Công Nghệ Biến Tính Keo UF Urea Formaldehyde Bằng PVA Polyvinyl Alcohol Cho Sản Xuất Ván Dán

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Vai trò của keo UF trong ngành công nghiệp chế biến gỗ

1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước

1.2.1. Nghiên cứu cấu trúc phân tử keo UF

2. CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Mục tiêu tổng quát

2.2. Mục tiêu cụ thể

2.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.3.1. Đối tượng nghiên cứu

2.3.2. Phạm vi nghiên cứu

2.4. Nội dung nghiên cứu

2.4.1. Nghiên cứu quy hoạch đơn yếu tố

2.4.2. Nghiên cứu quy hoạch đa yếu tố

2.4.3. Xây dựng quy trình tổng hợp keo UF biến tính bằng PVA

2.5. Phương pháp nghiên cứu

2.5.1. Phương pháp lý thuyết

2.5.2. Phương pháp thực nghiệm

2.6. Những đóng góp mới của luận án

2.7. Ý nghĩa của luận án

2.7.1. Ý nghĩa khoa học

2.7.2. Ý nghĩa thực tiễn

4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

4.1. Kết quả ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần nguyên liệu đến tính chất keo UF (thực nghiệm quy hoạch đơn yếu tố)

4.1.1. Ảnh hưởng đến hàm lượng khô

4.1.2. Ảnh hưởng đến thời gian đóng rắn

4.1.3. Ảnh hưởng đến độ tan trong nước

4.1.4. Ảnh hưởng đến hàm lượng formaldehyde tự do

4.2. Kết quả ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần nguyên liệu đến một số tính chất cơ học của ván dán (thực nghiệm quy hoạch đơn yếu tố)

4.2.1. Ảnh hưởng của keo UF với lượng dùng PVA khác nhau

4.2.2. Ảnh hưởng của keo UF với tỉ lệ mol F và U1 khác nhau

4.3. Kết quả ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần nguyên liệu đến một số tính chất keo UF (thực nghiệm quy hoạch đa yếu tố)

4.3.1. Ảnh hưởng đến hàm lượng khô

4.3.2. Ảnh hưởng đến thời gian đóng rắn

4.3.3. Ảnh hưởng đến hàm lượng formaldehyde dư

4.4. Kết quả ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần nguyên liệu đến một số tính chất cơ học của ván dán (thực nghiệm quy hoạch đa yếu tố)

4.4.1. Ảnh hưởng đến độ bền kéo trượt màng keo

4.4.2. Ảnh hưởng đến độ bền uốn tĩnh

4.4.3. Ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi uốn tĩnh

4.5. Tối ưu hóa đồng thời nhiều bề mặt đáp ứng của các hàm mục tiêu trong quá trình tổng hợp keo UF biến tính PVA

4.5.1. Tối ưu hóa hàm lượng formaldehyde dư và độ bền dán dính

4.5.2. Tối ưu hóa hàm lượng formaldehyde dư, độ bền dán dính, hàm lượng khô

4.5.3. Tối ưu hóa hàm lượng formaldehyde dư, độ bền dán dính, hàm lượng khô, thời gian đóng rắn

4.5.4. Tối ưu hóa hàm lượng formaldehyde dư, độ bền dán dính, hàm lượng khô, thời gian đóng rắn, mô đun đàn hồi uốn tĩnh

4.5.5. Tối ưu hóa đồng thời tất cả bề mặt đáp ứng của các hàm mục tiêu trong quá trình tổng hợp keo

4.6. Thực hiện khảo nghiệm từ thông số tối ưu đã xác định

4.7. Xác định độ nhớt của keo

4.8. Cấu trúc hóa học của keo UF phân tích bằng phổ hồng ngoại (FTIR)

4.9. Xác định hàm lượng F phát thải từ ván dán

4.10. Đề xuất quy trình tổng hợp keo UF biến tính PVA (quy mô phòng thí nghiệm)

4.10.1. Xác định lượng nguyên liệu và lựa chọn thông số công nghệ

4.10.2. Lưu đồ quy trình công nghệ

4.10.3. Mô tả quy trình

4.10.4. Hướng dẫn sử dụng keo UF biến tính trong sản xuất ván dán

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Công nghệ biến tính keo UF

Công nghệ biến tính keo UF là một phương pháp quan trọng nhằm cải thiện tính chất của keo Urea Formaldehyde (UF). Keo UF được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp gỗ nhờ giá thành thấp và khả năng dán dính tốt. Tuy nhiên, keo UF có nhược điểm như khả năng chống ẩm thấp, màng keo giòn và phát thải formaldehyde gây hại cho sức khỏe. Biến tính keo bằng PVA (Polyvinyl Alcohol) giúp giảm hàm lượng formaldehyde tự do và tăng độ bền của keo. PVA là polymer tan trong nước, có khả năng phân hủy sinh học, thân thiện với môi trường. Nhóm -OH trong PVA dễ dàng tạo phản ứng khâu mạch với UF, cải thiện tính năng chịu nước và độ bền của keo.

1.1. Cơ chế biến tính keo UF bằng PVA

Cơ chế biến tính keo UF bằng PVA dựa trên phản ứng khâu mạch giữa nhóm -OH của PVA và nhóm methylol trong UF. Phản ứng này tạo ra cấu trúc mạng lưới bền vững, giúp keo có độ bền cao hơn và giảm lượng formaldehyde tự do. Quá trình biến tính cũng làm tăng độ dẻo của màng keo, giảm độ giòn và cải thiện khả năng chịu ẩm. Nghiên cứu cho thấy, tỷ lệ mol giữa formaldehyde và urea (F:U) ảnh hưởng lớn đến tính chất của keo. Tỷ lệ F:U thấp giúp giảm formaldehyde tự do nhưng có thể làm giảm độ bền dán dính. Do đó, việc tối ưu hóa tỷ lệ F:U và lượng PVA sử dụng là yếu tố quan trọng trong quá trình biến tính.

II. Ứng dụng PVA trong sản xuất ván dán

Ứng dụng PVA trong sản xuất ván dán mang lại nhiều lợi ích về chất lượng và môi trường. PVA không chỉ cải thiện tính chất của keo UF mà còn giúp giảm lượng formaldehyde phát thải từ ván dán. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh các tiêu chuẩn quốc tế về hàm lượng formaldehyde ngày càng nghiêm ngặt. Ván dán công nghiệp sử dụng keo UF biến tính PVA có độ bền kéo trượt và độ bền uốn tĩnh cao hơn so với ván dán sử dụng keo UF thông thường. Ngoài ra, PVA còn giúp tăng khả năng chịu nước của ván dán, mở rộng phạm vi ứng dụng trong các môi trường ẩm ướt.

2.1. Cải thiện chất lượng ván dán

Việc sử dụng PVA trong keo UF giúp cải thiện đáng kể chất lượng ván dán. Các thử nghiệm cho thấy, ván dán sử dụng keo UF biến tính PVA có độ bền kéo trượt màng keo cao hơn 15-20% so với ván dán thông thường. Độ bền uốn tĩnh và mô đun đàn hồi uốn tĩnh cũng được cải thiện, đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế như CARB và E1. Ngoài ra, hàm lượng formaldehyde phát thải từ ván dán giảm xuống dưới 0,1 ppm, đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Điều này không chỉ nâng cao giá trị sản phẩm mà còn giúp các nhà sản xuất đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về môi trường.

III. Quy trình sản xuất ván dán sử dụng keo UF biến tính

Quy trình sản xuất ván dán sử dụng keo UF biến tính PVA bao gồm các bước chính: chuẩn bị nguyên liệu, tổng hợp keo, ép ván và kiểm tra chất lượng. Trong quá trình tổng hợp keo, tỷ lệ mol F:U và lượng PVA được điều chỉnh để đạt được tính chất tối ưu. Sau đó, keo được phủ lên các lớp gỗ và ép dưới nhiệt độ và áp suất cao. Công nghệ sản xuất ván dán hiện đại cho phép kiểm soát chặt chẽ các thông số như nhiệt độ, thời gian ép và hàm lượng keo, đảm bảo chất lượng sản phẩm đồng đều. Quy trình này không chỉ nâng cao hiệu suất sản xuất mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường.

3.1. Tối ưu hóa quy trình tổng hợp keo

Tối ưu hóa quy trình tổng hợp keo UF biến tính PVA là yếu tố then chốt để đạt được chất lượng sản phẩm cao. Các nghiên cứu sử dụng phương pháp RSM (Response Surface Methodology) và CCD (Central Composite Design) để xác định các thông số tối ưu như tỷ lệ mol F:U, lượng PVA, nhiệt độ và thời gian phản ứng. Kết quả cho thấy, tỷ lệ mol F:U tối ưu là 1,2:1 và lượng PVA chiếm 5-10% tổng khối lượng keo. Điều này giúp keo có hàm lượng formaldehyde dư thấp, độ bền dán dính cao và thời gian đóng rắn ngắn, phù hợp với quy trình sản xuất công nghiệp.

IV. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu về công nghệ biến tính keo UF bằng PVA có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn. Về mặt khoa học, nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết về cơ chế phản ứng và ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến tính chất keo. Về mặt thực tiễn, nghiên cứu giúp các nhà sản xuất cải thiện chất lượng keo UF, giảm lượng formaldehyde phát thải và nâng cao chất lượng ván dán công nghiệp. Điều này không chỉ đáp ứng nhu cầu thị trường mà còn góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe người tiêu dùng. Nghiên cứu cũng mở ra hướng phát triển mới trong ngành công nghiệp keo dán và chế biến gỗ.

4.1. Đóng góp mới của nghiên cứu

Nghiên cứu đã đưa ra quy trình tổng hợp keo UF biến tính PVA với các thông số tối ưu, giúp giảm hàm lượng formaldehyde dư xuống dưới 0,1 ppm và tăng độ bền dán dính lên 20%. Đây là đóng góp quan trọng trong việc nâng cao chất lượng ván dán chất lượng cao và đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế. Ngoài ra, nghiên cứu cũng đề xuất quy trình sản xuất keo UF biến tính PVA ở quy mô phòng thí nghiệm, tạo tiền đề cho việc ứng dụng vào sản xuất công nghiệp. Những kết quả này không chỉ có giá trị khoa học mà còn mang lại lợi ích kinh tế và xã hội lớn.

Nghiên Cứu Biến Tính Keo UF Urea Formaldehyde Bằng PVA Polyvinyl Alcohol Ứng Dụng Trong Sản Xuất Ván Dán