Xem mẫu
T¹p chÝ Hãa häc, T. 45 (5A), Tr. 104 - 110, 2007
NGHI£N CøU CHÕ T¹O TÊM ÐP MDF TR£N C¥ Së SîI TRE PHÕ LIÖU Vµ NHùA PHENOL-URE-FOMANDEHIT
§Õn Tßa so¹n 16-8-2007
TrÇn VÜnh DiÖu, NguyÔn Ph¹m Duy Linh, Ph¹m TuÊn Anh Trung t©m Nghiªn cøu VËt liÖu Polyme, Tr1êng §¹i häc B¸ch khoa H6 Néi
Summary
This paper shows some results of mechanical properties and morphology of medium density fiberboard (MDF) based on bamboo fibers, one of by-products of bamboo factory, and phenol-and urea-formaldehyde resins. In the case of water soluble phenol-formaldehyde resin the best resin content in composition is 10% wt. and tensile, flexural and impact strengths are 14.7 MPa, 20.7 MPa and 1.9 KJ/m2, respectively. For ethyl alcohol soluble phenol- formaldehyde resin, the best resin content is 15% wt. and tensile, flexural and impact strengths are 18.57 MPa, 37.4 MPa and 2.16 KJ/m2, respectively. The best resin content of water soluble urea- formaldehyde resin is 10% wt and tensile, flexural and impact strengths are 4.97 MPa, 8.7 MPa and 1.08 KJ/m2, respectively.
I - Më §ÇU
ViÖc tËn dông phÕ liÖu cña c¸c nh m¸y s¶n xuÊt v¸n sn xuÊt khÈu tõ tre/luång ®ang ®’îc rÊt quan t©m. ThÝ dô, Bamboo Factory ë khu c«ng nghiÖp §¹i An, tØnh H¶i D’¬ng hng n¨m th¶i ra vi tr¨m tÊn sîi tre/luång ng¾n, nÕu kh«ng t×m c¸ch sö dông hîp lý sÏ g©y « nhiÔm m«i tr’êng. §Ò ti ny ®E tiÕn hnh nghiªn cøu chÕ t¹o vËt liÖu MDF (Medium Density Fiberboard) trªn c¬ së sîi tre/luång phÕ liÖu víi nhùa phenol fomandehit (PF) v ure fomandehit (UF).
II - Thùc NGHIÖM
1. Nguyªn liÖu ®Çu
- Phenol lo¹i tinh khiÕt, hm l’îng 99% (Trung Quèc).
- Fomalin hm l’îng 37% (Trung Quèc). - Hydroxit amoni 25% (Trung Quèc).
- R’îu etylic 98% (Trung Quèc). - Toluen (Trung Quèc).
104
- Sîi tre/luång cña c«ng ty v¸n sn Bamboo Factory H¶i D’¬ng.
- Nhùa PF tan trong n’íc (Trung Quèc). - Nhùa UF (ViÖt Nam).
2. Ph¬ng ph¸p chÕ t¹o tÊm MDF
Sîi tre/luång ®’îc sÊy trong tñ sÊy tr’íc khi trén víi nhùa ®Ó lo¹i bá h¬i n’íc. Nhùa v tre/luång ®’îc trén víi nhau theo tõng tû lÖ x¸c ®Þnh v sÊy nhÑ trong vßng 12 h nh»m lo¹i bá n’íc cã trong nhùa. Hçn hîp nhùa v tre/luång ®’îc Ðp s¬ bé t¹o prepreg trªn m¸y Ðp víi ®iÒu kiÖn Ðp 60oC v 100 kG/cm2. C¸c tÊm prepreg ®’îc xÕp vo khu«n Ðp v gia c«ng t¹o tÊm MDF thnh phÈm víi c¸c ®iÒu kiÖn Ðp 130oC, 100 kG/cm2 trong 2 phót. TÊm MDF t¹o thnh cã ®é dy 3 mm víi c¸c hm l’îng sîi kh¸c nhau.
3. C¸c ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh tÝnh chÊt cña vËt liÖu
a) TÝnh chÊt cña nguyªn liÖu ®Çu
- Nhùa PF tan trong n’íc cña Trung Quèc v PF tan trong cån ®’îc tæng hîp v x¸c ®Þnh
c¸c tÝnh chÊt nh’ hm l’îng phenol tù do, hm l’îng phÇn kh«, thêi gian gel hãa v ®é nhít.
- Nhùa UF tan trong n’íc ®’îc tiÕn hnh x¸c ®Þnh c¸c tÝnh chÊt nh’ hm l’îng phÇn kh«, thêi gian gel ho¸, ®é nhít.
- Sîi tre ®’îc x¸c ®Þnh hm Èm v hm l’îng phÇn tro.
b) TÝnh chÊt cña tÊm MDF th6nh phÈm
- §é bÒn kÐo ®øt x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn ISO 527-1, ®é bÒn uèn x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn ISO 178-1993 (E) trªn m¸y Instron-100 KN (Mü), tèc ®é kÐo 2 mm/phót. §é bÒn va ®Ëp Charpy x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn ISO 179-1993 (E) trªn m¸y ®o Radmana ITR-2000 cña óc.
- CÊu tróc h×nh th¸i cña vËt liÖu ®’îc x¸c ®Þnh trªn kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt JOEL JMS 6360LV (NhËt B¶n).
- ¶nh h’ëng cña qu¸ tr×nh xö lý hãa häc ®Õn cÊu tróc bÒ mÆt cña sîi tre ®’îc x¸c ®Þnh theo ph’¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ hång ngo¹i trªn m¸y Tensor Brucker (Mü).
III - KÕT QU¶ V) TH¶O LUËN
1. Kh¶o s¸t tÝnh chÊt cña nguyªn liÖu ®Çu a) Nhùa PF tan trong n1íc
- Hm l’îng phÇn kh« x¸c ®Þnh t¹i 70oC l 43%.
- §é nhít x¸c ®Þnh b»ng phÔu BZ-4 l 38s ë nhiÖt ®é phßng.
- Khèi l’îng riªng 1,13 g/cm3.
- Hm l’îng phenol tù do l 17,09%.
- Thêi gian gel hãa cña nhùa x¸c ®Þnh t¹i c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau ®’îc tr×nh by ë b¶ng 1.
b) Nhùa PF tan trong cån
- Hm l’îng phenol tù do 4,93%.
- Hm l’îng phÇn kh« x¸c ®Þnh ë 70oC l 41%.
- Khèi l’îng riªng 1,02 g/cm3.
- §é nhít ®o b»ng phÔu BZ-4 l 27s ë nhiÖt ®é phßng.
- Thêi gian gel hãa ®’îc tr×nh by ë b¶ng 2.
B¶ng 1: Thêi gian gel hãa cña nhùa PF tan trong n’íc
NhiÖt ®é, oC
Thêi gian, s
80 90 100 110 120 130 140
183 167 108 90 75 51 40
B¶ng 2: Thêi gian gel hãa cña nhùa PF tan trong cån
NhiÖt ®é, oC
Thêi gian, s
100 110 120
88 73 69
130 140 150
57 31 26
c) Nhùa UF
- Hm l’îng phÇn kh« x¸c ®Þnh ë 70oC l 46%.
- §é nhít x¸c ®Þnh b»ng phÔu BZ-4 l 13s ë nhiÖt ®é phßng. - Khèi l’îng riªng 1,12 g/cm3.
- Thêi gian gel hãa ®’îc tr×nh by ë b¶ng 3.
B¶ng 3: Thêi gian gel hãa cña nhùa UF
NhiÖt ®é, oC 100 110 120
Thêi gian, s 134 127 98
130 140 150 160
65 57 43 28
105
d) Sîi tre/luång
- Hm Èm x¸c ®Þnh ë 90oC l 9,55%.
- Hm l’îng phÇn tro x¸c ®Þnh ë 500oC trong 2h l 1,35%.
- ¶nh h’ëng cña qu¸ tr×nh xö lý hãa häc b»ng NaOH 0,1 N trong 72 h ®Õn bÒ mÆt sîi tre/luång ®’îc thÓ hiÖn ë h×nh 1.
Cã thÓ nhËn thÊy so víi sîi tre luång ch’a
xö lý hãa häc th× ë sîi tre/luång sau khi xö lý ®E kh«ng cßn sù cã mÆt cña nhãm cacbonyl ë vïng pic 1733 cm-1 ®Æc tr’ng cho sù cã mÆt cña lignin do ®ã lm cho bÒ mÆt sîi th« r¸p h¬n dÔ thÊm nhùa h¬n. Kh¼ng ®Þnh cho sù lo¹i bá lignin ny l sù gi¶m c’êng ®é pic ë vïng 2918 cm-1 ®Æc tr’ng cho nhãm metoxy (OCH3) cã trong lignin.
- Ph©n bè kÝch th’íc cña sîi tre/luång ®’îc x¸c ®Þnh b»ng c¸c lo¹i sng cã m¾t sng kh¸c nhau v kÕt qu¶ ®’îc thÓ hiÖn ë h×nh 2.
Tre ch’a xö lý
Tre ®E xö lý
-C=O -OH
-OCH3
H×nh 1: Phæ FT-IR cña sîi tre/luång ch’a xö lý v ®E xö lý hãa häc
50 44.7 45
40
35 32
30
25
20
15
9.57
10
5 2.85
0
T l, %
7.83
0.582 0.078
0.45- 0.2- 0.15- 0.125- 0.105- 0.088- < 40 0.45 0.2 0.15 0.125 0.097 0.088
Kích thc, mm
H×nh 2: Ph©n bè kÝch th’íc cña sîi tre/luång phÕ th¶i 106
2. ¶nh hëng cña h-m lîng nhùa ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu MDF
l’îng víi ®é bÒn kÐo 14,17 MPa, ®é bÒn uèn 20,7 MPa v ®é bÒn va ®Ëp 1,9 KJ/m2.
a) ¶nh h1ëng cña h6m l1îng nhùa ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu MDF trªn c¬ së nhùa PF tan trong n1íc
¶nh h’ëng cña hm l’îng nhùa ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu ®’îc tiÕn hnh kh¶o s¸t víi c¶ sîi tre ®E xö lý kiÒm v ch’a xö lý kiÒm víi c¸c hm l’îng nhùa l 5%, 10% v 15% khèi l’îng. KÕt qu¶ vÒ tÝnh chÊt c¬ häc ®’îc tr×nh by ë h×nh 3, 4 v 5.
16
14
12
10
8.96 8
6 6.74
4
2
14.17
9.04 9.2
6.01
§E xö lý kiÒm
Ch’a xö lý kiÒm
Qua h×nh 3, 4 v 5 cho thÊy vËt liÖu MDF trªn c¬ së nhùa PF tan trong n’íc sö dông sîi tre/luång ®E xö lý kiÒm cho tÝnh chÊt c¬ häc cao h¬n so víi sîi tre/luång ch’a xö lý hãa häc. Bªn c¹nh ®ã, hm l’îng nhùa PF tan trong n’íc tèi ’u cho tÝnh chÊt c¬ häc cao nhÊt l 10% khèi
0
0 5 10 15 20
Hm l’îng nhùa, % khèi l’îng
H×nh 3: §é bÒn kÐo ®øt cña vËt liÖu MDF
25
20.7
20 17.2
15 11.7 16.3 15.8 §E xö lý kiÒm
1.95 1.9
1.85
1.8 1.77
1.75
1.9
1.82 1.84
10 Ch’a xö lý kiÒm 9.5
5
0
1.7
1.65 1.7
1.6
1.55 1.56
1.5
0 5 10 15 20 0 5 10 15 20
H- l h % khèi l
H×nh 4: §é bÒn uèn cña vËt liÖu MDF
b) ¶nh h1ëng cña h6m l1îng nhùa ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu MDF trªn c¬ së nhùa PF tan trong cån
¶nh h’ëng cña hm l’îng nhùa ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu ®’îc tiÕn hnh kh¶o s¸t víi c¶ sîi tre ®E xö lý kiÒm v ch’a xö lý kiÒm víi c¸c hm l’îng nhùa l 5%, 10%, 15% v 20% khèi l’îng. KÕt qu¶ x¸c ®Þnh tÝnh chÊt c¬ häc ®’îc tr×nh by ë h×nh 6, 7 v 8.
Qua h×nh 6, 7 v 8 cho thÊy vËt liÖu MDF trªn c¬ së nhùa PF tan trong cån sö dông sîi tre/luång ®E xö lý hãa häc cho ®é bÒn c¬ häc
H×nh 5: §é bÒn va ®Ëp cña vËt liÖu MDF
cao h¬n v ®¹t gi¸ trÞ cao nhÊt t¹i hm l’îng nhùa PF tan trong cån l 15%. Trong ®ã, ®é bÒn kÐo ®¹t 18,57MPa, ®é bÒn uèn ®¹t 37,4 MPa v ®é bÒn va ®Ëp ®¹t 2,16 KJ/m2.
c) ¶nh h1ëng cña h6m l1îng nhùa ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu MDF trªn c¬ së nhùa UF
¶nh h’ëng cña hm l’îng nhùa ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu ®’îc tiÕn hnh kh¶o s¸t víi c¶ sîi tre ®E xö lý kiÒm v ch’a xö lý kiÒm víi c¸c hm l’îng nhùa l 5%, 10%, 15% v 20% khèi l’îng. KÕt qu¶ vÒ tÝnh chÊt c¬ häc ®’îc tr×nh by ë h×nh 9, 10 v 11.
107
20 18.57 40 37.4
18 16 14 12 10 8 6 4 2
0
16.77
11.82
8.82
9.04
5.05
§E xö lý kiÒm Ch’a xö lý kiÒm
9.66
8.67
35
30 25.3
25 20.7 24.9 20 17.6
15 17.4 14.2
10 9.4
5
0
0 10 20 30
0 10 20 30
Hm l’îng nhùa, % khèi l’îng
H×nh 6: §é bÒn kÐo ®øt cña vËt liÖu MDF
Hm l’îng nhùa, % khèi l’îng
H×nh 7: §é bÒn uèn cña vËt liÖu MDF
...
- tailieumienphi.vn
nguon tai.lieu . vn