Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổng quan về keo dán [1] 1. Khái niệm Keo dán là vật liệu mà khi gia công lên bề mặt các vật liệu nền (kim loại, gỗ, sành, sứ, plastic…) thì có thể nối chúng lại với nhau và giữ không cho chúng tách rời khỏi nhau. "Keo dán" là thuật ngữ nói chung dùng để chỉ các loại như: ximăng, hồ, paste (bột nhão).
Phân loại - Theo trạng thái keo: + Keo lỏng + Keo lỏng 2 thành phần + Keo dạng màng - Theo bản chất hóa học: + Keo epoxy + Keo xianoacrilat + Keo policloropren. - Theo vật liệu nền: + Keo dán kim loại - kim loại + Keo dán gỗ + Keo dán giấy - Điều kiện sử dụng keo: + Keo đóng rắn + Keo đóng rắn nóng + Keo đóng rắn nguội SVTH: NGUYỄN NGỌC HỒNG TRANG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: TS. HUỲNH ĐẠI PHÚ 1. Các ƣu nhƣợc điểm của keo dán Cách đây hàng thế kỷ loài người đã biết dùng keo để nối các vật liệu lại với nhau.
Tuy nhiên trong vòng 50 năm trở lại đây khoa học và công nghệ keo dán mới thực sự có những tiến bộ đáng kể và keo dán được dùng trong hầu hết mọi lĩnh vực. Loại keo dán được sử dụng chủ yếu là keo dán trên cơ sở polyme tổng hợp. Keo này có khả năng đáp ứng được các yêu cầu về kỹ thuật: có khả năng dán các loại vật liệu khác nhau, có đủ độ bền để có thể truyền tải trọng hay ứng suất (lực tác dụng) từ nền này sang nền khác. Thời gian gần đây do cuộc sống ngày càng phát triển nhu cầu về keo dán đảm bảo tính kỹ thuật ngày càng cao đã thôi thúc các nhà khoa học không ngừng nghiên cứu đưa ra hàng loạt keo mới trên cơ sở polyme tổng hợp, ngoài ra còn có chất phụ gia như: chất hóa dẻo, chất ổn định, chất đóng rắn, chất tăng cứng.
* So sánh với các phương pháp hàn gắn truyền thống như hàn, tán đinh, vít bulong. thì phương pháp sử dụng keo dán có những ưu nhược như sau: Ưu điểm: + Có thể nối các vật liệu khác nhau lại với nhau như: kim loại, chất dẻo, cao su, coposit, sợi, gỗ, giấy. + Có khả năng nối các vật liệu mỏng rất hiệu quả (dán những tấm kim loại, phi kim loại) + Phân bố đều ứng suất trong mối nối. + Giá cả phải chăng, kỹ thuật dán đơn giản, có thể tự động hóa, trong công nghiệp sản xuất xe robot lắp ráp bằng keo thay người.
+ Sản phẩm dán nhẵn, sạch đảm bảo vẻ mỹ quan thu hút sự quan tâm của khách hàng. + Việc chọn lựa keo phù hợp làm giảm độ mài mòn của sản phẩm. Nhược điểm: + Để đạt được thời gian sử dụng lâu dài trong môi trường khắc nghiệt cần phải xử lý bề mặt mối dán trước khi dán. + Khoảng nhiệt độ sử dụng của mối dán bị giới hạn hơn so với các phương pháp gắn khác.
SVTH: NGUYỄN NGỌC HỒNG TRANG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: TS. HUỲNH ĐẠI PHÚ + Keo dùng dán tốt các tấm kim loại mỏng nhưng không phù hợp khi dán những miếng kim loại dày do độ bền xoắn và trượt của keo kém hơn so với nhiều kim loại. Ngoại trừ khi diện tích nối lớn hoặc keo dán được giữ dưới áp lực (ứng suất). + Các phương pháp thử không phá hủy mối dán tương đối giới hạn so với phương pháp thử (kiểm tra) với các phương pháp hàn gắn khác.
Tổng quan về Polyurethan (PU) và keo PU 1. Lịch sử phát triển polyurethane [5] Hóa học về polyurethane dựa trên nền tảng vào năm 1849 khi Wurtz và Hofmann lần đầu tiên báo cáo về phản ứng giữa isocyanate và một hợp chất hydroxy. Nhưng mãi cho đến năm 1937 khi Otto Bayer và các cộng sự tại phòng thí nghiệm I. Farnen, Đức, tìm ra được ứng dụng thương mại dựa trên phản ứng giữa hexamethylene diisocyanate và butanediol, sản phẩm có tính chất cơ lý tương tự nylon (polyamides), ngày nay vẫn còn được sử dụng để làm các sợi cho bàn chải.
Sự thiếu trầm trọng nguyên vật liệu trong chiến tranh thế giới II (1937 – 1945) đã giúp đẩy mạnh sự phát triển nguyên liệu polyurethane cho ngành sợi, sơn, keo và mút xốp. Sự phát triển mạnh mẽ hơn còn nhờ vào nhu cầu lớn mạnh từ thị trường Châu Âu, Mỹ và Nhật Bản. Ngày nay polyurethane đứng hàng thứ 6 trong tổng lượng tiêu thụ các loại polymer, với khoảng 6% thị trường tiêu thụ. Phần ứng dụng lớn nhất của urethane là mút xốp mềm (khoảng 44%), mút cứng (khoảng 28%), còn lại 28% cho ứng dụng trong sơn, keo dán và dạng PU đàn hồi.
Không giống như những polymer khác như là polyethylene, polystyrene hay polyvinylchloride … được tạo nên từ các monomer ethylene, styrene hay vinyl chloride (vinylclorua)., polyurethane không được tạo nên từ các đơn vị urethane theo cách thông thường mà dựa trên phản ứng từ các polyhydroxy như là polyether polyol với các isocyanate. Nói ngắn gọn polyurethane là những polymer chứa nhóm liên kết (-NH-COO-). SVTH: NGUYỄN NGỌC HỒNG TRANG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: TS. HUỲNH ĐẠI PHÚ 1.
Lý thuyết các hợp chất hoạt động cho phản ứng polyurethane [5] Phản ứng urethane cơ bản là phản ứng giữa một hợp chất isocyanate và một hợp chất chứa hydro hoạt động. Isocyanate là những hợp chất có một hay nhiều nhóm isocyanate hoạt động (-N=C=O). Những hợp chất sau chứa hydrogen hoạt động: Amine bậc một: R-NH2 Amine bậc hai: R2NH Rượu bậc một/nước: R-CH2-OH/H-O-H Rượu bậc hai: R2CH-OH Rượu bậc ba: R3C-OH Carboxylic acid: R-COOH Các hợp chất ure: R-NH-CO-NH-R Các hợp chất urethane: R-NH-CO-O-R’ Amide: R-CO-NH2 1. Keo dán polyurethane (PU) [2] Keo dán PU được biết đến với độ dẻo và dính tuyệt vời, đạt hiệu quả ở nhiệt độ thấp, độ bền kết dính cao và tốc độ đóng rắn có thể điều chỉnh theo yêu cầu.
Keo dán PU có khả năng làm ướt hiệu quả bề mặt của hầu hết chất nền. Là phản ứng giữa isocyanate và một polyol. Các polyol ứng dụng cho keo dán này thường được chia thành ba loại chính: polyol polyete, polyol polyester và các polyol trên cơ sở polybutadien. Polyol polyete là các polyol thường được sử dụng nhiều nhất trong keo dán urethane do kết hợp được tính hiệu quả và kinh tế.
Chúng thường được chế tạo từ quá trình trùng hợp mở vòng etylen, propylene và butylen oxit, với các chất khơi mào proton hoạt động trong sự có mặt của một bazơ mạnh. SVTH: NGUYỄN NGỌC HỒNG TRANG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: TS. HUỲNH ĐẠI PHÚ 1. Ứng dụng [2] Dệt là thị trường tiêu thụ lớn nhất các loại keo dán polyurethane.
Có rất nhiều ứng dụng khối lượng cao như tấm dệt, thảm. Tấm dệt liên kết bằng lửa được thực hiện bằng cách làm chảy bọt polyurethan bằng ngọn lửa và sau đó cho chảy vào giữa hai cuốn sợi khi nó còn dính. Thảm được sản xuất bằng cách dán nylon, len hoặc các mảng polypropylen được dệt qua vải thô bằng keo dán urethan với tấm bọt polyurethan trong một qúa trình liên tục. Keo dán bao bì là các loại keo dán ghép màng với màng, màng với lớp mỏng và màng với giấy trong các ngành đóng gói khác nhau.
Nhiều sản phẩm khác nhau được cung cấp cho thị trường này bao gồm keo dán trên cơ sở dung môi, hàm lượng chất rắn cao, 100% rắn và keo dán nước. Các loại keo dán polyme được xem là một trong các sản phẩm hiệu quả cao cung cấp cho ngành này vì khả năng tuyệt vời trong các thuộc tính dính, chịu nhiệt, chịu hóa chất và thuộc tính đóng rắn nhanh. Keo dán polyme cũng có thể đáp ứng yêu cầu cho các ứng dụng đóng gói sản phẩm. Isocyanate được dùng trong ngành lâm sản để dán các mảnh gỗ, sau đó được ép để tạo ra các tấm gỗ ép.
Urethan cũng được dùng để lấp các lỗ hở và lỗi bề mặt cho tấm gỗ ép thành phẩm. Hệ thống làm đầy này phải đóng rắn nhanh và dễ dàng đánh bóng. Thị trường vận tải cũng có nhiều ứng dụng keo dán polyme như gắn panel hợp chất đúc tấm trong xe tải và xe con, bộ đèn trước polycacbonat, panel cửa chính. Thị trường xây dựng cũng bao gồm nhiều ứng dụng khác nhau cho keo dán polyme như các panel, liên kết tấm thạch cao với thanh dầm gỗ trên trần nhà, nhà di động, sàn nhà gỗ ép dán.
Lực bền, ít co và độ bền liên kết cao là các thuộc tính quan trọng. Keo dán PU ứng dụng trong đồ gỗ nội thất để dán lớp gỗ mặt với gỗ nguyên liệu hay nền kim loại. Cả keo dán trên cơ sở dung môi và nước đều được sử dụng. Giầy dép là mảng thị trường mà keo dán PU chiếm ưu thế dùng để dán giày.
Keo dán PU chủ yếu cạnh tranh với keo dán cơ sở neopren và đã thay thế khối lượng lớn neopren do hiệu quả được cải tiến. SVTH: NGUYỄN NGỌC HỒNG TRANG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GVHD: TS. HUỲNH ĐẠI PHÚ Chương 2 TỔNG QUAN NGUYÊN LIỆU LỰA CHỌN 2. Mục tiêu lựa chọn Trong tình hình các nguồn nguyên liệu tổng hợp đang được sử dụng rộng rãi như hiện nay, nhiệm vụ đi tìm các nguồn nguyên liệu mới nhằm làm phong phú và nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cho việc sử chúng là hoàn toàn cần thiết.
Trong nhiều hướng nghiên cứu gần đây, đề tài nhựa Epoxy được quan tâm khá nhiều bởi khả năng kết hợp tốt và tính ứng dụng cao trong nhiều lĩnh vực dân dụng cũng như kỹ thuật. Trong đề tài này, với nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực keo dán mà cụ thể là loại keo Polyurethane (PU), nhựa Epoxy được lựa chọn làm nguyên liệu để tổng hợp trên cơ sở là một polyete. Mỗi phân tử polyme có n nhóm (-OH) làm tăng tốc độ đóng rắn nhựa. Hơn nữa chúng làm tăng độ bám dính của nhựa epoxy đóng rắn với kim loại và các chất nền phân cực khác.
Do đó, epoxy lỏng càng nhớt thường được ưa dùng hơn các epoxy ít nhớt hơn cho các ứng dụng keo dán. Dựa trên khả năng đóng rắn cùng tác nhân isocyanate, phản ứng tạo thành mạch liên kết urethane có khả năng kết dính cao ứng dụng trong sản xuất keo dán. Hơn nữa đề tài này nhắm đến sử dụng loại vật liệu dán là da nên nguyên liệu nhựa Epoxy có một số ưu điểm cần thiết cho sản phẩm sau đóng rắn như độ mềm dẻo, độ trong suốt, độ bọt, thời gian đóng rắn… 2.1 Giới thiệu chung về nhựa Epoxy [6] Nhựa epoxy là những oligome có ít nhất một nhóm (- epoxy trong phân tử, có khả năng chuyển hoá thành dạng nhiệt rắn có cấu trúc không gian.