MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của xã hội, công nghệ tạo và sử dụng các vật liệu mới thay thế gỗ tự nhiên đang phát triển mạnh và ngày càng tiến bộ. Phải nói rằng: Vật liệu mới đang làm thay đổi thế giới mới. Bên cạnh việc đẩy mạnh sự phát triển của khoa học và công nghệ trong công nghệ sản xuất ván nhân tạo, công nghệ sản xuất hàng mộc, xây dựng, người ta cũng không ngừng đưa ra những yêu cầu mới đối với các vật liệu mới. Trong công nghệ chế biến lâm sản nói chung và công nghệ sản xuất ván nhân tạo nói riêng, keo dán gỗ, chất phủ; các loại ván cốp pha dùng trong xây dựng đáp ứng sự phát triển của xã hội đang là một trong các hướng được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu và các nhà sản xuất ưu tiên sử dụng.
Với keo dán gỗ, các loại keo dán truyền thống có nhiều nhược điểm như: Lâu khô, khả năng chống chịu môi trường kém, khả năng dán dính kém, giá thành cao, độc hại., dần được thay thế bằng các loại keo dán có nhiều tính năng tốt hơn. Thay vào đó, các loại keo dán có tính năng kỹ thuật tốt, thân thiện với môi trường, giá cả phải chăng ngày càng được ưu tiên sản xuất và sử dụng. Một trong các hướng đó là nghiên cứu sử dụng các loại keo dán vào sản xuất ván Cốp pha dùng trong xây dựng. Ván cốp pha xây dựng được tạo bởi nhiều miếng gỗ ép lại với nhau và kết dính bằng keo chuyên dụng, trên về mặt ván sẽ được phủ sơn màu đỏ, cam, vàng hoặc phủ keo nếu không sơn.
Ván ép xây dựng giúp định hình bê tông thành hình dạng theo thiết kế đã định, sau khi bê tông đông cứng thì ván ép cốp pha sẽ được tháo ra, vệ sinh và đem đi sử dụng ở công trình khác. Chất lượng của ván Cốp pha chịu ảnh hưởng rất lớn bới các loại keo dán liên kết các lớp ván mỏng gỗ. Có nhiều loại keo dùng trong tạo ván Cốp pha, như: Urea – Formaldehyde (UF); Melamine – Formaldehyde (MF), Phenol – Formaldehyde (PF). Mỗi loại keo dán đều có những ưu, nhược điểm riêng, 2 như: Keo UF giá rẻ, ít độc hại, màu sắc đẹp nhưng độ bền cơ học, hoá học không cao; Keo MF chất lượng tốt, màu sắc đẹp nhưng giá thành rất cao; keo PF chất lượng dán dính tốt, bền với môi trường, nhưng màu sắc không đẹp, độc hại, giá thành cao.
Vì vậy, đòi hỏi nghiên cứu tạo ra loại keo giá thành hợp lý, chất lượng đảm bảo và đáp ứng tốt yêu cầu của các công nghệ sản xuất ván là một hướng đi được nhiều nhà khoa học, nhà sản xuất quan tâm. Một trong các hướng đó là nghiên cứu biến tính keo Urea – Formaldehyde bằng Melamine. Hướng nghiên cứu biến tính keo UF bằng Melamine đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới và trong nước nghiên cứu. Nhưng chủ yếu sử dụng keo biến tính cho công nghiệp sơn và trang sức bề mặt.
Nghiên cứu sử dụng Melamine biến tính keo UF dùng trong sản xuất ván Cốp pha thì có rất ít người nghiên cứu. Trong quá trình tạo keo UMF có rất nhiều các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng keo, như: Các yếu tố về nguyên, nhiên vật liệu; các yếu tố về máy móc thiết bị và các yếu tố về công nghệ (thay đổi nhiệt độ, thời gian, áp suất tạo,…). Vì vậy, việc nghiên cứu tạo ra một loại keo UMF có các chỉ tiêu chất lượng phù hợp cho công nghệ tạo ván Cốp pha từ các loại gỗ rừng trồng, đáp ứng tốt các tiêu chuẩn và có tính năng tốt, trong điều kiện công nghệ sản xuất của Việt Nam là một việc làm hết sức cần thiết và có ý nghĩa. Vai trò của keo UF trong ngành công nghiệp chế biến gỗ Ngày nay, các sản phẩm gỗ được sử dụng rất phổ biến trong đời sống con người.
Cùng với sự suy giảm sản lượng gỗ tự nhiên thì các loại vật liệu gỗ được tạo ra với các tính năng không hề thua kém gỗ tự nhiên mà thậm chí một số loại còn có ưu điểm vượt trội. Để tạo ra được các loại vật liệu gỗ này thì không thể không nói đến vai trò của chất kết dính – với tác dụng làm cho các “sợi” xenlulo liên kết chặt chẽ với nhau. Trong rất nhiều loại chất kết dính được sử dụng cho ngành gỗ thì keo Urea formaldehyde (UF) có tính phổ biến nhất. Hàng năm, lượng keo UF dùng cho việc sản xuất ván dăm (particle board), ván MDF (medium density fiberboard) là 68% và dùng cho việc sản xuất ván dán (plywood) là 23% sản lượng keo UF trên toàn thế giới [1].
Với ưu điểm giá thành rẻ và đặc biệt là khả năng dán dính tuyệt vời, có thể nói đây là loại keo không thể thiếu trong ngành công nghiệp sản xuất vật liệu gỗ. Keo UF được sử dụng phổ biến nhất, chiếm tỉ lệ 80% trong tổng các loại keo thuộc dòng amino [2]. Nguyên nhân keo UF được sử dụng rộng rãi là do nguồn nguyên liệu để sản xuất phong phú, giá rẻ, công nghệ tổng hợp đơn giản và cường độ dán dính cao. Mỗi năm có hàng triệu m3 ván nhân tạo được sản xuất từ keo UF [3].
Tuy nhiên, trong thành phần keo UF chứa formaldehyde – một hợp chất có thể gây ung thư cho con người [4] và nó có thể phát thải từ ván nhân tạo ngay ở điều kiện thường. Để cải thiện chất lượng keo UF, cụ thể là giảm hàm lượng formaldehyde dư trong keo mà vẫn đảm bảo được một số chỉ tiêu cơ bản khác cần giảm tỉ lệ mol F/U [5] [6] kết hợp với các hợp chất hữu cơ khác để thay đổi cấu trúc của keo [7]. Năm 2013, He Yasan và cộng sự đã nghiên cứu biến tính keo UF bằng melamine ở nhiệt độ thấp và môi trường axít yếu, tạo ra được keo MUF có khả năng chịu nước và hàm lượng formaldehyde thấp. Năm 2012, Paiva và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng 4 của điều kiện tổng hợp đến tính chất keo MUF, kết quả cho thấy chỉ một sự thay đổi nhỏ của tỉ lệ mol F/(NH2)2 hoặc tốc độ bổ sung urea lần hai đều ảnh hưởng đến giai đoạn trùng ngưng, ảnh hưởng đến cấu trúc polyme của keo thành phẩm.
Melamine với cấu trúc mạch vòng và phản ứng hoá học tương tự urea, tạo ra được keo có tính chất tốt hơn keo UF đơn thuần. Việc kết hợp với một lượng nhỏ melamine giúp keo UF cải thiện khả năng chống ẩm, giảm phát thải formaldehyde [8]. Các liên kết aminomethylene trong keo UF dễ bị thủy phân. Tuy nhiên, các liên kết ổn định hơn thu được khi carbon metylen liên kết với nhóm amide từ vòng melamine, thay vì nitrogen từ urea, điều này đặc biệt đúng ở nhiệt độ cao [8].
Có nhiều công thức để tạo ra keo MUF với đặc tính và độ bền khác nhau [9, 10] nhưng có hai trường hợp để phân biệt là keo MUF có hàm lượng melamine trên 5% và keo UF có tăng cường melamine với hàm lượng sử dụng dưới 5% [8]. Với loại keo UF sử dụng lượng nhỏ melamine (< 50% urea) được gọi là keo UMF [11]. Trên thế giới Keo dán là thành phần không thể thiếu trong quá trình sản xuất các loại vật liệu gỗ. Chất lượng vật liệu gỗ phụ thuộc rất lớn vào chất lượng keo.
Để ngành công nghiệp gỗ phát triển thì việc chú trọng vào khâu nguyên liệu là hướng đi đúng. Trong đó, việc nghiên cứu sản xuất ra một loại keo dán chất lượng đảm bảo cho dây chuyền sản xuất các loại composite gỗ là điều tất yếu. Trong các loại keo dán được sử dụng rộng rãi để sản xuất vật liệu composite gỗ hiện nay đều có chứa một lượng Formaldehyde (F) gây ra nhiều vấn đề về sức khoẻ và môi trường. Chính vì vậy, từ giữa thế kỷ 20 trở lại đây, các nước trên thế giới đã và đang tích cực nghiên cứu, sản xuất keo dán có chứa hàm lượng F thấp nhằm bảo vệ sức khoẻ con người và môi trường.
5 Để làm giảm hàm lượng F dư trong keo cần phải đưa các chất có khả năng phản ứng với F nhằm thu gom, triệt tiêu nó nhưng không ảnh hưởng đến tính năng dán dính của keo. Một trong số đó là melamine. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra do melamine có cấu trúc mạch vòng và hoạt động với 06 nhóm, có thể cải thiện hiệu quả khả năng chống nước và giảm hàm lượng F tự do của keo. Mặt khác, melamine có tính kiềm, tác dụng đệm có thể trung hòa axit trong lớp dán dính và trong quá trình ép nhiệt, giảm độ pH xuống thấp, ở mức độ nào đó có thể ức chế được tốc độ thủy phân của keo UF [12].
Đầu những năm 60, Liu Chuan và cộng sự là tác giả người Nhật [13] đã phát hiện keo UF biến tính với melamine để ép ván dán cho hiệu quả cường độ dán dính cao, nhưng nếu dùng với số lượng quá nhiều thì cường độ sẽ giảm xuống. Năm 1992, Chang Juncheng đã nghiên cứu ảnh hưởng của một số chất biến tính đến chất lượng keo UF. Kết quả chỉ ra, melamine cho kết quả tốt nhất [14]. Năm 2000, Yu Hong Wei [15] đã dùng 1,6% melamine và 2,5% rượu polyvinyl so với tổng lượng urea để thêm vào trong quá trình tổng hợp keo UF, tạo ra keo MUF có hàm lượng formaldehyde thấp, đáp ứng tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc.
Tohmura và cộng sự [16] đã cho biết hàm lượng melamine trong keo MUF có ảnh hưởng lớn đến khả năng phát thải khí Formaldehyde từ ván và cấu trúc của keo đóng rắn. Theo đó, keo MUF đóng rắn có hàm lượng formaldehyde phát thải thấp hơn khi tỉ lệ melamine sử dụng cao hơn do các nguyên tử carbon mạch vòng của melamine tạo liên kết chặt chẽ hơn so với các nguyên tử carbon của urea. Vì vậy, melamine đã góp phần tạo ra các liên kết ngang mạnh hơn trong cấu trúc keo đóng rắn, dẫn đến lượng khí formaldehyde phát tán thấp hơn và độ bền liên kết cao hơn. 6 Năm 2002, Han Shuguang và cộng sự [17] đã tiến hành thêm polyvinyl alcohol (PVA) và melamine vào quá trình tổng hợp keo UF và đánh giá sự ảnh hưởng của các chất này đến độ bền ép trước của ván cũng như tính chất keo, kết quả cho thấy melamine không ảnh hưởng nhiều đối với việc nâng cao độ bền ép trước phôi ván nhưng PVA cho thấy cải thiện đáng kể.
Năm 2003, Awang Bono và cộng sự [18] đã nghiên cứu ảnh hưởng của các giai đoạn phản ứng và tỷ lệ mol F/(U+M) đến các đặc tính của keo (độ ổn định lưu trữ, độ tan trong nước, thời gian đóng rắn).