 63

7A Nhựa urea — formaaldelhy(e - - - + xxx xxx xxx ng ng rry 63

7.2 Sợi sisal 64

7.2.1 Xử lý sợi sisal bắng nước nóng .- - «+ xxx ng vey 64

7.2.2 Xử lý sợi sisal bằng dung dịch kiềm -2-+©+ceccvererzrrccree 64

7.3 Kết quả cơ tính của tắm compOsite 2- 2+ 2+E+2E+2EE2EEEvErxrrrxerrkerree 65

7.3.1 Cơ tính các mẫu xử lý nước nóng có loại mat, hàm lượng sợi khác nhau 65

7.3.1.1 Độ bền uốn c-ccccccccErrttrrrtrrrrtrrrrrrrrrrrrrrrrrrririrrrrrrrrrrrre 65 7.3.1.2 Độ bền kéo

7.3.2 So sánh cơ tính mẫu xử lý bằng dung dịch kiềm và nước nóng 70 7.3.2.1 Độ bền uốn ccccccttcccEtttrrrtrrrrtrrrrtrrrrrrrrrrrrrrrirrrrrrrrrrrrre 70 7.3.2.2, Độ bền kéo cc:cctrtrtrtrrrrrrrtrttrrirrrrrrrrrirrrrrrirrrrrrrrrre 71

7.3.3 So sánh độn bền uốn với composite nhựa PE - 5 scxsssssseeseeee 73

7.3.4 Kết quả cơ tính sau khi ngâm nước . -++++2++++:zxetzxs 74

TA Kết quả đo độ thấm nƯỚC 2: ©2¿+2+2+E+SEEtEEECEEEEEEE127112711 11271271222 75 l0) 818 ‹{ 3) 08 78

DANH SÁCH BẢNG BIÊU

Tên bảng

Bảng 1.1: Thị phần toàn cầu của vật liệu composite

Bang 3.1: Thông số cơ bản của nhựa UF -2 2¿2+©+++2E++++tzxeetrxrrrrxrsrrrree 22

Bảng 4.1: Thành phần hóa học của một số loại sợi thiên nhiên . - 27

Bảng 4.2: Mức độ hòa tan trong nước của vật liệu cellulose va dan xuất của nó 31

Bảng 4.3: Tính chất của sợi tự nhiên và sợi tổng hợp 2- 2 s2+x+zxz+cxzeczz 39

Bang 5.1: Thanh phan cấu TAO CUA SOI SISA] 44 Bang 6.1: Khối lượng nhựa sợi cần 3 55 Bảng 6.2: Kích thước của mẫu quả tạ - + 2 2©5++S£+Ee+EeExeEEeExerxerxererxerxerxeree 57

Bang 6.3: Kích thước của mẫu thanh uốn -2 + + +2+++2t+++tzx+e+rx++tzvree 57 Bảng 6.4: Các yếu tố khảo sát

Bảng 6.5: Các yếu tố đáp ứng

Bang 7.1: Thông số cơ bản của nhựa 2 2+22+2+++2E++reCzxretrxrrrrxerrrrrrrrrree 63 Bảng 7.2: Sợi sisal xử lý nước nÓN ¿+ + 25+ ++*+*£+*+£+E£E£zEeEveerereerrrerersererer 64

Bang 7.3: Sợi sisal xử lý dung dịch kiềm .-2-222S2E2EECEEEES22E221222122EErrerrke 64

Bảng 7.4: Độ bền uốn của vật liệu composite xử lý bằng nước nóng 65 Bảng 7.5: Độ bền kéo của vật liệu composite xử lý bằng nước nóng 68 Bảng 7.6: Độ bền uốn của mẫu xử lý bằng hai phương pháp 2-5222 70

Bảng 7.7: Độ bền kéo của mẫu xử lý bằng hai phương pháp . 2- 5222 71

Bảng 7.8: Cơ tính trước và sau khi ngâm TIƯỚC . -¿- 5 + +*£x£+x£evEevEeereerseree 74 Bảng 7.9: Độ thấm nước của mẫu không xử lý kiểm - 2 2 +2++£+xz+czzeczz 75

Bảng 7.10: : Độ thắm nước của mẫu xử lý kiềm . -2 ¿+2©+e++cvse+czxee 76

So sánh giá của sợi thủy tính và sợi thiên nhiên - + + 2+ +5+<+s+s=++ 3

Sự định hướng CỦa SỢI - + 1n nọ nh nh nh ng nh nhờn 8

Phương pháp handlay up 9

Phương pháp CUOM cccccsessssesssessseessesssessseesssecssecessssssesssecssessuessseceseseseessneeeses 9 Phương pháp đúc ép 'BuỘI - + + * 1E 2xE#vE£vEekEEkvekEekesververeerxee 10 I0 0180:1000 11 Phương pháp đùn kéoO - + + ++ xxx 9 2v vn nh ngưng 12 Phương pháp ép chân không - - + + + £+*£#E£vE£vEEeEekeexveerxereervee 12 Quy trình tổng hợp nhựa UE 21

Thị phần các loại nhựa năm 2009 2 22 +2©++++++++txz+rxxrzrrxrersee 24

Sản phẩm từ sự kết hợp nhựa UF với gỗ ép áp suất cao -+ 24 Kết hợp với gỗ tạo nên vật liệu sandwich thay thế sàn gỗ ào 25

Sản phẩm tạo nên ván ép cho vật dùng làm bàn ghế - + 25

D ~ QIUCOSC .ẦẦ Ầ 28

Công thức phân tử của cellulose 20 Đơn vị mắc xích trong hemicellulose - 2 ©2©z++z2z+sz+c++ 33

Don vi cấu trúc cơ bản của II 0 33

Cấu trúc của lignin -2-©22++z+22E+EEE2221EE71112112711271211211.2112 211cc 34 Cấu trúc của sợi lignin 2-2 ©2z+2+E+2EE.EEEEE21127122711222211.2712 211.2 36

Sợi sisal phơi sau khi thu hoạch 42

Cấu trúc sợi sisal -++t22 treo 43 Cấu trúc bề mặt sợi -c2cccc+++tttEEEEEErrrrrrrrrriiirrrrrrrrrriiie 43

Cơ tính của các loại sợi khác nhau 5 +52 + £++*£++£++E+exeeexeereeerrex 45 Quy trình thực nghiỆP - 5 5 5 191121 1 v.v vn như 48

Quy trình xử lý sisal bằng nước nóng ¿2©+++++++:zxetzxre+rzx Quy trình xử lý sisal bằng dung dịch kiềm

Hình 6.4: Nồi tổng hợp -22 ©2222 2EE12E11121127112711271211127117112111 211211121 ce 61 ;¡0 18 S10: 0 1 61

Hình 6.6: Nồi xử LY SOU SISAL oo eee .4 62

Hình 6.7: Lưới tạo mat 62

Hình 7.1: Sản phẩm nhựa UE —— 63

Hình 7.2: Sợi sisal trước và sau khi xử lý bằng dung dịch kiềm . 2- 22 65 Hình 7.3: Đồ thị độ bền kéo của mẫu xử lý bằng nước nóng . -2- 2222 66 Hình 7.4: Đường cong biến dạng của mẫu mat 2 — 3 (31,6%) Hình 7.5: Đường cong biến dạng của mẫu mat 2 — 3 (52%) . -2¿ c2 Hình 7.6: Đường cong biến dạng của mẫu mat 2 — 3 (40,5%) Hình 7.7: Đường cong biến dạng của mẫu mat 6 — 7 (41%%) -s¿ +22 Hình 7.8: Đồ thị độ bền kéo của mẫu xử lý bằng nước nóng . -2- 2222 68 Hình 7.9: Đường cong biến dạng của mẫu mat 2 — 3 xử lý nước nóng (31,6%) 69

Hình 7.10: Đường cong biến dạng của mẫu mat 2 — 3 xử lý nước nóng (52%) 69

Hình 7.11: Đường cong biến dạng của mẫu mat 2 — 3 xử lý nước nóng (40,5%) 69

Hình 7.12: Đường cong biến dạng của mẫu mat 6 — 7 xử lý nước nóng (41%) 60

Hình 7.13: Đồ thị độ bền uốn của mẫu xử lý bằng hai phương pháp 70

Hình 7.14: Đường cong biến dạng của mẫu mat 2 — 3 (52%) . -¿ 71

Hình 7.15: Đường cong biến dạng của mẫu kiềm mat 2 — 3 (487%) - 71

Hình 7.16: Đồ thị độ bền kéo của mẫu xử lý bằng hai phương pháp - 72

Hình 7.17: Đường cong biến dạng của mẫu mat 2 — 3 xử lý nước nóng (31,6%) 72

Hình 7.18: Đường cong biến dạng của mẫu mat 2 — 3 xử lý kiềm (32%) - 72

Hình 7.19: Độ bền uốn của composite nhua UF và nhựa PF với sợi sisal 73

Hình 7.20: Đường cong biến dạng của composite nhựa UF, PF với sợi sisaL 73

Hình 7.21: Đường cong biến dạng của mat 2 -3 xử lý bằng nước nóng (31,6%) sau khi ngâm NƯỚC _ - - << +11 nh nh ngưng re 75 Hình 7.22: Đường cong biến dạng của mat 2 -3 xử lý bằng nước kiềm (31,6%) sau khi ngâm NƯỚC _ - - << +11 nh nh ngưng re 75 Hình 7.23: Bề mặt gãy của a) mẫu không xử lý kiềm, b) mẫu xử lý kiềm 71

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Sự kết hợp sợi sisal vào nền nhựa Urea- Formaldehyde UF nhằm tạo nên loại vật

liệu composite có cơ tính có thể so sánh với cơ tính của các loại ván ép thông thường

được nghiên cứu là hoàn toàn có cơ sở Bởi vì nhựa UF tổng hợp dạng tan trong nước hay nhủ tương trong nước nên cấu trúc phân tử của nhựa chứa nhiều nhóm hydroxyl (-OH) do

đó có tạo liên kết tốt với sợi sisal Thêm vào đó, sợi sisal là loại sợi có độ bền cao kết hợp

với tính bám dính tốt của nhựa UF thì có thể tạo ra vật liệu composite co dd bén cao Ngoài ra, vật liệu compsite nay còn có thể ứng dụng trong các vật dụng thường ngày vì giá thành nhựa UF thấp còn sợi dứa thì lại được trồng nhiều ở các tỉnh miền trung nước ta nén composite nhya UF sé cho giá thành cạnh tranh so với các loại vật liệu comosite

khác

Luận văn khảo sát cơ lý tính của composite dựa trên sự biến thiên cơ tính theo sự thay đổi hàm lượng nhựa /sợi, độ dài của sợi khi tạo mat, phương pháp xử lí sợi sisal: xử

lí nước nóng và xử lí bằng dung dịch kiềm loãng, trước và sau khi ngâm nước Thêm vào

đó, mức độ thấm nước của vật liệu thay đổi khi sử dụng các phương pháp xử lí sợi cũng

được khảo sát

Kết quả ghi nhận được qua các đáp ứng: độ bền uốn, module uốn, độ bền kéo, module kéo và độ thấm nước Bên cạnh đó, luận văn còn đưa ra một số nhận xét ngoại

quan

Kết quả thu được là khi thay đổi hàm nhựa sợi thì hàm lượng sợi càng cao thì tính

chất cơ của mẫu composite càng cao Trong phạm vi của luận văn nghiên cứu được mẫu

có tỷ lệ 5:5 (nhựa /sợi ) có cơ tính cao nhất Khảo sát hai loại Mat khác nhau: Mat được

tạo từ sợi có chiều dài 2-3 cm và Mat có chiều dài sợi 6-7 em, kết quả là Mat 6-7 cho độ

bền của SợI cao hơn han Cac phương pháp xử lí sợi khác nhau cho đặt điểm cơ tính vật liệu composite khác nhau Mẫu được xử lí kiềm làm tăng độ dẻo dai cho composite với biến dạng kéo, uốn lớn trong vùng lực tác dụng lớn Mẫu xử lí kiềm còn tạo ra sự thuận

lợi hơn về mặt gia công, bề mặt mẫu bóng hơn do sự thấm nhựa tốt của sợi làm cho nhựa

thấm đều hết sợi Tuy nhiên, mẫu xử lí nước nóng có cũng có tính chất cơ lí cao, tiết kiệm chi phí, thân thiện với môi trường

Kết quả đo độ thấm nước của mẫu composite nhựa UE và sợi sisal khá cao so với một số loại composite khác Điều này cũng phù hợp với kết quả cơ tính sau khi ngâm

nước giảm đi đáng kể.Tuy nhiên, phương pháp xử lí kiềm cho sợi đã làm giảm đi khả

năng thấm nước của vật liêu, mẫu xử lí kiềm có độ thấm nước thấp hơn mẫu xử lí nước nóng

CHUONG 1: MO DAU ©!

Những vật liệu composite đơn giản đã có từ rất xa xưa Khoảng 5000 năm trước

công nguyên con người đã biết trộn những viên đá nhỏ vào đất trước khi làm gạch để

tránh bị cong vênh khi phơi nắng Người Hy Lạp cỗ cũng đã biết lấy mật ong trộn với đất,

đá, cát sỏi làm vật liệu xây dựng Và ở Việt Nam, ngày xưa truyền lại cách làm nhà bằng

bùn trộn với rơm băm nhỏ để trát vách nhà, khi khô tạo ra lớp vật liệu cứng, mát về mùa

hè và ấm vào mùa đông Hiện nay, loại vật liệu này được ứng dụng phổ biến trong

nhiều lĩnh vực khác nhau và thị phần của nó tăng với tốc độ nhanh Điều này là do

composite nền nhựa có tính năng đặc thù là bền, nhẹ, dễ gia công Công nghệ sản xuất loại composite này khá đơn giản, chu kì ngắn, vốn đầu tư không lớn nên thu hồi vốn

nhanh, vì thế ngành công nghiệp này đang được giới đầu tư quan tâm mở rộng

Trong ngành công nghiệp xây dựng thì thị phần của vật liệu composite tăng lên đáng kể, cụ thể là ngày compsite dần thay thế các cấu trúc xi măng Đối với lĩnh vực hàng tiêu dùng, có sự gia tăng đáng kế trong hàng tiêu dùng hằng ngày cũng như giải trí cụ thể

là các thiết bị thể thao Giao thông là lĩnh vực ứng dụng sâu rộng nhất đối với loại vật liệu

này Có sự khác nhau về tính năng của vật liệu composite giữa Mỹ và các nước châu Âu Người châu Âu thì chú trọng đến khả năng tái sử dụng và khối lượng của vật liệu còn người Mỹ thì nhắn mạnh đến độ bền Điều này ảnh hưởng đến loại polymer được sử

dụng oO Mỹ thì loại nhựa nhiệt ran được ưu tiên hơn, trong khi đó các nước châu Âu lại

lựa chọn nhựa nhiệt dẻo

Thị phần vật liệu composite nền nhựa năm 2001 trên toàn thế giới là 5.73 triệu tấn

hoặc khoảng 15 triệu đô la Mỹ, các nước châu Âu, châu Á Thái Bình Dương là các nước

chiếm thị phần lớn nhất, lần lược là 31%, 27% và 26%

Bảng 1.1: Thị phần toàn cầu cia vat ligu composite

Trên thế giới đã có nhiều nước ứng dụng thành công vật liệu này.Ở Việt Nam vật

liệu Composite được áp dụng hầu hết ở các ngành, các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân

như: Ngành y tế, các ngành thiết bị giáo dục , bàn ghế, các giải phân cách đường giao

thông, hệ thống tàu xudng, hệ thống máng trượt, máng đứng và ghế ngồi, mái che các sân vận động Việt Nam đã và đang ứng dụng vật liệu Composite vào các lĩnh vực điện dân dụng, công nghiệp

Mặc dầu sợi tổng hợp như: nylon, raylon, sợi thuy tinh, polyester va carbon được

sử dụng rộng rãi trong việc gia cường cho nhựa nhưng loại vật liệu composite này có giá thành cao, không tái sử dụng được Thêm vào đó, trong qúa trình sản cũng như sử dụng

vật liệu composite nền polymer được gia cường sợi vô cơ phát sinh nhiều vấn đề về ô

nhiễm môi trường Điều này là do sản xuất thải ra nhiều chất bay hơi hữu cơ từ dung môi

sử dụng Ngoài ra, độ bền của vật liệu cao nên dẫn đến khó phân hủy bởi điều kiện môi

trường khi vật liệu bị loại thải Do đó, composifte sợi tự nhiên hay sợi sinh học được chú

trọng nghiên cứu và đã được sử dụng như vật liệu thay thế cho loại composite truyền

thống Sợi tự nhiên có thể là vật liệu gia cường cho không chỉ nhựa nhiệt rắn mà còn cho

cả loại nhựa nhiệt dẻo Ưu điểm của sợi thiên nhiên vượt trội so với sợi nhân tạo là giá thành thấp, tỷ trọng thấp, cơ tính gần như tương đương, giảm năng lượng sử dụng, carbon dioxide trong quá trình sản xuất, tăng khả năng phân hủy

Hình 1.1: So sánh giá của sợi thủy tỉnh và sợi thiên nhiên

Sợi tự nhiên là sự lựa chọn kinh tế cho các nước có nền kinh tế phát triển bởi sợi tự nhiên là nguồn nguyên liệu sẵn có Sự kết hợp giữa loại sợi thiên nhiên như sợi cây gai dầu, cây lanh, cây thừa sợi, cây dứa, sợi sisal với nền nhựa có thể tạo ra loại composite mang tính cạnh tranh cao so với loai composite sợi tổng hợp

Ở Việt Nam, việc sử dụng cây dứa dại chế tạo composite sẽ có thực tiễn to lớn Bởi điều kiện thiên nhiên rất phù hợp để trồng cây dứa dại theo quy mô công nghiệp Thêm vào đó, sợi sisal là loại sợi có cơ tính tốt lại tương thích với nhiều loại nhựa cho

composite có cơ tính cao

Với mục đích nghiên cứu và tổng hợp loại vật liệu composite nền nhựa kết hợp với sợi thiên nhiên có cơ tính đáp ứng tốt cho những ứng dụng thường ngày như vật liệu thay thế cho ván ép truyền thống, sàn gỗ, vật liêu sử dụng trong lĩnh vực xây dựng dân dụng Luận văn tập trung nghiên cứu cơ lí tính, khả năng kháng nước của vật liệu composite nén nhya Urea-formaldehyde (UF) va sợi sisal Cụ thể là nghiên cứu quy trình tổng hợp nhựa UFE có hàm lượng rắn cao, có khả năng tan hay nhũ tương trong nước, độ nhớt thích hợp cho quá trình gia công Bên cạnh đó, luận văn chú trọng khảo sát sự ảnh hưởng của hàm

lượng nhựa sợi, loại sợi chưa xử lí và đã qua xử lí kiềm đến cơ tính của vật liêu

CHUONG 2: TONG QUAN VE VAT LIEU COMPOSITE 8119

2.1 Khai niém:

Vật liệu composite là loại vật liệu được tổ hợp ít nhất từ hai loại vật liệu khác nhau

và phải có sự tương tác chặt chẽ giữa các thành phần với nhau Vật liệu tạo thành phải có tính năng vượt trội hơn các thành phần hợp thành

2.2 Thành phần và cấu tạo:

Nhìn chung, mỗi vật liệu composite gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân

bố trong một pha liên tục duy nhất Pha liên tục gọi là vật liệu nền (matrice), thường làm

nhiệm vụ liên kết các pha gián đoạn lại Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu tăng cường (renfot) được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết dính, chống mòn, chống xước

> Nhựa nhiệt dẻo:

Nền của vật liệu là nhựa nhiệt đẻo như: PVC, nhựa polyetylen, nhựa polypropylen, nhựa polyami(,

4* Nền kim loại:

Vật liệu composite nền kim loại có modun đàn hồi rất cao có thể lên tới 110 GPa

Do đó đòi hỏi chất 81a cường cũng có modun cao Các kim loại được sử dụng nhiều là:

2.2.2 Pha cắt:

s* Nhóm sợi khoáng chất:

Sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi gốm; nhóm sợi tổng hợp ổn định nhiệt: sợi Kermel,

soi Nomex, sợi Kynol, soi Apyeil

s* Sợi có nguồn gốc tự nhiên:

Soi gốc thực vật (gỗ, xenlulô): giấy, soi day, soi gai, soi dita, so dia

“ Sợi nhựa tổng hợp:

Soi polyeste (tergal, dacron, téryléne, ), soi polyamit, ; soi kim loại: thép, đồng,

nhém,

2.3 Phan loai vat liéu composite:

Vật liệu composite được phân loại theo hình dạng và bản chất của các vật liệu

thành phần

2.3.1 Phân loại theo hình dạng:

s* Vật liệu composite cốt sợi:

Sợi gia cường ở dạng liên tục hay gián đoạn: cắt ngắn ta có thể tạo vật liệu có cơ

lý tính khác nhau, khi chú ý tới bản chất của vật liệu thành phần , ty lệ của loại vật liệu tham gia và phương của sợi

> Các thông số đặc trưng của sợi gia cường

Độ dài của sợi

Đường kính sợi: T

d 0,375 Ẻ s* Vật liệu composite cốt hạt:

Vật liệu composite cốt hạt thường được sử dụng để cải thiện một số tính chất cơ tính của vật liệu hoặc vật liệu nền như tăng độ cứng, tăng khả năng chịu nhiệt chịu mài

mòn, giảm độ co ngót Cũng có khi hạt được sử dụng đề làm giảm giá thành sản phẩm

Việc lựa chọn phương án phụ thuộc vào cơ-lý tính mà ta muốn bởi 81a cường bằng dạng

hạt thì tính chất cơ lý yếu hơn so với dạng sợi

2.3.2 Phân loại theo bản chất vật liệu:

s*Composite nền hữu cơ: Kết hợp với vật liệu cốt có dang:

Sợi hữu cơ: polyamit, kevlar

Sợi khoáng: thủy tinh carbon

Sợi kim loại: bo, nhôm

“+ Composite nén kim loai: Kết hợp với vật liệu cốt dạng:

Sợi kim loại: Bo

Soi khodng: carbon, SiC

+ Composite nén khodng: Két hop với vật liệu có dạng:

Soi kim loai: Bo

Hat kim loai: chat gém kim loai

Hạt gốm: cacbua nito

2.4 Composite nền nhựa và cốt sợi:

So với các loại nhựa nhiệt dẻo thì nhựa nhiệt rắn được ứng dụng nhiều hơn trong sản xuất vật liệu composite Đó là do nhựa nhiệt rắn liên kết tốt với các loại vật liệu gia

cường phổ biên nhưa sợi thủy tinh, soi aramid, gỗ, các loại sợi thiên nhiên Các loại nhựa

nhiệt rắn phổ biến như polyester, họ nhựa epoxy, nhựa vynilester các loại nhựa này kết hợp đực với nhiều loại vật liệu gia cường và tạo nên compsite có cơ tính tốt

Cơ tính của vật liệu compsite phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó lực liên kết nhựa sợi, sự đình hứng của sợi là những yếu tố quan trọng

2.4.1 Lý thuyết về kết dính giữa nền và sợi:

Khi có ngoại lực tác dụng lên vật liệu, cốt là những điểm chịu ứng suất tập trung

do mạng nhựa truyền sang Phân tích các liên kết dựa trên cơ sở kết dính ta nhận thấy

giữa bề mặt nhựa và sợi có các liên kết sau:

s% Liên kết vật lý:

Liên kết nhờ hấp phụ và thắm ướt:

Bề mặt sợi luôn tồn tại các mao quản rỗng, số lượng và kích thước mao quản vào

bản chất và cách chế tạo sợi Nhựa ở dạng lỏng thấm ướt qua bề mặt của sợi bằng lực vật

lý ứng với một năng lượng liên kết bề mặt Sự thấm ướt càng tốt khi sức cản giữa hai bề

mặt càng bé, âm và tạp chất là yếu tố sẽ làm giảm sự thắm ướt Nhựa sau khi thắm ướt bề

mặt sẽ được hấp phụ vào các mao quản nhờ lục hấp phụ

Liên kết nhờ lục tĩnh điện

Bề mặt sợ luôn tích điện dương hay âm tùy thuộc vào thành phần và cách xử lý bề

mặt nhựa nền cũng luôn có độ phân cực nhất định vì vậy mà dẫn mà dẫn đến sự tương tác tĩnh điện giữa sợi và nhựa thông qua việc tạo thành lớp điện tích kép trên bề mặt vật liệu này

Liên kết cơ học

Liên kết nhờ lưc cơ học do bề mặt sợi và nhựa có độ gồ ghề Tuy nhiên liên kết

loại này rất yếu, yếu hơn rất nhiều so với liên kết hóa học

+4* Liên kết hóa học:

Cơ chế liên kết hóa học cho rằng lực liên kết hóa học có thể hình thành xuyên qua

giao diện liên kết hóa học rất mạnh và có sự đóng góp đáng kể vào việc kết dính Đây là

loại liên kết có độ bền cao nhất phụ thuộc vào loại số lượng liên kết

2.4.2 Sự định hướng của cốt sợi:

Sợi thường lớn gấp nhiều lần so với đường kính, do đó tỷ số giữa chiều dài và

đường kính được gọi là tỷ số hướng rất lớn Dạng sợi liên tục có tỷ số hướng dài trong khi

đó dạng sợi không liên tục có tỷ số hướng ngắn Sợi liên tục thì thường định hướng còn dạng sợi không liên tục thì vô định hướng Dạng sợi liên tục gồm có: dạng đơn hướng, dạng dệt , dạng quấn Dạng sợi không liên tục như dạng sợi băm nhỏ, dạng mat

Đối với dạng sợi đơn hướng thì độ bên của vật liệu theo chiều vuông góc với trục cốt rất nhỏ Vì vay,dang sợi này thường được tạo dạng tắm đơn rồi xếp theo hướng khác

nhau để đạt cơ lí tính đều mọi hướng, Dạng sợi có độ bền cao vì có đường kính nhỏ, ít

2.5 _ Công nghệ chế tạo vật ligu composite polymer:

Công nghệ chế tạo vật liệu composite rất phong phú và đa dạng Tùy thuộc vào

yêu cầu, tính chất của sản phẩm mà có thé thay đổi phù hợp

2.5.1 Gia công ở áp suất thường:

s* Gia công bằng tay (hand lay up):

Dùng cọ hay con lăn quét nhựa lên bề mặt khuôn đã được chống dính, đạt sợi lên

rồi quét nhựa, sau đó dùng con lăn đuổi bọt khí và nén chặt liên tục như vậy cho đến khi đạt bề dày yêu cầu

“+ Cudn soi (filament winding):

Cốt sợi được kéo qua bể chứa nhựa cho thấm

nhựa trước, sau đó được cuộn phủ lên bề mặt khuôn

Phương pháp này dùng để sản xuất ống và thùng

chứa

Có hai phương pháp cuộn: cuộn khô và cuộn ướt

o Cuộn khô: quấn lên trục khuôn bán thành

phẩm tức là quá trình tâm nhựa lên sợi đã

được thức hiện trước đó tồi Hình 2.3: Phương pháp cuốn

o_ Cuộn ướt:quá trình tắm nhựa lên sợi được diễn ra đồng thời với quá trình quấn lên khuôn Tức là sợi thô sau khi qua bể nó được quấn lên trục ngay

s* Đúc ép nguội (cold press moulding):

Tương tự như đúc ép nóng nhưng ở nhiệt độ thường

“+ Ep phun (injecting moulding):

Nhựa nhiệt dẻo: tạo hạt compound nhựa và sợi cắt hoặc nghiền, sau đó đưa vào máy ép phun đề tạo thành sản phẩm

Nhựa nhiệt rắn: sợi ngắn được định hình trước nếu cần, được đặt vào khuôn, sau đó đóng lại, kẹp chặt và nhựa được phun vào từ đầu trộn có độ khuấy cao

Phương pháp này là phương pháp gia công liên tục để sản suất ra loại composite

dạng profile với bất cứ độ đài nào yêu cầu Sợi tâm sẵn được kéo qua một lỗ (có lõi gia nhiệt), với hình dạng theo chiều cắt ngang bề mặt của sản phẩm Sản phẩm được định hình khi nhựa khô Ưu điểm của phương pháp này là sản xuất sản phẩm thành mỏng với

da dang độ dài, bề mặt căt ngang, dé dàng tự động hóa Nhược điểm của phương pháp này

là hạn chế sự thay đổi hình dạng sản phẩm theo chiều dài của sản phẩm là không thể

Đúc chân không dạng túi, khuôn làm vật liệu cứng Trước tiên tạo lớp lót, sau đó đặt cốt và cấp nhựa bơm chân không làm việc, áp suất giảm làm cho nhựa rải đều va day bọt khí ra ngoài

Hình 2.7: Phương pháp ép chân không

CHUONG 3: TONG QUAN VE NHUA UREA

FORM ALDEHYDE"! 21416171181

3.1 Khái niệm;

Nhựa amino là loại nhựa nhiệt rắn được tổng hợp dựa trên phản ứng giữa nhóm amino (NH;)- trong các hợp chất như aniline, guanamines, urea, thioure, ethylene urea và sulfonamide và formaldehyde Hai loại nhựa amino phổ biến là urea-formaldehyde và melanine — formaldehyde

Nhựa urea- formaldehyde được tổng hợp từ hai nguyên liệu là Urea(NH;CONH;)

va formaldehyde (CHạO)

3.2 Nguyên liệu:

3.2.1 Urea:

Là diamide của acid carbonnic, tồn tai dang tinh thể màu trắng ở nhiệt độ thường

Urea được tổng hợp từ ứng suất cao qua phản ứng carbon dioxide và ammonia:

Khối lượng riêng: 1.32 g/cm”

Độ tan trong nước: có khả năng tan nhiều trong nước tạo thành dung dịch đồng

nhất

3.2.2 Formaldehyde:

Formaldehyde dùng để tổng hợp nhựa urea-formaldehyde không chỉ là hợp chất

của nhóm carbonyl với công thức là HCHO mà thông thường formaldehyde được dùng

dưới dạng dung dịch lỏng chứa khoảng 37% khối lượng Formaldehyde (formalin) hoặc dạng bột mịn (paraformaldehyde)

a Formalin:

Trong dung dich formalin thì hàm lượng formaldehyde ty do rất thấp (khoảng 1%)

và dễ dàng hydrat hóa dưới xúc tác của acid hoặc là base đề tạo thành methylene glycol:

va nước

Bảo quản dung dịch theo thời gian dài thì có hiện tượng đục như mờ sương so formalin lắng xuống tách ra khỏi dung dịch Để tránh hiện tượng này người ta dùng thêm methalol (8- 10%) như một chất bảo quản

4 Paraformaldehyde:

Paraformaldehyde là polymer dạng rắn của formaldehyde, chứa 95-97% hỗn hợp

polyoxymethylene (CH;O);, nước tồn tại ở dang hydrate cia nó ( n= 20+100)

Paraformaldehyde tồn tại dạng bột trắng, nóng chảy ở nhiệt độ 120 + 170°C Giống như

fomalin, khi nó tan trong nước cũng sinh ra methylene glycol

> Trong lĩnh vực sản xuất nhựa thì thường paraformaldehyde ít được sử dụng hơn ƒormalin Formalin thông dụng do nó có giá thành rẻ hơn, lượng nước lớn giúp cho sự hấp thu và giải phóng nhiệt trong phản ứng exotherm tốt hơn Tuy nhiên,

sử dụng paraformal lại cho năng suất cao hơn, giảm yếu tố cần phải kiểm soát

do đó có ít yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của nhựa hơn

3.2.3 Dung dich Amoniac:

Amoniac có công thức phân tử là NH; Phân tử lượng NH; là 17,0306g/mol Ở điều kiện thường, NH; khan là một chất khí không màu, nhẹ bằng nửa không khí (tỷtrọng so với không khí bằng 0,596 ở O°C), có mùi sốc đặc trưng

Amoniac khan tạo “khói” trong không khí âm Amoniac hòa tan mạnh trong nước

tạo thành dung dịch nước của NH¿ (hay còn gọi là amoni hyđroxit do trong dung dịch

nước của amoniac có tạo thành NH„OH) Dung dịch này có tính kiềm:

NH; +H,0 — NH/OH

Ở O°C, NH; có độ hòa tan cực đại là 89,9g trong 100 ml nước Dung dịch nước của

NH; khá bền nhưng bị loại gần hết NH; khi đun tới sôi Thông thường ở nhiệt độ phòng

thì nồng độ của dung dịch amoniac đậm đặc là 25%

3.3 Cơ sở hóa học phản ứng tổng hợp nhựa Urea- formaldehyde

Nhưa UF được sản xuất công nghiệp dùng thùng lớn với khối lượng mẻ có thể lên đến 30 tấn Theo các sản xuất truyền thống, formaldehyde là chất phản ứng và được điều

chỉ môi trường kiềm trước khi cho urea vào nhiệt độ phản ứng khoảng 60°C Sau đó nâng

nhiệt độ của hỗn hợp lên đến 95°C, điều chinh pH khoảng 5,0 để phản ứng trùng ngưng

xảy ra cho đến khi đạt được mức độ polymer hóa cần thiết tiếp đến là hạ nhiệt độ phản ứng, điều chỉnh về môi trương kiềm và cho phần ure còn lại để phản ứng với

formaldehyde còn dư Như vậy quá trình tổng hợp nhựa UF qua hai phản ứng cơ bản sau: 3.3.1 Phản ứng cộng:

Đây là phản ứng cộng giữa ure và formaldehyde hay là metalol hóa trong môi trường kiềm Sản phẩm của phản ứng này có thể là monomethylol, đimethylol hoặc trimethylol

carbonyl Phản ứng theo cơ chế cộng hợp ái nhân thông thường, hình thành hợp chất

trung gian đồng thời chứa anion alkoxide và cation ammonium Hợp chất trung gian này chuyển hóa nhanh thành sản phẩm trung gian bền hơn là carbinolamine, theo phản ứng

> Quá trình tạo ra momometilol urea không tiến hành đến cùng do phản ứng thuận nghich Thita formaldehyde sé làm chuyển dịch cân bằng về phía tăng hiệu suất momometilol

3.3.2 Phản ứng đa tụ:

Phản ứng đa tụ là phản ứng giữa các metilol urea làm tăng trọng lượng phân tử,

phản ứng này chỉ xảy ra trong môi trường acid theo phản ứng dưới đây:

a) Cầu nối methylene giữa các amide nitrogen bởi phản ứng giữa các nhóm methylol

và amino

b) Liên kết methylene ether bởi 2 nhóm methylol

c) Methylol từ nối methylen ether bởi sự tách HCHO

d) Liên kết methylene bởi phản ứng giữa các nhóm và có sự tách nước và HCHO

Trong suốt quá trình phản ứng đa tụ thì ban đầu độ nhớt tăng chậm sau đó ở thời

điểm nhất định thì tăng rất nhanh

s* Ngoài hai phản ứng cơ bản trên thì còn phản ứng tạo môi trường kiềm ở giai đoạn tạo methylol giữa formaldehyde tác dụng amoniac cho_ (gọi là urotropin ):

3.4.1 Tỷ lệ mol giữa ure va formaldehyde:

Sự khác nhau chính giữa loại nhựa có tỷ lệ mol formaldehyde và urea cao và thấp

đó là hàm lượng formaldehyde tự do trong nhựa và mật độ liên kết ngang khi đóng rắn

nhựa Do đó, tỷ lệ giữa 2 thành phần này ảnh hưởng lớn đến độ bền, lí tính của sản phẩm

nhựa cuối cùng cũng như là lượng formaldehyd tự do còn trong hỗn hợp nhựa

GVHD: PGS.TSNGUYENDACTHANH O trangl18

Quá trình tạo ra monomethylol urea không tiến hành đến cùng do phản ứng thuận

nghịch Thừa formaldehyde sẽ làm chuyển dịch cân bằng của methilol urea nên ở giai

đoạn này tỷ lệ F (Formaldehyde ) và U (urea ) thường từ 2 + 3

Phản ứng trùng ngưng được tiến hành khi tỉ số mol của formaldehyde và urea khoảng 1 thì sẽ tạo ra nhựa polymethylene-urea không tan trong nước và không có tính

bắt dính Tuy nhiên, nếu tỷ lệ này được giảm từ một giá trị cao ( 2-4) trong suốt quá trình

tổng hợp như thêm dần urea vào thì tính tan trong nước và bắt dính có thể đạt được Thêm vào đó, tổng hợp với tỷ lệ F/U thấp thì tạo nên nhựa có hàm lượng rắn cao hơn

Tổng hợp nhựa UF với tỷ lệ formaldehyd cao thì thời gian đóng rắn nhanh, cho sản

phẩm nhựa có cơ tính tốt do hình thành các liên kết nối ngang hoặc HCHO còn dư phản

ứng với nhóm —NH; chưa phản ứng tuy nhiên lượng HCHO còn dư sau phản ứng có thé

bị khuếch tán ra khỏi sản phẩm đóng rắn

Từ những lí luận trên thì trong luận văn này chọn tỷ lệ F/U là 2,5, giai đoạn 2 trùng

ngưng khi đã cho ure lần 2 vào rồi thì tỷ lệ này là 1.8 và khi đã cho urea lần 3 vào F/U=1,5 day cũng chính là tỷ lệ cuối cùng của phản ứng tổng hợp nhựa

3.42 Môi trường tổng hợp:

Chỉ số pH ảnh hưởng đến thời gian

phản ứng cũng như là cấu trúc và độ thấm

nước của nhựa Từ hình bên, phản ứng cộng

xảy ra ở cả môi trường kiềm và acid nhưng tốc

độ phản ứng nhanh hơn trong môi trường = ait

kêm Khi phản ứng xảy ra trong môi trường +aL

acid thì phản ứng đa tụ chiêm ưu thê Phản +

ứng đa tụ làm tăng chiêu dài mạch phân tử sal

cùng như tạo nôi ngang, trọng lượng phân tử 1

càng lớn khi chỉ số pH càng thấp Vì vậy, việc

điều chỉnh chỉ số pH trong suốt quá trình tổng hợp là điều cần thiết

12

Ở giai đoạn tạo methylol, pH = 7+8 tạo ra được dimethylol chếm ưu thế và tốc độ

phản ứng là nhanh nhất Giai đoạn đa tụ thì chỉ số pH có thể hạ xuống đến 2 hoặc 3, chi

số pH càng thấp và nhiệt độ càng cao thì tạo ra nhựa càng có trọng lượng phân tử cao Thêm vào đó, nhiệt độ cao và pH thấp ở giai đoạn trùng ngưng thì phản ứng tạo liên kết methylen bền chiếm ưu thế hơn liên kết methylene ether Tuy nhiên rất khó kiểm soát tốc

độ trùng ngưng khi pH quá thấp và điều nay dé dẫn đến quá trình gel của nhựa

Do đó, luận văn chọn môi trường phản ứng cho từng giai đoạn tổng hợp như sau:

Giai đoạn tạo methylol: pH = 7-8 được duy trì bởi hexamethylene tetramin

trong hỗn hợp phản ứng

Giai đoạn trùng ngưng: pH= 4+ 5

Giai đoạn ổ định: pH= 7+ 8

s* PH ở giai đoạn ôn định ảnh hưởng đến thời gian sống và tốc độ đóng rắn của nhựa

Ở môi trường pH thấp thì nhựa UF có khả năng đóng rắn ngay ở nhiệt độ thường, trong

khi đó pH cuối cùng quá cao thì sẽ làm giảm tốc độ đóng rắn của nhựa khi gia công Vì vậy, cần tìm khoảng pH thích hợp để thỏa mãn hai yêu cầu trên và môi trường pH được chọn trong luận văn này là pH = 7 z8

Tao methylol 1

Nhiệt độ 80°C Chỉnh pH = 4+5

Trùng ngưng giai đoạn 1

Không đạt

Chỉnh pH = 7+ 8

Urea 3

Nhua UF

Hình 3.1: Quy trình tổng hợp nhựa UF

4 Thuyết mình quy trình:

Can dung dich Formalin trong bình cau, thực hiện giai đoạn praraford ở nhiệt độ

70°C khoảng 20 phút sau đó bat đầu chinh pH bằng hỗn hợp dung dịch NaOH và dung dịch NH; vào bình cầu, cho từ cho đến khi pH ổn định từ 7 +8 Cho lượng ure 1 đã tính

toán như trên vào bình cầu để thực hiện giai đoạn tạo methylon ở nhiệt độ 80°C khoảng

1h Trong suốt quá trình này thì phải chú ý đến sự thay thay đổi pH để điều chỉnh pH

luôn ở khoảng pH = 7 + 8 Sau khi tạo methylon xong chỉnh pH = 4+5 bằng dung dịch acid HCOOH đề chuyển sang giai đoạn trùng ngưng ở nhiệt độ 70+ 80°C Ở giai đoạn

này kiểm tra độ nhớt liên tục đến khi đạt rồi chinh pH cuả hỗn hợp lên pH = 7 + 8 cho

ure 2 vào đến phản ứng tạo methylon tiếp tục xảy ra khoảng 20 phút Để tăng thêm độ

nhớt và khối lượng phân tử thì tiếp tục chỉnh pH = 4+5 để thực hiện giai đoạn trùng ngưng Kiểm tra độ nhớt và thử độ tan liên tục đến khi đạt thì ngưng phản ứng, hạ nhiệt

độ và chỉnh pH = 7 + 8, cho ure 3 vào để ổn định đồng thời tác dụng với HCHO còn dư

trong nhựa

3.6 Tính chất của nhưa Urea-formaldehyde:

Bảng tổng hợp tính chất vật và hóa học của nhựa UF, lưu ý rằng có thể có nhiều

giá trị khác tùy thuộc vào điều kiện tổng hợp nhựa

Nhựa Urea-formaldehyde dạng trong suốt cho đến màu trắng sữa, có mùi của formaldehyde Nhựa tan trong nước và rượu, hàm lượng formaldehyde tự do khoảng 5%

hoặc đưới 0,5 % tùy vào điều kiện tổng hợp

3.7 Dong ran nhya UF:

UE có thê đóng rắn bằng phản ứng đa tụ sâu hoặc phản ứng ngưng tụ giữa các

methylol dưới các điều kiện:

Đối với phương pháp đóng rắn bằng nhiệt độ khoảng 120°C không cần dùng đến tác chất làm tác nhân đóng rắn và không làm ảnh hưởng đến màu của sản phẩm Do đó

phương pháp này được chọn dé đóng rắn hỗn hợp nhựa sợi

Nhìn chung mật độ đóng rắn của nhựa UE thấp

3.8 Ung dung nhwa Urea- formaldehyde:

Nhựa UF được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cũng như thương mại Với thuận lợi là giá nhựa UF rẽ hơn nhiều so với các loại nhựa cùng họ nên UF được sử dụng

phổ biến nhất Do đó nhựa UF có thị phần lớn nhất so với các loại nhựa khác liên quan

Hình 3.2: Thị phần của các loại nhựa 2009

Ứng dụng lớn nhất của nhựa amino là trong ngành công nghiệp gỗ Nhựa amino

dùng để biến tính nhiều loại vật liệu khác Loại nhựa này dùng để thêm vào trong suốt

quá trình sản xuất như sản xuất vải để tăng tính chịu nén của vải, sản xuất vỏ lốp xe dé cai thiện tính bám dính của cao su với lõi xe Tuy nhiên mảng ứng dụng lớn nhất của nhựa

UF vẫn là kết hợp với các vật liệu dạng sợi hoặc hạt để tạo nên composite dạng tắm Ngoài ra, nhựa UF còn kết hợp với bột gỗ để tạo ra nhiều sản phẩm trang trí nội thất

Hình 3.3: Sản phẩm từ sự kết hợp nhựa UF với gỗ ép áp suất cao

CHƯƠNG 4: TỎNG QUAN VẺ SỢI THIÊN NHIÊN "%1"

4.1 Giới thiệu về sợi thiên nhiên:

Vật liệu composite ngày càng được ứng dụng rộng rãi Nhưng song song vào đó là

vấn đề về môi trường Vì thế, người ta đang nghiên cứu chế tạo vật liệu composite thân

thiện môi trường và giá thành tương đối thấp Sợi thiên nhiên là một lựa chọn tối ưu để thay thế các loại sợi đắt tiền khác mà lại thân thiện với môi trường

Thành phần hóa học của sợi thiên nhiên bao gồm các polymer thiên nhiên: cellulose, hemicellulose, lignin, pectin Trong phân tử của các thành phần kể trên đều có nhiều nhóm —OH phân cực nên sợi thiên nhiên tương hợp tốt với các polymer phân cực

Có rất nhiều thông số ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu composite gia cường sợi thiên nhiên bao gồm các yếu tố sau:

- _ Hệ số co (dài/dày) ảnh hưởng rất lớn đến tính chat composite Vì vậy, hệ số này rất

được chú ý trong quá trình chuẩn bị sợi để gia công Hệ số co của sợi nằm trong khoảng

100 — 200 là tối ưu nhất Nguồn gốc và loại sợi ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của

composite

-_ Một hệ số quan trọng khác là hệ số phân tán sợi Sợi phân tán kém là sợi không

tách rới từng cong ma tum lại thành bó làm cản trở quá trình thấm nhựa nên khả năng gia cường kém so với sợi có độ phân tán tốt

- Co tinh cua vat ligu composite phu thuộc rất nhiều vào bề mặt tiếp xúc Bề mặt tiếp xúc giữa nhựa và sợi trong composite có nhiệm vụ truyền ngoại lực tác dụng lên sợi Lực tác dụng trực tiếp tại bề mặt của composite được truyền qua sợi gần đó và tiếp tục truyền từ sợi qua sợi thông qua nhựa nền và bề mặt tiếp xúc Nếu bề mặt tiếp xúc kém,

hiệu quả phân bố lực không tốt và cơ tinh composite bi giảm Nói cách khác, bề mặt tiếp

xúc tốt có thể đảm bảo rằng composite cé thé chịu được tải rọng, thậm chí lực có thể

truyền nguyên vẹn đến sợi bị gãy tốt như sợi chưa bị gãy Bề mặt tiếp xúc kếm là một han chế, bởi vì sợi và nhựa nền khác nhau về giản nở nhiệt, sự phá hủy sớm có thể xảy ra tại

chỗ bề mặt tiếp xúc kém khi composite chịu ứng suất về nhiệt Vì vậy, kết dính giữa sợi