Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
3 Lý thuyết về dán dính

3 Lý thuyết về dán dính

Tải bản đầy đủ - 0trang

Hóa học hóa ly polymer



vật dán mà còn phụ thuộc vào độ bền liên kết giữa các phân tử keo sau khi

đóng rắn.



Q trình tạo ra liên kết bằng keo dán là một q trình cơng nghệ, kỹ thuật

rất phổ biến không chỉ trong công nghệ chế biến gỗ mà còn trong q trình

dán dính các vật liệu khác ở các lĩnh vực khác nhau. Vì vậy, trong những

năm gần đây lý thuyết và cơ chế dán dính được rất nhiều nhà khoa học

quan tâm nghiên cứu. Tập hợp tất cả các quan điểm, cơ sở khoa học về

quá trình dán dính và bản chất của mối dán được gọ là lý thuyết dán dính.

Một số quan điểm trước đây giải thích q trình dán dính là do dung dịch

keo khi dán được điền đầy vào các lỗ hổng, sự mấp mơ của bề mặt vật dán

sau đó đóng rắn trở thành các đinh keo có tác dụng liên kết hai vật dán lại

với nhau. Quan điểm này được gọi là thuyết cơ học, tuy nhiên nó khơng đủ

cơ sở để giải thích khi dán các vật dán có bề mặt phẳng nhẵn hoặc trường

hợp dán gỗ theo chiều dọc thớ lại tại được liên kết tốt khi dán các mặt dán

vng góc thớ gỗ.

Trong dán dính gỗ, nghiên cứu sơ chế dán dính liên quan đến đặc tính vật

liệu gỗ, khoa học về bề mặt vật liệu, các đặc tính của polyme và sự tương

tác giữa polyme và bề mặt. Hiện nay, chưa có lý thuyết thống nhất mơ tả tất

cả các liên kết của chất kết dính với bề mặt vật liệu, gần đây nhất các nhà

khoa học ( Schultz và Nardin (1994); Pocius (2002)) đã đề xuất về lý thuyết

và cơ chế dán dính theo 6 nhóm.





Lý thuyết liên kết cơ học.







Lý thuyết điện tử

Lý thuyết về đường ranh giới và miền tiếp xúc;

Lý thuyết khuếch tán;

Lý thuyết hấp phụ (nhiệt động học);

Lý thuyết liên kết hóa học.













Các cơ chế dán dính khơng tự loại trừ nhau, mà trong nhiều trường hợp

mối dán được thực hiện bởi nhiều cơ chế dán dính. Do đó, độ bền dán dính

phụ thuộc rất nhiều vào các cơ chế dán dính của vật liệu.

2.3.1 Lý



thuyết liên kết cơ học (liên kết đinh keo)



Lý thuyết liên kết cơ học đã được MacBain và Hopkins đề xuất vào năm

1925, cơ chế của liên kế này là q trình dán dính xảy ra đầu tiên giữa keo

dán gỗ và bề mặt gỗ. Khi đưa keo dán ở dạng lỏng lên bề mặt gỗ, do bề

mặt gỗ mấp mơ trong q trình gia cơng, gỗ có cấu trúc rỗng, xốp nên dung

dịch keo sẽ thấm vào gỗ sau đó đóng rắn tạo thành các đinh keo. Keo càng

thấm sâu vào gỗ thì diện tích tiếp xúc giữa keo và gỗ càng lớn làm tăng

Trang 62



Hóa học hóa ly polymer



hiệu quả của liên kết đinh keo. Liên kết đinh keo tốt nhất khi keo dán thấm

vào phần rỗng trong ruột tế bào và vách tế bào để tạo nên sự tiếp xúc ở

mức độ phân tử giữa phân tử keo dán và cellulose, hemicellulose hay

lignin. Tuy nhiên, quan điểm này khơng giải thích được khi dán dính giữa

các bề mặt phẳng, nhẵn. Để bổ khuyết cho quan điểm này, Gent, Schultz,

và Wake đã đề xuất quá trình dán dính được hình thành bởi tác động kép

giữa liên kết cơ học và tương tác nhiệt động học bề mặt. Độ bền dán dính

được thể hiện theo phương trình:

G = C.M.l

Trong đó: G – độ bền liên kết của mối dán;

C – hệ số phụ thuộc vào điều kiện dán ép;

M – liên kết cơ học;

L – liên kết tương tác bề mặt.

Từ phương trình trên ta thấy rõ, để nâng cao độ bền dán dính, cần đảm

bảo cả hai yếu tố: hình thái bề mặt và các tính chất lý – hóa bề mặt của vật

dán và chất kết dính. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp để tăng độ bền dán

dính, người ta tăng liên kết cơ học vì đó là phương pháp đơn giản, dễ thực

hiện; hơn nữa khi bề mặt có khả năng thấm ướt, chất kết dính có thể dễ

dàng xâm nhập vào các lỗ hổng và các vết nứt nhỏ trên bề mặt vật dán.

Packham và cộng sự đã nhấn mạnh vai trò của cấu trúc bề mặt đến độ bền

dán dính khi phủ polyethylene lên bề mặt kim loại, độ bền kéo bong tách

tăng lên khi bề mặt kim loại thô, ráp và có cấu trúc lưới. Gần đây, Ward

cùng cộng sự đã nghiên cứu các định độ bền kéo trượt của sợi

polyethylene được xử lý nhiệt (plasma) khi dán dính bằng keo epoxy, độ

bền liên kết tăng khi thời gian xử lý nhiệt đối với polyethylene tăng, vì khi đó

lớp bề mặt của sợi polyethylene xuất hiện nhiều lỗ hổng tế vi, keo dán đã

điền đầy và đóng rắn trong các lỗ hổng đó.

2.3.1 Lý



thuyết điện tử



Lý thuyết điện từ của sự dán dính đã được Deryaguin và cộng sự đưa ra

năm 1948. Các tác giả đã nghiên cứu một cơ chế chuyển giao điện tử giữa

chất nền và chất kết dính khi chúng mang điện tích trái dấu.

Hiện tượng này có thể hình thành nên một lớp điện tích trái dấu tại bề mặt

tiếp xúc. Theo tác giả, kết quả lực tĩnh điện ảnh hưởng đáng kể vào độ bền

bám dính giữa chất nền và chất kết dính.



Trang 63



Hóa học hóa ly polymer



Chất nền và chất kết dính có thể được xem như một tụ điện, ngoài ra độ

bền dán dính còn phụ thuộc vào lực hấp dẫn tĩnh điện của lớp điện tử kép

tại miền tiếp xúc giữa chất kết dính và chất nền.

Lực liên kết tĩnh điện phụ thuộc vào chất lượng bề mặt dán dính ( độ

phẳng, độ nhẵn), độ ẩm của vật dán và các thông số kỹ thuật của chất kết

dính.

2.3.1 Lý



thuyết đường ranh giới và miền tiếp xúc



Khi gắn kết hai bề mặt gỗ bởi một màng keo sẽ hình thành nên miền tiếp

xúc keo – gỗ và bề mặt tiếp xúc keo – gỗ hay còn gọi là bề mặt liên kết và

miền liên kết. Chất lượng dán dính phụ thuộc rất nhiều vào liên kết này. Độ

bền mối dán phụ thuộc bào độ bền liên kết trong nội tại màng keo và độ

bền liên kết của bề mặt tiếp xúc và miền tiếp xúc.

Thực tế cho thấy, do chiều dày màng keo rất nhỏ nên mối dán thường bị

phá hủy ở bề mặt liên kết hoặc miền liên kết. Khi lượng keo sử dụng ít, khả

năng thẩm thấu của keo vào gỗ lớn sẽ giảm độ bền liên kết tại bề mặt tiếp

xúc. Đồng thời, lý thuyết về đường ranh giới và miền tiếp xúc cho rằng bề

mặt vật dán sạch có thể tạo nên mối dán tốt, một vài tạp chất như lớp gỉ,

chất dầu, nhựa có thể dẫn đến đường biên yếu; nhưng không phải tất cả

các tạp chất đều làm liên kết đường biên yếu, trong một số trường hợp các

tạp chất bị hòa tan bởi keo do trong keo có cấu trúc axitacrylic từ đó độ bền

mối dán bị ảnh hưởng không đáng kể.

2.3.1 Lý



thuyết khuếch tán



Đây là lý thuyết giải thích sự liên kết phổ biến của chất kết dính với bề mặt

vật dán, Theo luận thuyết này, để tạo liên kết đòi hỏi các phân tử của chất

kết dính và bề mặt vật dán phải có khả năng chuyển động, tương thích lẫn

nhau và có thể sáp nhập vào nhau có nghĩa là, các phân tử của chất kết

dính phải có khả năng chuyển động, sáp nhập vào vật dán và ngược lại.

Lý thuyết khuếch tán khẳng định khả năng dán dính phụ thuộc vào thời

gian tiếp xúc, áp suất, nhiệt độ, độ ẩm gỗ, tính chất của vật dán, keo dán.

Khi áp suất ép lớn các khoảng cách vật thể gần nhau hơn, sự khuếch tán

tốt hơn từ đó cường độ dán dính tăng. Ở nhiệt độ cao các phân tử dao

động lớn hơn nên cường độ dán dính lớn. Các phân tử ngắn, bền vững

hơn thì sự chuyển động của các phân tử nhỏ hơn nên cường độ dán dính

nhỏ. Các chất có độ phân cực lớn sẽ có tác dụng tăng cường khả năng

dán dính.

Q trình khuếch tán của keo dán vào gỗ đã hình thành nên một miền tiếp

xúc và tăng cường độ bền của mối dán.



Trang 64



Hóa học hóa ly polymer

2.3.1 Lý



thuyết hấp phụ



Lý thuyết hấp phụ hay mơ hình nhiệt động lực của q trình dán dính được

Sharpe và Schonhorn đề xuất. Lý thuyết hấp phụ là một hướng tiếp cận

được mà hiện nay nhiều nhà khoa học dùng để giải thích cơ chế dán dính.

Theo đó, lực liên kết bề mặt vật dán và chất kết dính là kết quả của lực Van

der Waals; độ lớn của các lực này thường liên quan đến năng lượng nhiệt

động lực cơ bản, như năng lượng tự do bề mặt của cả chất kết dính và vật

dán. Lực liên kết bề mặt phụ thuộc vào sự tiếp xúc của hai pha lỏng – rắn;

vì vậy tiêu chí đầu tiên để hình thành mối liên kết là khả năng thấm ướt tốt

của bề mặt vật dán.

Sự tiếp xúc giữa hai pha lỏng – rắn được biểu diễn như một giọt nước

được nhỏ lên bề mặt cứng phẳng, nhẵn.

Khi dán dính các vật dán bằng mối liên kết keo, để có một màng keo mỏng,

đều và liên tục cần tạo bề mặt vật dán phẳng nhẵn, có độ ẩm thích hợp và

keo dán phải có trị số độ nhớt thấp. Tuy nhiên khi độ ẩm vật dán cao, độ

nhớt của keo nhỏ sẽ kéo dài thời gian đóng rắn của keo, độ bền dán dính

thấp. Để khắc phục vấn đề này, trong cơng nghệ dán ép thường phải sử

dụng các nguồn lực hỗ trợ như: tạo áp lực ép lên màng keo, lên vật dán và

hoặc kết hợp với gia nhiệt làm mềm bề mặt vật dán và giảm độ nhớt của

keo dán. Đặc biệt, khi độ nhẵn bề mặt vật dán thấp, độ nhớt của keo dán

lớn cần phải tăng áp lực ép và nhiệt độ ép cho vật dán và màng keo.

2.3.1 Lý



thuyết liên kết hóa học



Liên kết hóa học hình thành nên một mối liên kết ngang tại bề mặt tiếp xúc

giữa vật dán và keo dán; nó được coi là mối liên kết chính quyết định nhất

đến độ bền mối dán. Liên kết hóa học (gồm liên kết cộng hóa trị và liên kết

ion) có độ bền lớn hơn so với liên kết lydro hay liên kết bởi lực Van der

Waals.

Trong liên kết cộng hóa trị, các dạng liên kết hóa học được phân biệt bởi

khoảng khơng gian mà các điện tử tập trung hay phân tán giữa các nguyên

tử của chất đó. Các điện tử nằm trong liên kết không gắn với các nguyên tử

riêng biệt, mà chúng được phân bổ trong cấu trúc ngang qua phân tử.

Không giống như liên kết ion thuần túy, các liên kết cộng hóa trị có thể có

các thuộc tính khơng đẳng hướng do đó đây là mối liên kết bền vững.

Liên kết ion là liên kết hóa học giữa hai ion mang điện tích trái dấu tác động

qua lại lẫn nhau. Ion mất điện tích hình thành ion dương, ion nhận được

điện tích hình thành ion âm, các ion trái dấu được hút lại gần nhau nhờ lực

hút tĩnh điện, khi các ion gần nhâu hết mức, tầng mây ion của các điện tích

trái dấu cũng tương hỗ triệt tiêu, khi sự hấp dẫn và triệt tiêu tương tác bằng

nhau thì hình thành một động thái cân bằng, cũng là hình thành liên kết ion.

Trang 65



Hóa học hóa ly polymer



Liên kết hydro là một loại lực đặc biệt do nguyên tử hydro hấp dẫn nguyên

tử hydro trong các hợp chất có nguyên tử hydro. Ví dụ, trong lúc thủy phân,

hình thức liên kết cộng hóa trị của hydro và oxi, do điện tích dương của

hydro lớn hơn của oxi rất nhiều, điện tử cộng hưởng thì nghiêng nhiều về

phía ngun tử oxi, mà nhân nguyên tử hydro gần như bị lộ ra, hạt nhân

mang điện tích dương này do khơng có điện tích nội lực, vì vậy khơng thể

bị đám mây điện tử của điện tử khác bài xích, mà có thể hấp dẫn điện tử

độc lập phân tử oxi trong phân tử nước khác. Lực được hình thành lên đó

là liên kết hydro. Liên kết hydro làm cho phân tử nước phát sinh tác dụng

kết hợp.

Liên kết hóa học giữa phân tử keo và gỗ được thực hiện qua các cầu nối

như sau: ( -CH2-O-CH2-; nếu trong chất kết dính có chứa nhóm isocyanate

và vật dán là gỗ sẽ hình thành nên cầu nối liên kết C-O (năng lượng liên

kết 351kJ.mol-1); hoặc nếu trong chất kết dính có chứa nhóm epoxy và bề

mặt vật dán có chứa nhóm amine sẽ hình thành nên cầu nối liên kết C-N

( năng lượng liên kết 291kJ.mol-1).

Để nâng cao độ bền liên kết hóa học giữa keo và gỗ thì các yếu tố thuộc về

keo dán, vật dán và điều kiện phản ứng là rất quan trọng. Các loại keo dán

gỗ khi đóng rắn hoặc khi liên kết với gỗ hình thành nên cấu trúc mạng

không gian sẽ cho độ bền liên kết cao hơn so với cấu trúc dạng mạch

thẳng. Bề mặt vật dán cần được làm sạch, độ phẳng, nhẵn cao, khơng có

chất dầu nhựa ức chế quá trình phản ứng… Để tạo mơi trường phản ứng,

rút ngắn thời gian đóng rắn, một số loại keo dán có sử dụng thêm chất

đóng rắn như các dòng keo UF, PF, epoxy, emulsion polyme isocyanate…

Việc nắm vững các kiến thức cơ bản, lý thuyết về dán dính là hết sức quan

trọng, nó ảnh hưởng rất lớn và quyết định tới chất lượng của các sản phẩm

trong các ngành sản xuất, gia công và chế biến gỗ. Tuy nhiên trên thị

trường hiện nay có rất nhiều các loại keo dán với đủ chủng loại, thương

hiệu khác nhau. Bên cạnh những thương hiệu keo dán chất lượng và uy tín

thì cũng có cả ma trận các loại keo dán giá rẻ, chất lượng kém, hàng giả,

hàng nhái làm cho khách hàng không biết đâu mà lần, thật giả lẫn lộn.

Sử dụng các loại keo dán gỗ kém chất lượng sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng

tới không những chất lượng sản phẩm mà còn gây hại cho sức khỏe con

người và môi trường sinh thái. Đơn cử như trong ngành sản xuất sàn gỗ

công nghiệp nếu như sử dụng các loại keo dán gỗ rẻ tiền thì sẽ cho ra đời

các sản phẩm sàn gỗ giá rẻ kém chất lượng. Liên kết giữa lớp giấy tạo vân

gỗ và lớp cốt gỗ sẽ kém, không chắc chắn và sẽ bị bong tróc, phồng rộp

trong q trình sử dụng sàn gỗ, đặc biệt khi bị ngập nước sẽ bị bong ngay

lập tức. Hơn nữa những loại keo dán gỗ giá rẻ thường rất độc hại cho sức

khỏe con người, không thân thiện với môi trường sinh thái.



Trang 66



Hóa học hóa ly polymer



1.4 Các yêu cầu cơ bản của nguyên liệu trong sản

xuất ván dán

Bán thành phẩm để sản xuất gỗ dán, ván dán các loại là gỗ xẻ, ván bóc

mỏng và ván lạng liên kết với nhau thành ván dán keo bởi keo U-F hoặc MF để bảo đảm cường độ dán dính cao. Bán thành phẩm phải có độc ẩm

khoảng 65, ván mỏng, ván lạng yêu cầu nguyên liệu gỗ phải khơng có

khuyết tật như: Mục, mắt vượt q tiêu chuẩn cho phép, có khối lượng thể

tích và cấu tạo vân thớ đáp ứng yêu cầu của từng loại ván mỏng và ván

lạng, dễ bóc, dễ lạng với chất lượng bề mặt và tỷ lệ lợi dungjcao. Vì vậy

yêu cầu chủ yếu đối với gỗ để sản xuất ván mỏng là:





Loại gỗ: Loại gỗ có cơng cắt bé, độ dẻo dai cao, mềm, có khối

lượng thể tích 0,4-0,6g/m³, có hình dáng tròn đều, thẳng ( độ cong

và độ thót gọn, độ tròn, ít khuyết tật để bảo đảm tỷ lệ thành khí

cao). Ở Châu Âu thường sử dụng gỗ Bạch Dương, gỗ Thông… Ở

Việt Nam thường dùng các loại gỗ Trám, Xoan, Vạng, Ràng ràng,

Dầu, Vên vên, Lát…để làm ván mỏng dán mặt và ván lạng cần

chọn loại gỗ có vân thớ và màu sắc đẹp như: Trám hồng, Lát hoa,

Vên vên, Sồi, Dẻ… . Hầu hết các loại gỗ này đều có độ cứng kém

nên chỉ dùng vào việc sản xuất ván dán mà thôi, không dùng cho

việc sản xuất sàn gỗ tự nhiên được. Tuy nhiên các phế liệu có thể

được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất các loại sàn gỗ công

nghiệp, làm cốt của sàn gỗ tự nhiên dán mặt mà thơi.







Về kích thước: chiều dài của gỗ để bóc tùy thuộc kích thước của

sản phẩm và máy bóc thường có cấp chiều dài: 1,30; 1,60; 1,91;

2,23; 22,54. Liên bang Nga quy định đường kính gỗ tròn đối với gỗ

lá rộng lớn hơn 16cm đối với gỗ Thơng lớn hơn 18cm, đường kính

gỗ tròn càng lớn thì tỷ lệ lợi dụng gỗ bóc mỏng càng cao. Chất

lượng nguyên liệu được quy định đối với từng loại gỗ.

Về mắt: Đường kính mắt khơng q 3cm đối với gỗ lá rộng, không

quá 5cm đối với gỗ lá kim.

Về mục ruột: Không quá 10cm đối với gỗ lá rộng, mục ở giác đối

với nguyên liệu loại 1 không có, loại 2 khơng sâu q 1/10 đường

kính ngọn.

Về độ cơng: Đối với gỗ lá rộng đường kính lớn hơn 26cm loại 1

không quá 2%.

Vết nứt: Chiều sâu vết nứt theo hướng xuyên tâm, nguyên liệu loại

1 không quá 5cm ở vùng bóc.















Việt Nam quy định mục khơng làm được gỗ dán, mục biến màu chỉ làm lớp

ván giữa, mắt theo yêu cầu sản phẩm, số lỗ sâu mọt theo yêu cầu sản

phẩm, nứt dọc phải cắt và ghép ván mỏng, gỗ tròn trước khi bóc thành ván

mỏng cần phải bóc vỏ, làm sạch và cắt khúc, phải kiểm tra xem gỗ có các

tạp chất lẫn vào như: Kim loại, đất, đá khơng, nếu có thì phải cắt bỏ, vỏ cây

Trang 67



Hóa học hóa ly polymer



ảnh hưởng rất lớn đến dao bóc, vậy đây là cơng đoạn cần coi trọng, cần

phải được cơ giới hóa, đất cát, kim loại trong khúc gỗ ảnh hưởng đến lưỡi

dao bóc, vì vậy phải làm sạch đất cát, cũng như phát hiện và loại trừ các

mảnh kim loại bằng thiết bị chuyên dùng.

2.3.1 Vận



chuyển nguyên liệu



Gỗ được vận chuyển đến xưởng bằng đường bộ, đường thủy hoặc đường

sắt, vận chuyển bằng đường thủy thì gỗ được ngâm trong nước, giữ được

phẩm chất, ít bị mối mục, nhưng khơng phụ thuộc vào thời vụ có thể vận

chuyển thủy được, để có đủ nguyên liệu sản xuất liên tục, cần phải có kho

dự và bảo quản, yêu cầu phải tăng chi phí đầu tư, vận chuyển bộ thì ưu

tiên vận chuyển đường sắt, chở bằng ơ tô ưu việt trong điều kiện cư ly vận

chuyển ngắn, dưới 50km, chở bằng ô tô không phụ thuộc thời vụ, khơng

cần phải có kho dự trữ lớn; chỉ cần dự trữ lượng gỗ cho 1 tháng; không cần

ngâm hay làm ẩm gỗ; nên giảm được thời gian sấy ván bóc, nguyên liệu

phân loại theo cấp và chủng loại gỗ, diện tích kho bãi được tính theo cơng

thức:

2.3.1 F



= E/E.k.k



F: Diện tích kho, bãi

E: Khối lượng nguyên liệu, m3

K: Độ chặt xếp chồng gỗ:0,6

K: Hệ số sử dụng bãi:0,3-0,6

2.3.1 Phương



pháp bảo quản nguyên liệu



Nguyên liệu phải được bảo quản tốt, không mục. Thường, mục, nấm phát

triển ở nhiệt độ 15-250C; độ ẩm MC=40-60%, thay đổi điều kiện đó nấm

mục sẽ phát triển chậm hơn, hoặc không xuất hiện. Lúc độ ẩm gỗ 100%,

nhiệt độ thấp hơn 50C nấm mục không phát triển. Khơng bảo đảm các điều

kiện đó sẽ dẫn đến tiêu hao nguyên liệu do nấm mục và nứt nẻ, không cho

nấm mục, mối mọt phá hoại gỗ. Để bảo quản tạm thời ( trong thời gian 3

tháng) bảo quản lâu dài ( thời gian trên 3 tháng).

Biện pháp bảo quản là tổng hợp các phương pháp tạo những điều kiện

thuận lợi cho gỗ không bị nứt nẻ, không cho nấm mục, mối mọt phá hoại

gỗ. Để bảo quản tạm thời người ta xếp gỗ thành chồng để nguyên vỏ và có

bảo quản đầu gỗ bằng keo chống nứt và mục. Để bảo quản lâu dài (gỗ lá

kim trên 3 tháng, gỗ lá rộng trên một tháng) người ta xếp chồng gỗ cấp 1

cả vỏ, có bịt đầu, xếp chồng gỗ cả vỏ phun mưa. Sơn sáp chống ẩm chế

tạo từ nhựa đường, sản phẩm nhiệt phân gỗ, dùng cả keo polime và thuốc

pentaclo, nhựa thơng, nhựa đường, có pha crêzôt.

Trang 68



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

3 Lý thuyết về dán dính

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×