Nghiên cứu chế tạo tấm ép mdf trên cơ sở sợi tre phế liệu và nhựa phenol-ure-fomandehit

T¹p chÝ Hãa häc, T. 45 (5A), Tr. 104 - 110, 2007<br /> <br /> <br /> <br /> NGHI£N CøU CHÕ T¹O TÊM ÐP MDF TR£N C¥ Së SîI TRE<br /> PHÕ LIÖU Vµ NHùA PHENOL-URE-FOMANDEHIT<br /> §Õn Tßa so¹n 16-8-2007<br /> TrÇn VÜnh DiÖu, NguyÔn Ph¹m Duy Linh, Ph¹m TuÊn Anh<br /> Trung t©m Nghiªn cøu VËt liÖu Polyme, Tr1êng §¹i häc B¸ch khoa H6 Néi<br /> Summary<br /> This paper shows some results of mechanical properties and morphology of medium density<br /> fiberboard (MDF) based on bamboo fibers, one of by-products of bamboo factory, and phenol-<br /> and urea-formaldehyde resins. In the case of water soluble phenol-formaldehyde resin the best<br /> resin content in composition is 10% wt. and tensile, flexural and impact strengths are 14.7 MPa,<br /> 20.7 MPa and 1.9 KJ/m2, respectively. For ethyl alcohol soluble phenol- formaldehyde resin, the<br /> best resin content is 15% wt. and tensile, flexural and impact strengths are 18.57 MPa, 37.4 MPa<br /> and 2.16 KJ/m2, respectively. The best resin content of water soluble urea- formaldehyde resin is<br /> 10% wt and tensile, flexural and impact strengths are 4.97 MPa, 8.7 MPa and 1.08 KJ/m2,<br /> respectively.<br /> <br /> <br /> I - Më §ÇU - Sîi tre/luång cña c«ng ty v¸n s n Bamboo<br /> Factory H¶i D'¬ng.<br /> ViÖc tËn dông phÕ liÖu cña c¸c nh m¸y s¶n - Nhùa PF tan trong n'íc (Trung Quèc).<br /> xuÊt v¸n s n xuÊt khÈu tõ tre/luång ®ang ®'îc<br /> - Nhùa UF (ViÖt Nam).<br /> rÊt quan t©m. ThÝ dô, Bamboo Factory ë khu<br /> c«ng nghiÖp §¹i An, tØnh H¶i D'¬ng h ng n¨m 2. Ph ¬ng ph¸p chÕ t¹o tÊm MDF<br /> th¶i ra v i tr¨m tÊn sîi tre/luång ng¾n, nÕu<br /> kh«ng t×m c¸ch sö dông hîp lý sÏ g©y « nhiÔm Sîi tre/luång ®'îc sÊy trong tñ sÊy tr'íc khi<br /> m«i tr'êng. §Ò t i n y ®E tiÕn h nh nghiªn cøu trén víi nhùa ®Ó lo¹i bá h¬i n'íc. Nhùa v<br /> chÕ t¹o vËt liÖu MDF (Medium Density tre/luång ®'îc trén víi nhau theo tõng tû lÖ x¸c<br /> Fiberboard) trªn c¬ së sîi tre/luång phÕ liÖu víi ®Þnh v sÊy nhÑ trong vßng 12 h nh»m lo¹i bá<br /> nhùa phenol fomandehit (PF) v ure fomandehit n'íc cã trong nhùa. Hçn hîp nhùa v tre/luång<br /> (UF). ®'îc Ðp s¬ bé t¹o prepreg trªn m¸y Ðp víi ®iÒu<br /> kiÖn Ðp 60oC v 100 kG/cm2. C¸c tÊm prepreg<br /> ®'îc xÕp v o khu«n Ðp v gia c«ng t¹o tÊm<br /> II - Thùc NGHIÖM MDF th nh phÈm víi c¸c ®iÒu kiÖn Ðp 130oC,<br /> 100 kG/cm2 trong 2 phót. TÊm MDF t¹o th nh<br /> 1. Nguyªn liÖu ®Çu cã ®é d y 3 mm víi c¸c h m l'îng sîi kh¸c<br /> - Phenol lo¹i tinh khiÕt, h m l'îng 99% nhau.<br /> (Trung Quèc). 3. C¸c ph ¬ng ph¸p x¸c ®Þnh tÝnh chÊt cña<br /> - Fomalin h m l'îng 37% (Trung Quèc). vËt liÖu<br /> - Hydroxit amoni 25% (Trung Quèc). a) TÝnh chÊt cña nguyªn liÖu ®Çu<br /> - R'îu etylic 98% (Trung Quèc).<br /> - Nhùa PF tan trong n'íc cña Trung Quèc<br /> - Toluen (Trung Quèc). v PF tan trong cån ®'îc tæng hîp v x¸c ®Þnh<br /> 104<br /> c¸c tÝnh chÊt nh' h m l'îng phenol tù do, h m III - KÕT QU¶ V) TH¶O LUËN<br /> l'îng phÇn kh«, thêi gian gel hãa v ®é nhít.<br /> - Nhùa UF tan trong n'íc ®'îc tiÕn h nh 1. Kh¶o s¸t tÝnh chÊt cña nguyªn liÖu ®Çu<br /> x¸c ®Þnh c¸c tÝnh chÊt nh' h m l'îng phÇn kh«, a) Nhùa PF tan trong n1íc<br /> thêi gian gel ho¸, ®é nhít.<br /> - H m l'îng phÇn kh« x¸c ®Þnh t¹i 70oC l<br /> - Sîi tre ®'îc x¸c ®Þnh h m Èm v h m 43%.<br /> l'îng phÇn tro.<br /> - §é nhít x¸c ®Þnh b»ng phÔu BZ-4 l 38s ë<br /> b) TÝnh chÊt cña tÊm MDF th6nh phÈm nhiÖt ®é phßng.<br /> - §é bÒn kÐo ®øt x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn - Khèi l'îng riªng 1,13 g/cm3.<br /> ISO 527-1, ®é bÒn uèn x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn - H m l'îng phenol tù do l 17,09%.<br /> ISO 178-1993 (E) trªn m¸y Instron-100 KN<br /> - Thêi gian gel hãa cña nhùa x¸c ®Þnh t¹i<br /> (Mü), tèc ®é kÐo 2 mm/phót. §é bÒn va ®Ëp<br /> c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau ®'îc tr×nh b y ë b¶ng 1.<br /> Charpy x¸c ®Þnh theo tiªu chuÈn ISO 179-1993<br /> (E) trªn m¸y ®o Radmana ITR-2000 cña óc. b) Nhùa PF tan trong cån<br /> - CÊu tróc h×nh th¸i cña vËt liÖu ®'îc x¸c - H m l'îng phenol tù do 4,93%.<br /> ®Þnh trªn kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt JOEL JMS - H m l'îng phÇn kh« x¸c ®Þnh ë 70oC l<br /> 6360LV (NhËt B¶n). 41%.<br /> - ¶nh h'ëng cña qu¸ tr×nh xö lý hãa häc - Khèi l'îng riªng 1,02 g/cm3.<br /> ®Õn cÊu tróc bÒ mÆt cña sîi tre ®'îc x¸c ®Þnh - §é nhít ®o b»ng phÔu BZ-4 l 27s ë nhiÖt<br /> theo ph'¬ng ph¸p ph©n tÝch phæ hång ngo¹i trªn ®é phßng.<br /> m¸y Tensor Brucker (Mü).<br /> - Thêi gian gel hãa ®'îc tr×nh b y ë b¶ng 2.<br /> <br /> B¶ng 1: Thêi gian gel hãa cña nhùa PF tan trong n'íc<br /> NhiÖt ®é, oC 80 90 100 110 120 130 140<br /> Thêi gian, s 183 167 108 90 75 51 40<br /> <br /> B¶ng 2: Thêi gian gel hãa cña nhùa PF tan trong cån<br /> NhiÖt ®é, oC 100 110 120 130 140 150<br /> Thêi gian, s 88 73 69 57 31 26<br /> <br /> c) Nhùa UF<br /> - H m l'îng phÇn kh« x¸c ®Þnh ë 70oC l 46%.<br /> - §é nhít x¸c ®Þnh b»ng phÔu BZ-4 l 13s ë nhiÖt ®é phßng.<br /> - Khèi l'îng riªng 1,12 g/cm3.<br /> - Thêi gian gel hãa ®'îc tr×nh b y ë b¶ng 3.<br /> <br /> B¶ng 3: Thêi gian gel hãa cña nhùa UF<br /> NhiÖt ®é, oC 100 110 120 130 140 150 160<br /> Thêi gian, s 134 127 98 65 57 43 28<br /> <br /> <br /> 105<br /> d) Sîi tre/luång xö lý hãa häc th× ë sîi tre/luång sau khi xö lý ®E<br /> kh«ng cßn sù cã mÆt cña nhãm cacbonyl ë vïng<br /> - H m Èm x¸c ®Þnh ë 90oC l 9,55%.<br /> pic 1733 cm-1 ®Æc tr'ng cho sù cã mÆt cña lignin<br /> - H m l'îng phÇn tro x¸c ®Þnh ë 500oC do ®ã l m cho bÒ mÆt sîi th« r¸p h¬n dÔ thÊm<br /> trong 2h l 1,35%. nhùa h¬n. Kh¼ng ®Þnh cho sù lo¹i bá lignin n y<br /> l sù gi¶m c'êng ®é pic ë vïng 2918 cm-1 ®Æc<br /> - ¶nh h'ëng cña qu¸ tr×nh xö lý hãa häc tr'ng cho nhãm metoxy (OCH3) cã trong lignin.<br /> b»ng NaOH 0,1 N trong 72 h ®Õn bÒ mÆt sîi<br /> tre/luång ®'îc thÓ hiÖn ë h×nh 1. - Ph©n bè kÝch th'íc cña sîi tre/luång ®'îc<br /> x¸c ®Þnh b»ng c¸c lo¹i s ng cã m¾t s ng kh¸c<br /> Cã thÓ nhËn thÊy so víi sîi tre luång ch'a nhau v kÕt qu¶ ®'îc thÓ hiÖn ë h×nh 2.<br /> <br /> <br /> Tre ch'a xö lý<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tre ®E xö lý<br /> <br /> <br /> -C=O<br /> -OH<br /> <br /> -OCH3<br /> <br /> <br /> <br /> H×nh 1: Phæ FT-IR cña sîi tre/luång ch'a xö lý v ®E xö lý hãa häc<br /> <br /> 50<br /> 44.7<br /> 45<br /> 40<br /> 35 32<br /> T l , %|<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 30<br /> 25 T l ,%<br /> 20<br /> 15<br /> 9.57<br /> 10 7.83<br /> <br /> 5 2.85<br /> 0.582 0.078<br /> 0<br /> 0.45- 0.2- 0.15- 0.125- 0.105- 0.088- <<br /> 40 0.45 0.2 0.15 0.125 0.097 0.088<br /> <br /> Kích th c, mm<br /> <br /> <br /> H×nh 2: Ph©n bè kÝch th'íc cña sîi tre/luång phÕ th¶i<br /> 106<br /> 2. ¶nh h ëng cña h-m l îng nhùa ®Õn tÝnh l'îng víi ®é bÒn kÐo 14,17 MPa, ®é bÒn uèn<br /> chÊt c¬ häc cña vËt liÖu MDF 20,7 MPa v ®é bÒn va ®Ëp 1,9 KJ/m2.<br /> <br /> a) ¶nh h1ëng cña h6m l1îng nhùa ®Õn tÝnh chÊt 16<br /> c¬ häc cña vËt liÖu MDF trªn c¬ së nhùa PF 14 14.17<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> §é bÒn kÐo, MPa<br /> tan trong n1íc 12<br /> <br /> ¶nh h'ëng cña h m l'îng nhùa ®Õn tÝnh 10<br /> 8.96 9.04 9.2<br /> chÊt c¬ häc cña vËt liÖu ®'îc tiÕn h nh kh¶o s¸t 8<br /> víi c¶ sîi tre ®E xö lý kiÒm v ch'a xö lý kiÒm 6.74<br /> 6 6.01<br /> víi c¸c h m l'îng nhùa l 5%, 10% v 15%<br /> khèi l'îng. KÕt qu¶ vÒ tÝnh chÊt c¬ häc ®'îc 4 §E xö lý kiÒm<br /> tr×nh b y ë h×nh 3, 4 v 5. 2<br /> Ch'a xö lý kiÒm<br /> <br /> Qua h×nh 3, 4 v 5 cho thÊy vËt liÖu MDF 0<br /> trªn c¬ së nhùa PF tan trong n'íc sö dông sîi 0 5 10 15 20<br /> <br /> tre/luång ®E xö lý kiÒm cho tÝnh chÊt c¬ häc cao<br /> h¬n so víi sîi tre/luång ch'a xö lý hãa häc. Bªn H m l'îng nhùa, % khèi l'îng<br /> c¹nh ®ã, h m l'îng nhùa PF tan trong n'íc tèi<br /> 'u cho tÝnh chÊt c¬ häc cao nhÊt l 10% khèi H×nh 3: §é bÒn kÐo ®øt cña vËt liÖu MDF<br /> <br /> 25 1.95<br /> 20.7 1.9<br /> §é bÒn va ®Ëp, KJ/m2<br /> §é bÒn uèn, MPa<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 1.9<br /> 20 17.2 1.85 1.84<br /> 1.82<br /> 1.8 1.77<br /> 15 15.8<br /> 11.7 16.3<br /> §E xö lý kiÒm 1.75<br /> <br /> 10 Ch'a xö lý kiÒm 1.7<br /> 9.5 1.65 1.7<br /> <br /> 5 1.6<br /> 1.55 1.56<br /> 0 1.5<br /> 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20<br /> H- l h % khèi l<br /> <br /> <br /> H×nh 4: §é bÒn uèn cña vËt liÖu MDF H×nh 5: §é bÒn va ®Ëp cña vËt liÖu MDF<br /> <br /> b) ¶nh h1ëng cña h6m l1îng nhùa ®Õn tÝnh chÊt cao h¬n v ®¹t gi¸ trÞ cao nhÊt t¹i h m l'îng<br /> c¬ häc cña vËt liÖu MDF trªn c¬ së nhùa PF nhùa PF tan trong cån l 15%. Trong ®ã, ®é bÒn<br /> tan trong cån kÐo ®¹t 18,57MPa, ®é bÒn uèn ®¹t 37,4 MPa v<br /> ®é bÒn va ®Ëp ®¹t 2,16 KJ/m2.<br /> ¶nh h'ëng cña h m l'îng nhùa ®Õn tÝnh<br /> chÊt c¬ häc cña vËt liÖu ®'îc tiÕn h nh kh¶o s¸t c) ¶nh h1ëng cña h6m l1îng nhùa ®Õn tÝnh chÊt<br /> víi c¶ sîi tre ®E xö lý kiÒm v ch'a xö lý kiÒm c¬ häc cña vËt liÖu MDF trªn c¬ së nhùa UF<br /> víi c¸c h m l'îng nhùa l 5%, 10%, 15% v<br /> ¶nh h'ëng cña h m l'îng nhùa ®Õn tÝnh<br /> 20% khèi l'îng. KÕt qu¶ x¸c ®Þnh tÝnh chÊt c¬<br /> chÊt c¬ häc cña vËt liÖu ®'îc tiÕn h nh kh¶o s¸t<br /> häc ®'îc tr×nh b y ë h×nh 6, 7 v 8.<br /> víi c¶ sîi tre ®E xö lý kiÒm v ch'a xö lý kiÒm<br /> Qua h×nh 6, 7 v 8 cho thÊy vËt liÖu MDF víi c¸c h m l'îng nhùa l 5%, 10%, 15% v<br /> trªn c¬ së nhùa PF tan trong cån sö dông sîi 20% khèi l'îng. KÕt qu¶ vÒ tÝnh chÊt c¬ häc<br /> tre/luång ®E xö lý hãa häc cho ®é bÒn c¬ häc ®'îc tr×nh b y ë h×nh 9, 10 v 11.<br /> <br /> 107<br />  20 18.57 40 37.4<br /> <br /> 18 16.77 35<br /> §E xö lý kiÒm<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> §é bÒn uèn, MPa<br /> §é bÒn kÐo, MPa<br /> <br /> <br /> <br /> 16 30<br /> 25.3<br /> 14 Ch'a xö lý kiÒm<br /> 11.82 25 20.7 24.9<br /> 12 17.6<br /> 20<br /> 10 8.82<br /> 9.66<br /> 9.04 15 17.4 14.2<br /> 8 8.67<br /> 10 9.4<br /> 6<br /> 5<br /> 4 5.05<br /> 2 0<br /> 0 10 20 30<br /> 0<br /> 0 10 20 30<br /> H m l'îng nhùa, % khèi l'îng H m l'îng nhùa, % khèi l'îng<br /> H×nh 6: §é bÒn kÐo ®øt cña vËt liÖu MDF H×nh 7: §é bÒn uèn cña vËt liÖu MDF<br /> <br /> 6<br /> <br /> 2.5 4.97<br /> 2.16 5<br /> §é bÒn va ®Ëp, KJ/m2<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> §é bÒn kÐo, MPa<br /> <br /> 2 §E xö lý kiÒm 4 3.75<br /> 3.7<br /> 1.43 Ch'a xö lý kiÒm<br /> 1.5 3 2.77<br /> 1.08 3.4<br /> 0.99<br /> 1 2 2.51<br /> 0.86<br /> 0.86<br /> 0.82 1<br /> 0.5 0.76<br /> <br /> <br /> 0<br /> 0<br /> 0 10 20 30<br /> 0 5 10 15 20<br /> H m l'îng nhùa, % khèi l'îng H m l'îng nhùa, % khèi l'îng<br /> H×nh 8: §é bÒn va ®Ëp cña vËt liÖu MDF H×nh 9: §é bÒn kÐo ®øt cña vËt liÖu MDF<br /> 10 1.2<br /> 9<br /> 8.7 §E xö lý kiÒm 1.08<br /> 2<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 1.1<br /> §é bÒn va ®Ëp, KJ/m<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 8<br /> §é bÒn uèn, MPa<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Ch'a xö lý kiÒm<br /> 7<br /> 1 1.01<br /> 6 7.3 1.03<br /> 5 4.6 5.1 0.9 0.93<br /> 4 3.9<br /> 3.5 0.8<br /> 3 0.79<br /> 2 0.74<br /> 0.7<br /> 1<br /> 0 0.6<br /> 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20<br /> H m l'îng nhùa, % khèi l'îng H m l'îng nhùa, % khèi l'îng<br /> H×nh 10: §é bÒn uèn cña vËt liÖu MDF H×nh 11: §é bÒn va ®Ëp cña vËt liÖu MDF<br /> 108<br />  H×nh 9, 10 v 11 cho thÊy tÝnh chÊt c¬ häc b»ng kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt víi c¸c mÉu ph¸<br /> cña vËt liÖu MDF ®¹t cao nhÊt khi sö dông sîi huû kÐo chøa 10% khèi l'îng nhùa PF tan trong<br /> tre/luång ®E xö lý kiÒm v h m l'îng nhùa UF cån v sîi tre/luång ®E xö lý hãa häc; chøa 10%<br /> l 10% khèi l'îng víi c¸c gi¸ trÞ ®é bÒn kÐo, ®é khèi l'îng nhùa PF tan trong cån v sîi<br /> bÒn uèn v ®é bÒn va ®Ëp t'¬ng øng l 4,97 tre/luång ch'a xö lý hãa häc; chøa 10% khèi<br /> MPa, 8,7 MPa v 1,08 KJ/m2. l'îng nhùa PF tan trong n'íc v sîi tre/luång<br /> ®E xö lý kiÒm; chøa 10% nhùa khèi l'îng nhùa<br /> 3. Kh¶o s¸t cÊu tróc h×nh th¸i cña vËt liÖu<br /> MDF trªn c¬ së nhùa PF v- UF UF v sîi tre/luång ®E xö lý kiÒm. ¶nh SEM<br /> cña c¸c mÉu trªn ®'îc tr×nh b y ë c¸c h×nh 12,<br /> CÊu tróc h×nh th¸i cña vËt liÖu ®'îc x¸c ®Þnh 13, 14 v 15.<br /> <br /> <br /> Nhùa liªn kÕt<br /> víi sîi luång<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H×nh 12: ¶nh SEM cña MDF chøa 10% H×nh 13: ¶nh SEM cña MDF chøa 10%<br /> nhùa PF tan trong cån v sîi tre ®E xö lý nhùa PF tan trong cån v sîi tre ch'a xö lý<br /> kiÒm kiÒm<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H×nh 14: ¶nh SEM cña MDF chøa 10% H×nh 15: ¶nh SEM cña MDF chøa 10%<br /> nhùa PF tan trong n'íc v sîi tre ®E xö lý nhùa UF tan trong cån v sîi tre ®E xö lý<br /> kiÒm kiÒm<br /> <br /> H×nh 11, 12, 13 v 14 cho thÊy ®èi víi mÉu nhiÒu lç trèng h¬n so víi mÉu sö dông sîi<br /> chøa sîi tre ch'a xö lý kiÒm th× sù t¸ch ra cña tre/luång ®E xö lý kiÒm. Bªn c¹nh ®ã, mÉu ph¸<br /> sîi dÔ d ng h¬n, mÉu ph¸ huû kÐo xuÊt hiÖn huû kÐo cña vËt liÖu MDF trªn c¬ së nhùa UF<br /> <br /> 109<br /> th× hÇu nh' kh«ng cßn sù xuÊt hiÖn cña nhùa khèi l'îng v nhùa UF l 10% khèi l'îng.<br /> trªn bÒ mÆt sîi. §iÒu n y chøng minh ®'îc cho<br /> c¸c kÕt qu¶ vÒ tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu tr×nh T)i liÖu tham kh¶o<br /> b y ë trªn.<br /> 1. Dieu Tran Vinh. Third International<br /> IV - KÕT LUËN Workshop on Green Composites. March 16-<br /> 17, 2005, Kyoto, Japan.<br /> 1. Nhùa PF tan trong cån cho vËt liÖu MDF<br /> 2. A. K. Bledzki, J. Gassan. Prog. Polym. Sci.<br /> cã ®é bÒn c¬ häc cao nhÊt, ®é bÒn uèn ®¹t gi¸ trÞ<br /> (1999), vol.24, P. 221 - 2274..<br /> cao nhÊt (37,4 MPa); §é bÒn kÐo ®¹t cao nhÊt<br /> (18,57 MPa); §é bÒn va ®Ëp ®¹t cao nhÊt (2,16 3. Kazuya Okubo, Toru Fujii, Yuzo<br /> KJ/m2) ë h m l'îng nhùa 15%. Yamamoto. Development of bamboo-based<br /> 2. Phoi luång sau khi xö lý kiÒm cho vËt liÖu polymer composites and their mechanical<br /> properties. Composites: Part A: Applied<br /> cã tÝnh chÊt tèt h¬n so víi khi ch'a xö lý.<br /> science and manufaturing, 2003.<br /> 3. §E kh¶o s¸t cÊu tróc h×nh th¸i cña vËt liÖu<br /> chÕ t¹o tõ c¸c lo¹i nhùa kh¸c nhau víi luång ®E 4. Phenolic Resins. Ullmann's Encyclopedia of<br /> xö lý v ch'a xö lý kiÒm. Industrial Chemistry.<br /> <br /> 4. øng víi mçi lo¹i nhùa kh¸c nhau sÏ cho<br /> 5. Xiaobo Li. Physical, Chemical and<br /> Mechanical Properties of bamboo and its<br /> mét gi¸ trÞ h m l'îng nhùa sö dông tèi 'u trong<br /> utilization potential for fiberboard<br /> tÊm Ðp MDF. §èi víi nhùa PF tan trong n'íc l<br /> manufacturing. www.etd.lsu.edu.<br /> 10% khèi l'îng; nhùa PF tan trong cån l 15%<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 110<br />