Khảo sát các điều kiện tổng hợp keo nhựa thông tại HCMUTE

Đồ án nghiên cứu hcmute khảo sát các điều kiện tổng hợp keo nhựa thông, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán .

Chuyên ngành

Công Nghệ Vật Liệu

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

khóa luận tốt nghiệp

2020

69
3
0

Phí lưu trữ

30 Point

Mục lục chi tiết

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về keo dán

1.2. Keo dán sử dụng cho giấy thành phẩm

1.3. Keo dán sử dụng trong công nghiệp sản xuất giấy

1.4. Gia keo trong công nghiệp sản xuất giấy

1.4.1. Gia keo nội bộ

1.4.2. Gia keo bề mặt

1.5. Keo Alkyl Ketene Dimer (AKD)

2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về keo nhựa thông

Khảo sát điều kiện tổng hợp keo nhựa thông tại HCMUTE bắt đầu bằng việc tổng quan về keo nhựa thông và vai trò của nó trong ngành công nghiệp giấy. Keo nhựa thông là một loại keo tự nhiên, được chiết xuất từ nhựa cây thông, có khả năng kết dính tốt và được sử dụng rộng rãi trong sản xuất giấy. HCMUTE đã tiến hành nhiều nghiên cứu về keo nhựa thông, nhấn mạnh tầm quan trọng của nó trong việc cải thiện chất lượng giấy. Các nghiên cứu gần đây cho thấy keo nhựa thông không chỉ giúp tăng cường độ bền của giấy mà còn cải thiện khả năng chống thấm nước, một yếu tố quan trọng trong sản xuất giấy. Việc sử dụng keo nhựa thông trong công nghiệp giấy đã được chứng minh là hiệu quả và tiết kiệm chi phí, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường nhờ vào nguồn gốc tự nhiên của nó.

1.1. Công nghệ tổng hợp keo nhựa thông

Công nghệ tổng hợp keo nhựa thông đã trải qua nhiều cải tiến để nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm. Phương pháp tổng hợp hiện đại thường sử dụng phản ứng Diels-Alder để tạo ra các sản phẩm keo nhựa thông biến tính, giúp cải thiện tính chất vật lý và hóa học của keo. Nghiên cứu tại HCMUTE đã chỉ ra rằng việc biến tính nhựa thông bằng maleic anhydride có thể tạo ra keo nhựa thông nhũ tương với độ nhớt thấp hơn, dễ dàng hơn trong việc áp dụng vào quy trình sản xuất giấy. Điều này không chỉ giúp tăng cường khả năng kết dính mà còn giảm thiểu lượng keo cần thiết, từ đó giảm chi phí sản xuất. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng thời gian và nhiệt độ phản ứng có ảnh hưởng lớn đến hàm lượng maleic anhydride tham gia vào quá trình tổng hợp, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng của keo nhựa thông cuối cùng.

II. Phương pháp thực nghiệm

Phương pháp thực nghiệm được áp dụng trong nghiên cứu này bao gồm việc khảo sát các điều kiện tổng hợp keo nhựa thông. Các yếu tố như nhiệt độ, thời gian phản ứng và tỉ lệ mol giữa nhựa thông và maleic anhydride được điều chỉnh để tối ưu hóa quy trình tổng hợp. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc kiểm soát nhiệt độ phản ứng là rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ phản ứng và chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Thí nghiệm được thực hiện tại HCMUTE với sự hỗ trợ của các thiết bị hiện đại, đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả. Kết quả thu được từ các thí nghiệm cho thấy rằng tỉ lệ mol tối ưu giữa nhựa thông và maleic anhydride là 1:6,2, cho phép đạt được hàm lượng maleic anhydride cao nhất trong sản phẩm keo nhựa thông nhũ tương.

2.1. Khảo sát điều kiện phản ứng

Khảo sát điều kiện phản ứng là một phần quan trọng trong nghiên cứu tổng hợp keo nhựa thông. Các thí nghiệm được thiết kế để xác định ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ đến quá trình tổng hợp. Kết quả cho thấy rằng thời gian phản ứng từ 30 đến 90 phút là tối ưu, với nhiệt độ phản ứng từ 50 đến 80 độ C. Sự thay đổi trong các điều kiện này không chỉ ảnh hưởng đến hàm lượng maleic anhydride mà còn đến độ nhớt và tính chất của keo nhựa thông nhũ tương. Việc tối ưu hóa các điều kiện này giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm, đồng thời giảm thiểu chi phí và thời gian sản xuất.

III. Kết quả và bàn luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng keo nhựa thông nhũ tương tổng hợp có tính chất vượt trội so với các loại keo truyền thống. Đặc biệt, độ nhớt của keo nhựa thông nhũ tương thấp hơn, giúp dễ dàng hơn trong việc áp dụng vào quy trình sản xuất giấy. Các thí nghiệm cũng chỉ ra rằng keo nhựa thông nhũ tương có khả năng chống thấm tốt hơn, nhờ vào cấu trúc phân tử được cải thiện thông qua quá trình biến tính. Điều này không chỉ giúp nâng cao chất lượng giấy mà còn giảm thiểu lượng keo cần thiết, từ đó giảm chi phí sản xuất. Nghiên cứu tại HCMUTE đã khẳng định rằng việc sử dụng keo nhựa thông nhũ tương là một giải pháp hiệu quả cho ngành công nghiệp giấy, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và bảo vệ môi trường.

3.1. Đánh giá chất lượng keo nhựa thông

Đánh giá chất lượng keo nhựa thông nhũ tương được thực hiện thông qua các chỉ tiêu như độ nhớt, khả năng kết dính và khả năng chống thấm. Kết quả cho thấy rằng keo nhựa thông nhũ tương có độ nhớt ổn định và khả năng kết dính tốt, đáp ứng yêu cầu của ngành công nghiệp giấy. Ngoài ra, khả năng chống thấm của keo nhựa thông nhũ tương cũng được cải thiện đáng kể so với các loại keo truyền thống. Điều này cho thấy rằng việc áp dụng công nghệ tổng hợp hiện đại có thể mang lại những sản phẩm keo nhựa thông chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

IV. Kết luận và kiến nghị

Kết luận từ nghiên cứu cho thấy rằng việc khảo sát các điều kiện tổng hợp keo nhựa thông tại HCMUTE đã mang lại những kết quả khả quan. Các điều kiện tối ưu cho quá trình tổng hợp đã được xác định, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng keo nhựa thông nhũ tương có tiềm năng lớn trong việc ứng dụng vào ngành công nghiệp giấy, không chỉ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Kiến nghị cho các nghiên cứu tiếp theo là tiếp tục khảo sát các phương pháp tổng hợp mới và mở rộng ứng dụng của keo nhựa thông trong các lĩnh vực khác.

4.1. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Đề xuất cho các nghiên cứu tiếp theo là mở rộng khảo sát về các loại keo nhựa thông biến tính khác, nhằm tìm ra những sản phẩm có tính năng vượt trội hơn. Bên cạnh đó, việc nghiên cứu ứng dụng của keo nhựa thông trong các lĩnh vực khác như xây dựng, dược phẩm cũng cần được xem xét. Điều này không chỉ giúp nâng cao giá trị của keo nhựa thông mà còn mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp vật liệu.

01/02/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Tổng quan về keo dán Keo dán là một loại vật liệu có khả năng kết dính hai hoặc nhiều mảnh vật liệu lại với nhau mà không làm thay đổi bản chất của chúng. Có 2 loại keo dán: • Keo dán tự nhiên: có nguồn gốc từ các hợp chất thiên nhiên có trong động, thực vật… • Keo dán tổng hợp: hóa học tổng hợp từ các hợp chất trong dầu mỏ, khí thiên nhiên, than đá… Keo dán giúp kết dính vật liệu hiệu quả, kỹ thuật đơn giản, độ thẩm mỹ cao. Tổng quan về keo dán sử dụng cho giấy 1.

Keo dán sử dụng cho giấy thành phẩm Đối với giấy thành phẩm, tùy vào nhu cầu sử dụng, người ta có thể sử dụng keo dán để thay đổi kích thước cũng như độ bền của giấy. Đối với giấy dùng trong đóng gói sản phẩm, keo dán giúp bồi giấy, dán các lớp giấy mỏng với nhau tạo cho giấy có độ cứng, độ dày mong muốn, chịu lực của sản phẩm bên trong. Keo dán sử dụng trong công nghiệp sản xuất giấy Trong quá trình sản xuất giấy, keo dán đóng một vai trò quan trọng. Keo được sử dụng từ những bước đầu của quá trình sản xuất giấy khi đi từ huyền phù bột giấy.

Keo dán giúp kết dính tốt các sợi giấy, tăng cường một số đặc tính của giấy liên quan đến các tính chất bề mặt sợi, cấu trúc mạng (kích thước lỗ rỗng, mật độ lỗ rỗng, xử lí bề mặt…), và đặc biệt là tăng cường khả năng kháng chất lỏng của sợi giấy bởi vì giấy hay bao bì, carton thông thường hút ẩm khá nhanh, nhạy trong môi trường có độ ẩm cao. Hiện nay, người ta đã phát triển nhiều loại keo dán khác nhau phù hợp để sử dụng trong công nghiệp sản xuất giấy. Các loại keo dán sử dụng trong sản xuất giấy thường là những chất không tan trong nước, tạo hiệu quả chống thấm tuyệt vời. Gia keo trong công nghiệp sản xuất giấy Gia keo là một công đoạn quan trọng trong quá trình sản xuất giấy.

Về cơ bản, giấy được cấu tạo từ các sợi cellulose ưa nước, nó có xu hướng hấp thụ các chất lỏng bằng tác động mao dẫn của các lỗ rỗng giữa các sợi. Mặc dù đặc tính này rất hữu ích cho việc lọc và làm mờ giấy, nhưng giấy in và giấy viết phải có khả năng chống lại vết mực ở một mức độ nào đó. Do đó, các tác nhân gia keo thường được thêm vào bột giấy hoặc áp dụng cho bề mặt giấy để cải thiện chất lượng in và viết bằng cách phát triển khả năng chống xâm nhập bởi chất lỏng của giấy. Keo nhựa thông là một trong những chất keo truyền thống và phổ biến nhất, tuy nhiên, rất khó để bảo quản giấy có keo chứa phèn trong thời gian dài vì tính chất acid của phèn.

Mặt khác, các 4 do an tác nhân gia keo như dimer alkyl ketene (AKD) và alkenyl succinic anhydride (ASA) phản ứng cộng hóa trị với các nhóm hydroxyl của cellulose để tạo liên kết ester trong điều kiện trung tính hoặc kiềm. Do đó, một lượng nhỏ AKD và ASA có thể cung cấp mạnh hiệu ứng gia keo trong thời gian dài mà không phá hủy ma trận giấy [3]. Các chất keo này thường được thêm vào bột giấy. Mặc dù vậy, keo nhựa thông vẫn có nhiều ưu điểm không thể thay thế.

Ngày nay, keo nhựa thông vẫn được sử dụng rộng rãi và phổ biến tại các nhà máy sản xuất giấy. Trong sản xuất giấy, việc gia keo làm giảm sự hấp thụ chất lỏng, cải thiện một số đặc tính của giấy như: độ sáng, bóng, tính bám mực, hiện tượng bóc sợi, độ hút mực, các đặc tính cơ lý… Có hai cách gia keo: gia keo bề mặt và gia keo nội bộ. • Gia keo nội bộ: nhóm keo được cho thẳng vào bột giấy nhằm tăng độ kết dính của xơ sợi và tăng tính kỵ nước của xơ sợi. Bên cạnh đó, tác dụng chính của các chất keo nội bộ là tăng khả năng hoạt động của máy tạo giấy.

Các nhóm keo được sử dụng phổ biến: keo AKD, keo ASA, keo nhựa thông…[1] • Gia keo bề mặt: keo được thêm vào ở giai đoạn cuối của quá trình sản xuất giấy, lấp đầy các chỗ lõm trên bề mặt giấy, cải thiện bề mặt giấy, vẫn bảo đảm được tính thẩm mỹ của sản phẩm. Ngoài ra, gia keo còn tăng cường liên kết bề mặt, tăng tính chống thấm của giấy. Nhóm keo được sử dụng cho gia keo bề mặt thường là: keo AKD (thể lỏng), keo tinh bột, keo acrylic, keo ure formaldehyde, keo phenol formaldehyde…[1] 1. Gia keo nội bộ 1.

Keo Alkyl Ketene Dimer (AKD) [4] ❖ Công thức cấu tạo, đặc điểm, tính chất R CH C CH R' O C O (R, R’ = C12H25, C14H29, C16H33, etc.) Ở nhiệt độ phòng, AKD là một loại sáp rắn, không tan trong nước có nhiệt độ nóng chảy khoảng 50°C, là hỗn hợp của acid béo từ C14 đến C18 khi được sản xuất từ các acid béo có bán trên thị trường. C16 là acid béo chiếm ưu thế trong các công thức được sử dụng nhiều nhất. ❖ Cơ chế gia keo Khả năng AKD được định hướng và cố định trên bề mặt sợi có liên quan đến cấu trúc phân tử và khả năng phản ứng của nó. Vòng lacton trong AKD cho phép nó phản ứng với các nucleophiles để hình thành liên kết ester β-keto với cellulose.

AKD cũng 5 do an có thể phản ứng với nước tạo thành acid β-keto và được decarboxylation tự nhiên thành ketone tương ứng. Ketone không có tác dụng gia keo. Phản ứng của AKD với cellulose tạo thành ester β-keto là cơ chế chính mà AKD gia keo giấy. Liên kết cộng hóa trị giúp cố định và định hướng đuôi kỵ nước hướng ra ngoài, cách xa bề mặt làm tăng hiệu quả gia keo và chống thấm.

Phản ứng giữa AKD với cellulose diễn ra chậm ở giá trị pH thấp, tuy nhiên có thể gia tốc phản ứng này với các chất xúc tiến, ví dụ như: các polymer cơ bản với các nhóm amine ion 𝐻𝐶𝑂3− , chất độn CaCO3. Tuy nhiên, AKD hấp thụ mạnh với PCC và GCC, do đó tỷ lệ chất độn cũng ảnh hưởng đến lượng keo AKD sử dụng. Bên cạnh đó, PCC có thể gây ra sự thủy phân, giá trị pH cao do kiềm dư, điều này làm tăng tốc độ thủy phân của AKD trong giấy, giảm tính năng chống thấm của giấy. Phản ứng hóa học của keo AKD với xơ sợi cellulose theo cơ chế các hạt kích thước cation được gắn vào các sợi điện tích âm, các hạt keo phân tán, lắng đọng trên bề mặt sợi.

Lượng AKD cần thiết để gia keo cho giấy phụ thuộc vào việc duy trì hiệu quả gia keo bởi vì AKD có thể bị thủy phân, mức độ phản ứng và bản chất của bột giấy. Đối với keo AKD, việc duy trì hiệu quả gia keo là vô cùng quan trọng. Keo Alkenyl Succinic Anhydride (ASA) [5, 6] ❖ Công thức cấu tạo, đặc điểm, tính chất O R HC C O H2C C C6H13 O (R = CH C C6H13, etc.) 6 do an ASA được tổng hợp từ các hydrocarbon olefin (số carbon trung bình = 18), có nguồn gốc từ dầu và MA theo phản ứng cộng ene. Ở nhiệt độ phòng, ASA là chất lỏng nhờn.

❖ Cơ chế gia keo Keo ASA là một trong những chất keo trung tính điển hình cũng như keo AKD cho giấy, tạo ra tính chống thấm nước cho giấy một cách hiệu quả bằng cách thêm nhũ tương cation vào huyền phù bột giấy ngay cả ở pH 7-9 do sự hiện diện của canxi carbonate được sử dụng làm chất độn. Nước và hơi ẩm luôn có mặt trong quá trình sản xuất giấy, đặc biệt trong điều kiện làm giấy kiềm tính, nói có canxi carbonate, phản ứng giữa ASA và OH dường như xảy ra chủ yếu (ASA trong nhũ tương dễ bị thủy phân thành acid alkenyl succinic (ASAcid) thay vì phản ứng pha rắn giữa ASA và cellulose-OH. O O R HC C R HC C OH O + H2O H2C C H2C C OH O O Phản ứng giữa thủy phân ASA tạo ASAcid O O R HC C OH R HC C Cellulose O + H2C C Cellulose H2C C OH O O Phản ứng giữa ASA với cellulose-OH. ASA có tính ưa nước hơn và do đó có đặc tính kết tụ và đông tụ thấp hơn, so với ASAcid.

ASA có thể phản ứng với nước và cấu trúc của ASA thay đổi trong quá trình thủy phân để tạo thành ASAcid, tính kỵ nước cao hơn. Đặc tính kỵ nước của ASAcid thuận lợi cho việc gia keo giấy. Như trong trường hợp keo AKD, sự hình thành ester giữa các nhóm ASA và nhóm hydroxyl của cellulose của sợi bột giấy trong tờ giấy đã gia keo ASA được cho là mang lại hiệu quả gia keo cao. Thêm vào đó, việc gia keo hiệu quả phụ thuộc vào trạng thái phân bố của các phân tử kỵ nước và đặc tính đông tụ thấp trên bề mặt bột giấy.

Sự khác biệt về tính chất giữa ASA và ASAcid dẫn đến cơ chế gia keo giấy hiệu quả. Lượng ASA cần thiết để gia keo giấy trong quy trình sản xuất thực tế là 0,1 - 0,2% đối với trọng lượng khô của bột giấy hoặc thấp hơn. Keo nhựa thông [1] Ngày nay, trong quy trình sản xuất giấy, các nhà máy dần chuyển hướng sang phương pháp gia keo trong môi trường trung tính hoặc kiềm tính bởi một số tính năng tối ưu hơn. Tuy nhiên, việc sử dụng keo nhựa thông để gia keo giấy vẫn được sử dụng phổ biến nhờ truyền thống lâu đời.

Bên cạnh đó, keo nhựa thông vẫn thể hiện được các tính năng ưu việt không thể thay thế đối với một số loại giấy. Bên cạnh keo nhựa thông truyền thống (sản phẩm keo nhựa thông xà phòng hóa), công nghệ sản xuất keo nhựa thông đã có sự hoàn thiện với sự ra đời của các loại keo khác như: keo nhựa thông cường tính, keo nhựa thông phân tán…cải thiện được các đặc tính còn hạn chế ở loại keo truyền thống. Gia keo bề mặt 1. Keo Acrylic Trong gia keo bề mặt, keo acrylic là một trong những lựa chọn hàng đầu do khả năng chống thấm nước bề mặt hiệu quả và nhanh chóng.

Keo acrylic có khả năng chiệu nhiệt cao, trong suốt nên vẫn đảm bảo được tính thẩm mỹ cao. Keo acrylic cho độ bám dính cao, lấp đầy các chỗ lõm bề mặt khi ở thể rắn, dễ dàng sử dụng. Keo Urea formaldehydride [7] Keo urea formaldehyde là loại keo tổng hợp quan trọng trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là gỗ ván.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Bài viết "Khảo sát điều kiện tổng hợp keo nhựa thông tại HCMUTE" cung cấp cái nhìn sâu sắc về quy trình và điều kiện cần thiết để tổng hợp keo nhựa thông, một vật liệu quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp. Tác giả đã phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng và hiệu suất của keo nhựa thông, từ đó đưa ra những khuyến nghị hữu ích cho các nhà nghiên cứu và kỹ sư trong lĩnh vực hóa học và vật liệu. Bài viết không chỉ giúp người đọc hiểu rõ hơn về quy trình tổng hợp mà còn mở ra cơ hội ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau.

Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về các nghiên cứu liên quan đến vật liệu và ứng dụng trong xử lý môi trường, hãy tham khảo bài viết Luận văn thạc sĩ kỹ thuật môi trường nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ quả phượng và ứng dụng trong xử lý nước thải. Ngoài ra, bài viết Luận văn thạc sĩ kỹ thuật hóa học khảo sát điều kiện tổng hợp vật liệu kháng khuẩn nanocomposite bạc trên cơ sở graphene oxit cũng sẽ cung cấp cho bạn những thông tin bổ ích về vật liệu kháng khuẩn. Cuối cùng, bạn có thể khám phá thêm về Luận văn thạc sĩ kỹ thuật hóa học nghiên cứu chế tạo và đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của hệ quang xúc tác tio2 để mở rộng kiến thức về các hệ thống xúc tác trong xử lý môi trường. Những tài liệu này sẽ giúp bạn có cái nhìn toàn diện hơn về các ứng dụng của vật liệu trong công nghệ hiện đại.