Keo dán gỗ

SCIENTECH. CO.LTD

CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG SẢN XUẤT KEO DÁN GỖ
Tiến sĩ: HOÀNG HẢI HIỀN
0963166239
scientech.bp@gmail.com
1. CÁC GIAI ĐOẠN CHÍNH TRONG SẢN XUẤT
Trong quá trình nấu keo có hai phản ứng chính xảy ra:
Phản ứng cộng
Giai đoạn này tạo ra các monomer
Đây là nguyên liệu để tạo thành polyme
Phản ứng trùng ngưng
Giai đoạn này là sự kết hợp của các monomer để tạo thành các chuỗi phân tử gọi là polymer
Giai đoạn này sẽ giải phóng các phân tử do sự hình thành các liên kết mới.
1. Tạo monomer (phản ứng cộng)
Là phản ứng xảy ra giữa formandehyt và urea, phản ứng này sẽ tạo ra các metylol bao gồm: monometylol, đimetylol, trimetylol,… các metylol này sẽ là nguyên liệu cho quá trình trùng ngưng tiếp theo.
2. TẠO KEO (PHẢN ỨNG TRÙNG NGƯNG)
Phản ứng trùng ngưng (đa tụ) là phản ứng xảy ra giữa các metylol nhằm tạo ra polymer có mạch phân tử lớn và tách loại các phân tử nhỏ. Giai đoạn này xảy ra ở môi trường axit với tốc độ phản ứng cao ở pH < 5, nếu pH < 3 tốc độ phản ứng sẽ rất lớn và rất khó kiểm soát. Trong giai đoạn này nhiệt độ phản ứng tăng rất nhanh, cần chú ý kiểm soát nhiệt độ tránh gel hoá cục bộ.
Trong thời gian đầu của giai đoạn này tốc độ phản ứng tăng chậm, sau đó tăng rất nhanh, cần kiểm soát tốc độ tạo keo và độ nhớt của keo cũng như nhiệt độ bình phản ứng. Các phản ứng ở giai đoạn này được trình bày trong sơ đồ dưới đây:
2. TẠO KEO (PHẢN ỨNG TRÙNG NGƯNG)
2. TẠO KEO (PHẢN ỨNG TRÙNG NGƯNG)
3. MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH PHẢN ỨNG
3.1. TỶ LỆ MOL
Tuỳ theo mục đích sử dụng của nhựa UF mà tỷ lệ mol trong quá trình tổng hợp cũng khác nhau. Thông thường giai đoạn phản ứng cộng để tạo metylol tỷ lệ F/U thường được chọn từ 2÷3. Trong giai đoạn trùng ngưng nếu tỷ lệ F/U = 1 thì sẽ tạo ra nhựa không có khả năng bám dính và không tan trong nước. Để tạo ra loại nhựa có thể tan trong nước và bám dính tốt nên chọn tỷ lệ F/U > 1, tỷ lệ này được thay đổi bằng cách cho thêm Urea vào các giai đoạn phản ứng tiếp theo. Thông thường sau giai đoạn trùng ngưng sẽ cho thêm urea vào để tạo các thêm metylol, nếu muốn độ nhớt tăng lên nữa thì có thể lặp lại quá trình trùng ngưng ở giai đoạn này. Ở cuối quá trình tổng hợp sẽ cho urea lần 3 nhằm mục đích phản ứng hết formandehyt dư và chống phát thải foramdehyt ra môi trường.
Tỷ lệ mol F/U cũng ảnh hưởng đến hàm lượng rắn và hàm lượng formandehyt phát thải, vì vậy cần phải có các thí nghiệm cụ thể nhằm khẳng định vấn đề này.
3.2. PH MÔI TRƯỜNG PHẢN ỨNG
3.2. PH MÔI TRƯỜNG PHẢN ỨNG
Phản ứng cộng xảy ra nhanh ở cả môi trường axit và bazơ, tuy nhiên trong môi trường có pH từ trên 8,5 phản ứng xảy ra nhanh hơn trong môi trường axit (độ dốc của đồ thị lớn hơn).
Phản ứng trùng ngưng không xảy ra trong môi trường kiềm, chỉ xảy ra trong môi trường axit. Tốc độ phản ứng cộng và phản ứng trùng ngưng gần như bằng nhau ở pH 6 -> 6,2 khi đó lnk ≈ -9,6. Khoảng pH từ 5 ÷ 6 cho thấy tốc độ của phản ứng cộng tăng chậm hơn rất nhiều so với phản ứng trùng ngưng.
Trong phản ứng tổng hợp keo UF sản phẩm của phản ứng cộng sẽ là nguyên liệu của phản ứng trùng ngưng. Từ các phân tích ở trên có thể thấy rằng: nếu tách ra từng giai đoạn phản ứng thì nên tiến hành phản ứng cộng ở giai đoạn đầu với pH từ 7,5 đến 9. Còn giai đoạn trùng ngưng nên tiến hành phản ứng ở pH khoảng 4 ÷ 5 sẽ đạt hiệu suất phản ứng tốt nhất và dễ kiểm soát quá trình phản ứng nhất.
Tuy nhiên để tiết kiệm chi phí cho quá trình điều chỉnh pH từ bazơ về axit cũng có thể tiến hành phản ứng giai đoạn đầu (phản ứng cộng) ở môi trường từ axit yếu đến bazơ yếu.
Như đã phân tích ở trên, nếu tiến hành phản ứng cộng ở môi trường axit yếu từ 5 ÷ 6 thì các metylol vừa mới sinh ra sẽ bị trùng ngưng ngay dẫn đến rất khó kiểm soát quá trình phản ứng và polymer thu được có mạch không dài. Nếu tiến hành phản ứng trong khoảng pH từ 6 ÷ 6,5 tuy tốc độ phản ứng cộng là chậm nhất, nhưng còn lớn hơn rất nhiều so với phản ứng trùng ngưng, vì vậy có thể tiến hành phản ứng tổng hợp UF ở pH = 6 ÷ 6,5.
3.3. NHIỆT ĐỘ
Theo Arrhenius thì khi nhiệt độ tăng, năng lượng hoạt hoá tăng vì vậy tốc độ phản ứng cũng tăng.
Theo Le Chatelier thì khi nhiệt độ tăng cân bằng phản ứng sẽ chuyển dịch sang hướng thu nhiệt tức là hình thành sản phẩm phản ứng có năng lượng hoạt hoá cao (phân tử hoạt động).
Trong giai đoạn đầu của quá trình phản ứng tổng hợp UF thường để nhiệt độ từ 70-95oC, để dễ dàng khống chế nhiệt độ trong giai đoạn này, theo kinh nghiệm sẽ cung cấp nhiệt để hệ phản ứng tăng nhiệt lên đến khoảng 65oC sau đó tăng chậm lên khoảng 80oC thời gian gia nhiệt này tương đương khoảng 2oC/phút. Sau đó để hệ phản ứng tự tăng nhiệt lên khoảng 95oC. Nếu nhiệt độ tăng nhanh quá nên giải nhiệt để làm chậm quá trình phản ứng.
3.4. THỜI GIAN
Trong giai đoạn phản ứng cộng, tốc độ phản ứng thuận sẽ giảm dần và tốc độ phản ứng nghịch tăng dần. Để cân bằng chuyển dịch về phía phản ứng thuận, thông thường cần nạp dư formandehyt.
Giai đoạn phản ứng trùng ngưng sẽ diễn ra ở môi trường axit, phản ứng này là sự kết hợp giữa các metylol để tạo thành polymer. Các polyme trùng ngưng không ngừng tăng về kích thước, vì vậy nên độ nhớt của dung dịch ngày càng tăng nhanh.
Sản phẩm của phản ứng trùng ngưng có thể lấy ra sử dụng bất cứ thời điểm nào của phản ứng. Vì vậy tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng cần loại nhựa có độ nhớt hay phân tử như thế nào thì sẽ dừng phản ứng tại thời điểm phù hợp nhất.
Việc thay đổi pH sang môi trường kiềm sẽ chấm dứt phản ứng trùng ngưng. Thông thường sau khi kết thúc phản ứng trùng ngưng người ta thêm urea vào nhằm để urea tác dụng với lượng dư formandehyt đang còn trong dung dịch phản ứng.
4. Một số sự cố thông thường và hướng dẫn khắc phục