فرمالدئید

مقدمه ای پیرامون فرمالدئید :

فرمالدئید ، گازی با بوی تند است. این ترکیب ساده‌ترین عضو گروه آلدئیدها بوده ، فرمول شیمیایی آن HCHO است. فرمالدئید اولین بار توسط دانشمند روسی به نام "الکساندر باتلر" در 1859 کشف شد. این گاز به‌آسانی از احتراق ناقص ترکیبات حاوی کربن ایجاد می‌شود. در دود حاصل از آتش‌سوزی جنگلها ، حجم زیادی از فرمالدئید وارد جو می‌شود. به غیر از این ، دود حاصل از اگزوز اتومبیلها و دود سیگار هم دارای مقادیری فرمالدئید هستند.

فرمالدئید بطور طبیعی در اتمسفر از واکنش اکسیژن با متان و سایر هیدروکربنها در اثر نور خورشید حاصل می‌شود. همچنین از فرآیند متابولیسم برخی از هیدروکربنها ...

هم مقدار اندکی فرمالدئید تولید می‌شود.

خواص فرمالدئید

فرمالدئید با اینکه در دمای اتاق به صورت گاز است، اما در آب به خوبی حل می‌شود. فرمالدئید معمولا به صورت محلول آبی 37 درصد به نام فرمالین عرضه می‌شود. فرمالدئید در آب ، پلیمریزه شده ، شامل مونومرهای کوچک HCHO متصل به هم است. معمولا فرمالین دارای درصد اندکی متانول برای محدود کردن پلیمریزاسیون است. فرمالدئید خواصی مانند سایر آلدهیدها دارد. با این تفاوت که معمولا واکنش ‌پذیرتر از سایر آلدئیدها است.

فرمالدئید یک الکتروفیل قوی است. بنابراین در واکنشهای جانشینی الکتروفیلی آروماتیک با ترکیبات آروماتیک شرکت می‌کند. همچنین می‌تواند با آلکنها وارد واکنش افزایشی الکتروفیلی شود. در حضور کاتالیزورهای بازی یک واکنش خود اکسایش - کاهش ( واکنش کانیزارو ) انجام داده ، متانول و نمک اسید فرمیک تولید می‌کتد.

فرمالدئید بطور برگشت ‌پذیر پلیمریزه شده و تولید تری‌مر حلقه‌ای 5 و 2 و 1 تری اکسان یا پلیمر خطی پلی اکسی متیلن می‌کند. تشکیل این پلیمرها باعث می‌شود که رفتار گاز فرمالدئید بطور اساسی از قانون گازهای ایده‌آل انحراف داشته باشد، بخصوص در فشار بالا یا دمای پائین ، فرمالدئید به آسانی با اکسیژن جَو اکسید شده و تشکیل اسید فرمیک می‌دهد. برای جلوگیری از این واکنش ، محلول فرمالدئید باید در بطریهایی با دربهای مهر و موم شده نگهداری شود

آمینوپلاستها :

مقدمه :

بسیاری از واکنش‌های پلیمریزاسیون ، کاربردهای بسیار مهم و اساسی در صنعت دارند. یکی از پلیمرهای با کاربرد صنعتی ، چسب و بطور کلی انواع چسب‌هاست. فنوپلاست‌ها و آمینوپلاست‌ها که جزء پلاستیک‌ها بشمار می‌روند، می‌توانند بعنوان چسب بخاری بکار روند. رزین فنل - فرمالدئید (فنوپلاست) که از واکنش فنل با فرمالدئید در محیط اسیدی یا بازی و با ماکزیمم PH مساوی با 8,5 در صنعت تهیه می‌شود، می‌تواند بعنوان چسب بکار رود.

باید توجه داشت که برای استفاده از چسب بخاری ، انتهای مولکول باید گروه OH- داشته باشد. هرچه گروههای OH- آزاد (مربوط به گروه متیلول CH₂OH- ) بیشتر باشند، قدرت چسبندگی چسب افزایش می‌یابد. اما این چسب ، یعنی چسب فنل- فرمالدئید در بازار یافت نمی‌شود و کاربرد صنعتی زیادی ندارد. علت آن ، بوی بد فنل است.

اما رزین اوره- فرمالدئید که از واکنش فرمالدئید با اوره در محیط اسیدی یا بازی بدست می‌آید، بعنوان چسب بخاری کاربرد صنعتی بسیار وسیعی دارد. در تهیه این چسب نیز هرچه گروههای OH- آزاد بیشتر باشد، چسب قدرت بیشتری خواهد داشت.

رزین اوره - فرم آلدئید (UF) :

بعد از کارهای تحقیقاتی اولیه توسط دانشمندان آلمانی Holger در سال 1884 و John در سال 1918 که منجر به کشف و تهیه مواد پلیمری از واکنش بین اوره و فرم آلدئید شد ، در سال 1982 رزین اوره - فرم آلدئید به صورت پودر و مناسب برای قالب گیری و همچنین برای ساخت چسب ها و مصرف در صنایع نساجی از طرف کمپانی آلمانی فاربن Farben Industrise و کمپانی انگلیسی توتال Total تهیه و به بازار عرضه شد .

در اولین مرحله از واکنش بین اوره و فرم آلدئید ، گروههای آمین اوره ، ابتدا هیدروکسی متیله شده و در طی واکنشهای چند تراکمی بعدی زنجیر پلیمری حاصل می گردد . با بکارگیری فرم آلدئید مازاد این زنجیرها به یکدیگر متصل شده و شبکه سه بعدی را تشکیل می دهند .

روش کار تهیه رزین اوره- فرمالدئید

به منظور تهیه رزین اوره - فرم آلدئید (UF) می توان یکی از دو روش زیر را بکار برد :

الف ) درون یک لوله آزمایش 5/0 گرم اوره بریزید و تقریباً 1 میلی لیتر اسید کلریدریک غلیظ و 5 میلی لیتر آب اضافه کنید . پس از اینکه اوره بر اثر تکان دادن لوله حل شد ، 15 قطره محلول آبی فرمالین به آن اضافه کنید . رزین اوره - فرم آلدئید به صورت رسوب سفید رنگی تشکیل خواهد شد . اگر رسوبی مشاهده نشد ، مخلوط را با یک میله شیشه ای خراش دهید تا رسوب تشکیل گردد .

ب ) محلول اشباع شده ای از اوره در آب تهیه نمائید ( بدین ترتیب که به اندازه چند نوک اسپاتول اوره بداخل آب در لوله آزمایش ریخته شود ) . 2 میلی لیتر از محلول اشباع شده اوره را با 2 میلی لیتر فرمالین و سه قطره اسید سولفوریک غلیظ در یک لوله آزمایش مخلوط کنید . پس از چند دقیقه جامدات ریز و سفید رنگی تشکیل می کردد .

توضیحاتی پیرامون ساخت رزین اوره - فرمالدئید در یکی از شرکت های خصوصی :

واحد تولید پودر رزین اوره فرمالدئید

در این واحد ابتدا رزین مخصوص پودر توسط یک دستگاه منو پمپ به سیستم Automizer که از نوع چرخشی بوده و دیسک آن حدوداٌ با سرعت 9000 دور بر دقیقه می چرخد منتقل می شود. رزین مایع با عبور از دیسک دوار اسپری شده و در برخورد با هوای داغ با دمای حدود ℃170 که توسط کوره ایجاد می شود رطوبتش گرفته و به پودر تبدیل می گردد. پودر توسط هوای سرد و خشک تولید شده ، خنک گردیده و به دستگاه بسته بندی منتقل می گردد.
کلیه تجهیزات واحد تولید در رزین اوره فرمالدئید، ساخت کشور آلمان بوده و توسط یک سیستم خودکار PLC کنترل می گردد . شرایط تولید پودر در حین فرآیند تولید به صورت مستمر توسط اپراتورهای مجرب و کارآزموده اندازه گیری می گردد.
پودر رزین اوره فرمالدئید که با نام تجاری سامینو800 تولید و به بازارهای خارجی و داخلی عرضه می گردد در صنایع نئوپان سازی و تخته چندلایه کاربرد دارد.
این پودر در هنگام استفاده طبق فرمول این شرکت مجدداٌ به رزین مایع تبدیل می شود. از مزایای این پودر به قابلیت ماندگاری و حمل ونقل آسان می توان اشاره نمود. پودر تولید شده در پاکت های 25 کیلویی که ضد رطوبت بوده بسته بندی و به بازار عرضه می گردد.

کاربردها:

عایق کاری با فوم اوره فرمالدئید ابتدا در سال 1950 در اروپا به منظور عایق سازی حفرات داخل دیواره های ساختمان های مسکونی مطرح شد. به طور معمول در محل اجرا از مخلوط کردن رزین اوره فرمالدئید، یک عامل فوم ساز و هوای فشرده شده ساخته می شود. وقتی که مخلوط وارد حفره های ساختمان پمپ می شود اوره و فرمالدوید ترکیب شده و به صورت یک فوم پلاستیکی عایق در می آیند.

برای ترکیب مناسب و کامل معمولا فرمالدئید بیشتر از مقدار مورد نیاز اضافه می شود. این مقدار اضافی مشکلاتی برای سلامتی انسان ایجاد کرده تا آنجا که استفاده از این فوم در سال 1980 در بعضی از کشور ها مانند کانادا قدغن شد.

مقدار گاز فرمالدئید متصاعد شده به روش مخلوط شدن آن در محل اجرا بستگی دارد. از آنجا که این فوم سلول باز است نمی تواند گاز را به مدت طولانی در خود حفظ کند و بعد از چند ماه مشخص کردن گاز متصاعد شده از فوم حتی با وسایل دقیق ممکن نیست.

تحقیقات اخیر در مورد این فوم ثابت کرده که این فوم سرطان زا بوده و استفاده از آن ریسک بالایی به دنبال دارد. به همین دلایل امروزه از مواد مدرن تری مانند پلی یورتان (polyurethane) و رزین ملامین فرمالدئید (melamine formaldehyde resin) به عنوان جایگزین برای فوم اوره فرمالدئید استفاده می شود.

اسفنج اوره فرم آلدهید

یکی دیگر از کاربردهای رزین اوره - فرم آلدئید در صنعت نئوپان است :

رزین اوره فرمالدئید گرید نئوپان یکی از عمومی ترین و پر مصرف ترین رزین هایی است که در صنعت تولید نئوپان و MDF مورد استفاده قرار می گیرد. پیوندهای بسیار قوی با سلولز و دانسیته بالای رزین کیفیت مناسب MDF و نئوپان را تضمین می نماید.

در صنایع تولیدی نئوپان و MDF تکه های خشک چوب و یا فیبر با چسب UF-TC 102 مخلوط شده و پس از فرآوری به پرس منتقل شده و تحت فشار و گرما به شکل محصول نهایی در می آید.

میزان رزین در محصول نهایی چوبی در حدود 7-8 % وزنی رزین به ازای وزن نئوپان خشک می باشد که بستگی به مواد اولیه بکار رفته و کیفیت و دانسیته تخته دارد.

در پایین یکی از تحقیقات دو دانشمند بر روی رزین اوره - فرمالدئید اصلاح­شده با نانوسیلیس آمده است .

خواص رزین اوره ­فرمالدئید اصلاح­شده با نانوسیلیس

در ایجا نانو سیلیس را بعنوان یک پر کننده، روش پخش و مقدار افزودن آنرا به رزین اوره فرمالدئید بررسی می کنیم. نتایج مطالعه نشان می دهد موقعی که نانو سیلیس همراه با یک عامل جفت کننده سیلان KH-550 ، بوسیله امواج اولتراسونیک ناپیوسته به رزین UF اضافه می شود، خواص رزین بهبود می یابد. موقعی که مقدار نانوسیلیس زیر1.5% باشد، مقدار فرمالدئید آزاد رزین کاهش می یابد. و گرانروی و مقاومت اتصال رزین با افزایش در افزودن نانوسیلیس افزایش می یابد که زمان این تیمار طولانی نیست. در تخته لایه، تخته خرده چوب و MDF ، بوسیله افزودن 1% نانو سیلیس به رزین UF ( با نسبت مولی فرمالدئید به اوره1.2) خواص آنها بیشتر از استاندارد ملّی خواهد شد. آزاد سازی فرمالدئید آزاد به درجه E1 می رسد. سرانجام ما مکانیسم تأثیرات مکانیکی نانو سیلیس روی رزین UF را بوسیله تحلیل طیف مادون قرمز و طیف فتوالکترونیک اشعه X مورد آنالیز قرار دادیم.

1- مقدمه

مطالعه و کاربرد روی رزین اوره فرم آلوئید یک تاریخچه بیش از 100 ساله دارد. قیمت پائین، تکنیک شیمیایی ساده و مقاومت به آب، چسب UF را یکی از چسب های اصلی مورد استفاده در صنایع چوب کرده است. ( تانگ 2002 ).

مقدار فرمالدئید آزاد آن بطور مستقیم متناسب با مقاومت چسبندگی آن است.

رزین UF با یک مقدار کم فرمالدئید آزاد بوسیله یک نسبت مولی کم فرمالدئید به اوره می تواند تولید شود، اما اگر نسبت مولی خیلی کم باشد مقاومت چسبندگی و خواص دیگر رزین صدمه می بیند ( ژو 1999). محصولات چوبی ساخته شده با رزین UF که هنوز فرمالدئید آزاد پخش می کنند، طبیعت را آلوده کرده و برای سلامتی مردم مضرند ( لوندیس 1992 ). بنابراین کاهش مقدار فرمالدئید آزاد در رزین های UF و افزایش مقاومت اتصال چسب مورد مطالعه تعداد زیادی از دانشمندان است.

پرکننده ها یک تأثیر اصلاحی روی خواص رزین UF دارند ( دو 1995، لیانگ 1996 ). امّا در پرکننده های قدیمی مورد استفاده همه ذراتشان با اندازه های بالای درجه میکرون هستند، که تأثیر اصلاحی ناچیزی دارند. ذرات نانو با مقیاس کوچکشان بصورت تعداد زیادی از اتم ها روی سطح قرار می گیرند، که بدون اتم های چسبیده می باشند. ذرات نانو سیلیس به آسانی با دیگر اتم ها اتصال برقرار می کنند. فعالیت شیمیایی ذرات نانو عالی می باشد ( کائو و همکاران 2001 ).

افزودن نانوسیلیس به رزین UF نتایج مطلوبی به همراه دارد. این مطالعه روی تأثیرات نانوسیلیس بصورت تیمار سطح، روش های توزیع، و تأثیر آن روی خواص رزین UF تأکید دارد. ما رزین UF همراه با ذرات نانوسیلیس را در پانل هایی که بوسیله پرس تولید می شوند به کار بردیم و مکانیسم تأثیرات مقاومتی نانوسیلیس روی رزین UF را بوسیله تحلیل طیف مادون قرمز و طیف فتوالکترونیک اشعه X مورد آنالیز قرار دادیم.

2- مواد و روش ها

1-2- مواد آزمایشگاهی

هر دوی اوره و فرمالدئید محصولات تجاری اند. مقدار خلوص نانوسیلیس 99% بود، میانگین ابعاد ذرات 20 نانومتر و سطح ویژه آنها 440 بود. چهار نوع نانوسیلیس وجود دارد:

1- نانوسیلیس NMSi-0بدون عامل جفت کننده

2- نانو سیلیس NMSi-A ، که در آن 1% عامل جفت کننده سیلان KH-550 برای تیمار استفاده می شود. ( فرمول مولکولی NH₂(CH₂)₃Si(OC₂H₅)₃ )

3- نانو سیلیس NMSi- B با استفاده از 1% عامل جفت کننده سیلان KH792 برای تیمار (فرمول مولکولی NH₂(CH₂)NH(CH₂)Si(OCH₃)₃ )

4- نانو سیلیس NMSi-C با استفاده از 1% عامل جفت کننده سیلان KH570 برای تیمار (فرمول مولکولی CH₂=C(CH₃)COO(CH₂)₃Si(OCH₃)₃ )

صفحات روکش از کاج سرخ چینی بودند که از کارخانه تخته لایه سان مینگ استان فوجیان انتخاب شده بودند. ضخامتشان mm3/1 و مقدار رطوبتشان 12-8 درصد بعد از خشک کردن بود. خرده چوبها از کارخانه تخته خرده چوب نانپینگ در ایالت فوجیان انتخاب شد. نسبت کاج به چوبهای متفرقه 7 به 3 بود. خرده ها دارای 15-10 میلی متر طول، 3-2 میلی متر عرض و ضخامت0.3- 0.15 میلی متر بودند.

الیاف فیبری از کارخانه MDF یونگ­آن در ایالت فوجیان انتخاب شود. نسبت کاج به چوبهای متفرقه 6 به 4 و میزان جداسازی الیاف حدود 11 ثانیه ( خمیر تند ) بود. خرده چوبها و الیاف تا مقدار رطوبت 5% خشک شده بودند.

2-2- آماده سازی رزین UF

نسبت مولی فرمالدئید به اوره 1.05 - 1.3 بود. ما یک روش قلیایی- اسیدی- قلیایی انتخاب کرده بودیم و 3 بار کندانسیشن ( تغلیظ ) را بکار بردیم. فرمالدئید و اوره، برای بار اول در محیط قلیایی در دمای C90⁰ برای یک دوره زمانی قرارگرفتند. سپس با شرایط اسیدی ضعیف، واکنش با یک دمای مشخص انجام گرفت. بعد از آن، ما اوره را برای بار دوم بکار بردیم.

3-2- آنالیز خواص رزین

خواص بر طبق استاندارد ملی GB/T 14074-93 تحلیل شدند. مقاومت چسبندگی تخته سه لایه پرس شده بر طبق استاندارد ملی GB/T 9846-2004 آزمایش گردید.

4-2- آماده سازی تخته ها

تخته ها در آزمایشگاه تولید شدند. ابعاد تخته لایه3.5× 300× 300 میلی متر بود. مقدار چسب در هر واحد سطوح چوب ( با دوبار انتشار ) 350 بود. روش پرس گرم:

دما C5⁰ ± 115، فشار Mpa 0.97و زمان 3 دقیقه.

ابعاد تخته خرده چوب 10×360×360 میلی متر و مقدار چسب اضافه شده 10% بودند.

روش پرس گرم:

دما C 5⁰ ± 165، فشار Mpa2.5و زمان پرس 5 دقیقه.

ابعاد MDF 10×360×360 میلی متر و مقدار چسب اضافه شده 12% بود.

روش پرس گرم:

دما C5⁰± 170، فشار Mpa 2.8 و زمان پرس 5 دقیقه.

5-2 آزمایش خواص پانل

براساس استانداردهای ملی، آنالیز عددی نهایی پخش فرمالدئید آزاد بوسیله روش acetylacetone صورت گرفت.

6-2- تحلیل طیف مادون قرمز

برای تحلیل طیف مادون قرمز، ما از ابزار Fourier Avatar 360 استفاده کردیم.

روش: نمونه پودری بعد از نمایش با KBR اسکن شده بود.

7-2- تحلیل طیف فتوالکترونیک اشعه X

برای تحلیل با اشعه X ، ما از Quantum 2000 Scanning Esca Microprobe استفاده نمودیم. کمترین درجه خلأ در اتاق آنالیز بالای ^8-10×5 پاسکال بود. منبع تحریک یک آند مونوکروم آلومینیوم با انرژی 8/1458 الکترون ولت ( eV )، طول امواج اشعه X m 100 و قدرت 25 وات بود.

روش: بعد از نمایش نمونه پودری به ابزاری برای خلأ و اسکن ارائه شد.

3- بحث و نتیجه گیری

1-3- تأثیرات عامل جفت کننده نانو سیلیس روی خواص رزین UF

خواص رزین UF با نسبت فرمالدئید به اوره 2/1، مخلوط با 0 NMSi-B,NMSi-A,NMSi- و NMSi-C بوسیله امواج اولتراسونیک ناپیوسته در جدول 1 مرتب شده است.

از نتایج 1، می توان دریافت که خواص رزین UF بعد از استفاده از نانو سیلیس به همراه یک عامل جفت کننده بهبود می یابد. برای اینکه سطح فعال شده و انرژی سطح بالایی از ذرات نانو پدید می آید، آنها مناسب برای اتصال هستند. ( پامپاچ و هابرک 1983- ژو و ژانگ 2002 ) این چسبیدن ( تجمع) بیشتر با نیروهای بین مولکولی و به سختی با نیروهای چسبندگی پدید می آید. گذشته از آن می توان تحت یک نیروی بیرونی دوباره انتشار را انجام داد در حالیکه بعداً نمی توان این کار را انجام داد. همچنین انرژی سطح رزین UF نسبتاً پایین است و با نانوسیلیس ناسازگار می باشد. موقعی که رزین UF و نانوسیلیس مخلوط شدند، مخلوط به آسانی متلاشی نمی شود. خواص رزین UF اصلاح شده بوسیله NMSi-O که سطح با یک ماده جفت کننده آمیخته نشده است، نسبتاً ضعیف است. برای اینکه دو نوع گروه های واکنشی در ساختار عامل جفت کننده وجود دارد (وانگ و همکاران 2002 )، این گروه های واکنشی می توانند انرژی سطح ماده معدنی (نانوسیلیس) را کاهش داده و سازگاری آنرا با رزین UF بهبود بخشد. بنابراین توزیع نانو سیلیس و سازگاری آن با رزین UF بعد از ترکیب با عامل جفت کننده بهبود یافت. به هر حال، تأثیرات اصلاحی مختلفی برای عوامل جفت کننده مختلف وجود دارد ( یانگ و همکاران 2004 ). از آزمایشات ما نتیجه می شود که عامل جفت کننده سیلان550 KH- بهترین تأثیرات را دارد. رزین UF اصلاح شده بوسیله NMSi-A کمترین مقدار از فرمالدئید آزاد و بالاترین مقاومت اتصال را دارد.

2-3- تأثیرات روش های انتشار نانوسیلیس روی خواص رزین UF

در آزمایشات ما، نسبت مولی فرمالدئید به اوره 1 به 2 بود و NMSi-A به رزین UF بوسیله شش روش مختلف اضافه شد:

A: پیش از مرحله واکنش شیمیایی اوره و فرمالدئید

B: در طول مرحله واکنش شیمیایی تشکیل رزین

C: مخلوط کردن نانو سیلیس و رزین UF بوسیله مخلوط کننده مکانیکی در سرعت 120 دور در دقیقه

D: مخلوط کردن نانو سیلیس و رزین UF بوسیله مخلوط کننده مکانیکی در سرعت 1000 دور در دقیقه

E: مخلوط کردن نانو سیلیس و رزین UF بوسیله امواج اولتراسونیک ناپیوسته برای 10 دقیقه

F: مخلوط کردن نانو سیلیس و رزین UF بوسیله امواج اولتراسونیک ناپیوسته برای 10 دقیقه (30 ثانیه نوسان با 30 ثانیه توقف نوسان ).

آنطور که مشاهده می شود موقعی که نانو سیلیس به رزین UF پیش از تشکیل آن اضافه می شود، خواص رزین بهبود نمی یابد. برای اینکه نانوسیلیس در پلیمریزاسیون رزین UF دخالت می کند، که در این صورت درجه تشکیل اتصالات عرضی کافی نخواهد بود، مقدار فرمالدئید آزاد افزایش و مقاومت اتصال کاهش می یابد.

موقعی که نانو سیلیس در طول واکنش شیمیایی تشکیل رزین UF به آن افزوده می شود، خواص رزین یک مقدار ناچیزی بهبود می آید. برای اینکه آن همراه با فعالیت گروه ها و فرمالدئید آزاد در رزین است که نیروی بین مولکولی افزایش یافته و در نتیجه مقدار فرمالدئید آزاد رزین کاهش و مقاومت اتصال افزایش می یابد. اما نانو سیلیس مناسب به اتصال در دمای بالاست. به هر حال خواص رزین را بهبود می بخشد.

چهار روش F,E,D,C خواص UF را بهبود می بخشد اما به میزان مختلفی. در میان چهار روش، سرعت دوران بالا، نانوسیلیس را برای پخش یکنواخت مهیا می سازد و تأثیرش بهتر از آنست که سرعت دوران پائینی دارد. روش امواج اولتراسونیک بهتر از مخلوط سازی مکانیکی بوده به خصوص روش F که بهترین تأثیر را دارد.

موقعی که نانوسیلیس بوسیله نوسانات اولتراسونیک به UF اضافه می شود در آن نفوذ می کند (ژو و ژانگ 2002)، یک موج نوسانی شدید شکل می گیرد که باعث ایجاد ترک های ریز در حباب های هوا و آزاد سازی انرژی می شود. آن با انرژی بالا نیروهای چسبندگی بین ذرات نانو را ضعیف کرده و از چسبیدن ذرات نانو به هم جلوگیری می کند و باعث می شود نانوسیلیس بطور یکنواخت انتشار یابد. موقعی که نانوسیلیس بوسیله نوسانات اولتراسونیک به UF افزوده می شود، انرژی بالا در حد میکرو پدید می آید؛ دمای جزیی بالا، فشار جزیی بالا ، امواج شدید و نوسانات میکرو ایجاد می کند.

اگر زمان نوسان خیلی طولانی باشد، شاید باعث افزایش برخورد نانو ذرات به هم شده که باعث جمع شدن دوباره آنها گردد. در هر حال تأثیر روش انتشار E ضعیف بود. در پایان موقعی که نانوسیلیس بوسیله نوسانات اولتراسونیک در دمای اتاق بعد از سنتز UF افزوده می شود، اصلاح با نانوسیلیس کمترین مقدار فرمالدئید آزاد و بیشترین مقاومت چسبندگی را دارد.

3-3- تأثیرات مقدار نانوسیلیس روی خواص رزین UF

خواص رزین UF اصلاح شده که نسبت مولی فرمالدئید به اوره 3/1، 25/1،2/1،15/1، 1/1،05/1مخلوط شده با صفر ، 0.5%، 1%،51.%،2% NMSi-A

مقاومت اتصال رزین اصلاح شده با کاهش نسبت مولی فرمالدئید به اوره، کاهش می یابد، با افزایش مقدار نانوسیلیس تحت شرایط نسبت مولی یکسان فرمالدئید به اوره، مقاومت اتصال افزایش می یابد.

موقعی که مقدار نانوسیلیس بیش از 5/1% از رزین UF بود، مقاومت اتصال رزین UF اصلاح شده توسعه زیادی نداشت. تأثیری که نسبت مولی فرمالدئید به اوره داشت بیشتر از تأثیر مقدار نانو سیلیس بروی مقاومت اتصال رزین UF اصلاح شده بود.

موقعی که نسبت مولی فرمالدئید به اوره 1.05 و 1.5بود، نانوسیلیس نیز اضافه شده بود، مقاومت اتصال رزین UF اصلاح شده از 0.42به 0.87مگاپاسکال، نزدیک به دو برابر رزین UF خالص بهبود یافت. در کل، نسبت مولی کمتر فرمالدئید به اوره میزان اتصالات عرض رزین اصلاح شده را کاهش داده و مقاومت اتصال را ضعیف تر از رزین UF خالص می نماید. به هر حال، موقعی که نانوسیلیس اضافه شد، بعلّت تأثیرات سطح آن، تأثیرات اندازه کوچک برای اتم های زیاد آن و واکنش پذیری بالا، آن به آسانی با گروه های فعال رزین UF خالص اتصال های عرضی تشکیل داده و نیروی پیوستگی ( کوهیژن ) و مقاومت اتصال رزین UF اصلاح شده را بهبود می بخشد.

فرمالدئید آزاد رزین اصلاح شده با افزایش در نسبت مولی فرمالدئید به اوره افزایش می یابد. مقدار فرمالدئید آزاد رزین اصلاح شده بتدریج با افزایش نانو سیلیس در نسبت مولی فرمالدئید به اوره یکسان، کاهش می یابد.

موقعی که مقدار نانوسیلیس بیشتر از1.5% رزین خالص بود، فرمالدئید آزاد کاهش زیادی نداشت. به هر حال تأثیر نسبت مولی فرمالدئید به اوره بیشتر از تأثیر افزودن نانوسیلیس روی کاهش در مقدار فرمالدئید آزاد است. برای اینکه نانو سیلیس جذب کننده قوی است، ذرات نانوسیلیس می تواند با گروه های فعال رزین خالص واکنش داده و فرمالدئید آزاد را جذب کرده، مقدار آنرا در رزین اصلاح شده کاهش دهد.

گرانروی رزین اصلاح شده با افزایش مقدار نانوسیلیس، افزایش می یابد. برای اینکه پیوند هیدروژنی یا نیروهای واندروالسی ما بین نانوسیلیس و هیدروکسی و آمید رزین خالص شکل می گیرد، نیروهای بین مولکولی افزایش می یابد، که در نتیجه روانی و گرانروی افزایش می یابد ( یانگ و همکاران 2004 ).

در محدوده آزمایش ما گرانروی افزایش یافت که نمی تواند تحت تأثیر عملکرد رزین اصلاح شده باشد. در حقیقت رفتار متضادی رخ می دهد. آن می تواند با مقدار زیادی از نفوذپذیری چسب از فیلترهای داخل چوب جلوگیری کند یا باعث چسبندگی ناکافی شده میزان کل چسبندگی را کاهش دهد.

زمان تیمار رزین اصلاح شده با سختی تحت تأثیر بوسیله مقدار نانوسیلیس است. با توجه به شرایط پرس گرم نیازی به دستکاری این خصیصه رزین اصلاح شده نیست.

4-3 انواع مختلف پرس پانل های چوبی که از رزین اصلاح شده با نانوسیلیس استفاده می کنند.

رزین های اوره فرمالدئید H-0 , G-0 با نسبت مولی فرمالدئید به اوره 1.2و 1.1بطور جداگانه آماده شدند. یک درصد NMSi-A به رزین های H-0 , G-0 بطور جداگانه بوسیله روش نوسان اولتراسونیک ناپیوسته اضافه شد، که رزین های UF اصلاح شده با نانوسیلیس G-1و H-1 تولید نمود. این چهار نوع رزین در تولید تخته لایه، تخته خرده چوب و MDF استفاده شدند.

مقاومت پانل ها بر طبق استاندارد ملی است، اما میزان انتشار فرمالدئید آزاد تنها در حد درجه ₂E است وقتی که از رزین خالص با نسبت مولی فرمالدئید به اوره 1.2استفاده می شود.

موقعی که از رزین با نسبت مولی فرمالدئید به اوره 1.1 استفاده می شود، مقاومت پانل تولیدی در حد استاندارد ملی نیست.

موقعی که 1% نانوسیلیس به رزین با نسبت مولی فرمالدئید به اوره 1.2 اضافه می شود، مقاومت پانل ها بیشتر از حد استاندارد ملی و میزان انتشار فرمالدئید آزاد به درجه ₁E می رسد. موقعی که از رزین با نسبت مولی فرمالدئید به اوره 1.1استفاده می شود. خواص پانل ها تا حدودی بهبود می یابد و نزدیک استاندارد می باشد. در این حالت اطمینانی از تولید چنین پانل هایی نیست. نتایج آزمایش نشان می دهد که همه خواص فیزیکی و مکانیکی پانل های مختلفی که با رزین UF اصلاح شده با 1% نانوسیلیس و با نسبت مولی فرمالدئید به اوره 1.2 ساخته شده اند در حد استاندارد بوده و انتشار فرمالدئید در حد استاندارد ₁E است

5-3- تحلیل با طیف مادون قرمز

مقدار کمی رزین UF و رزین UF اصلاح شده با 3% نانوسیلیس بمدت 2 ساعت تحت دمای 50-40 درجه سانتیگراد و خلأ Mpa095/0 قرار گرفتند تا خشک شده و به حالت جامد در آیند. بوسیله آسیاب این ها دو نوع پودر بدست آمد. بعد مقدار کمی رزین اصلاح شده با 3 درصد نانوسیلیس در دمای 115 درجه خشک شد، پودری بوسیله آسیاب آن بدست آمد. شکل 2 نتایج تحلیل طیف مادون قرمز NMSi-A و سه نمونه ذکر شده در بالا می باشد ( وانگ 1989 ).

یک قلّه ( پیک ) وجود دارد که یک پیک هیدروکسی در ^1-cm27/3444 است. آن نشان می دهد که گروه های هیدروکسیل روی سطح نانوسیلیس وجود دارد.

بالاترین پیک در ^1-cm67/1094 رخ می دهد که مربوط به نوسان متقارن حلقه Si-o-Si در قسمت های آمورف ( نامنظم ) نانوسیلیس است. پیک نوسانی متقارن حلقه Si-o-Si در ^{1 -}cm37/796 بود.

پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی هیدروکسیل- هیدروکسیل- هیدروکسیل و آمید- آمید- آمید در مولکول های رزین شکل می گیرد. این باعث می شود که پیک ( قلّه ) نوسان از N-H , O-H در فرکانس های پائین بصورت مستقیم باشد، و یک پیک پهن و عجیب در 37/3354 رخ دهد. نوسانی از C-H متیلن در 2958، 48/1654 و ^1-cm15/1544 رخ می دهد که از حلقه های آسیلامینو هستند.

اتصال های ^1-cm79/1384 و ^1-cm94/1249 نوسانات تغییر شکل یافته ای از مرحله متیلنی شدن است. حلقه ^1-cm44/1139 ناشی از اتصال CH₂OCH₂ و حلقه ^1-cm80/1008 از متلیلل CH₂OH است.

پیک نوسانی تغییر شکل یافته ناشی از متیلن در ^1-cm7/1380 نشاندهنده یک واکنش پلی کندانسیشن بیشتر در رزین در یک دمای بالاست. همچنین یک پیک در

^1-cm54/1041 نزدیک ^1-cm1094 رخ می دهد. آیا رزین UF با نانوسیلیس واکنش داده و حلقه C-O-Si رخ می دهد؟

پایداری C-O-Si مشابه با C-O-C است؟ پاسخ این سؤالات بوسیله طیف فتوالکترونیک اشعه X داده می شود.

6-3 - آنالیز XPS ( طیف فتوالکترونیک اشعه X )

فرآیند مشابه قسمت 5-2 است. تمام آنالیز عوامل از سطح نمونه بوسیله آنالیز طیف فتوالکترونیک اشعه X ( وو 2002 ) از NMSi-A ، رزین خالص و رزین اصلاح شده با نانوسیلیس در دمای C115⁰ درشکل3 نشان داده شده است.

2 عنصر بزرگ سیلیسم و اکسیژن در نانوسیلیس، سه عنصر اصلی کربن، نیتروژن و اکسیژن در رزین UF و چهار عنصر اصلی کربن، نیتروژن، سیلیسیم و اکسیژن دررزین اصلاح شده وجود دارد.

تعدادی حلقه های کربن- اکسیژن- سیلیسیم وجود داشتند. حالت شیمیایی نخستین نانوسیلیس و رزین UF بعد از اینکه نانوسیلیس به رزین اضافه شد؛ باقی می ماند و واکنش در یک دمای UF (C 115⁰ ) انجام می گیرد. ( مولدر و همکاران 1995 ).

نتایج را می توان بطور مستقیم بوسیله کنتراست تصاویر XPS در هر نمونه دید. این نتیجه نشان می دهد که هر دوی جذب فیزیکی و اتصال شیمیایی ما بین نانوسیلیس و رزین UF وجود دارد. دلیل اصلی این است که مقدار کمی نانوسیلیس می تواند مقاومت اتصال رزین UF را بهبود و مقدار فرمالدئید آزاد را کاهش دهد.

4- نتیجه گیری

هنگامی که نانوسیلیس همراه با 1% عامل جفت کننده سیلانKH-550 برای تیمار سطحی، به رزین UF بوسیله نوسان اولتراسونیک ناپیوسته اضافه می شود، این عمل خواص رزین را بهبود می بخشد. مقدار نانوسیلیس تأثیرات متفاوتی روی عملکرد رزین های UF با نسبت های مولی مختلف فرمالدئید به اوره دارد.

تحت شرایط نسبت مولی یکسان فرمالدئید به اوره، موقعی که مقدار نانوسیلیس زیر1.5% بود، میزان فرمالدئید آزاد کاهش، مقاومت اتصال افزایش یافت. تأثیرات نانوسیلیس روی مقاومت اتصال در نسبت های مولی کمتر فرمالدئید به اوره واضحتر بود. تأثیرات نانوسیلیس روی کاهش مقدار فرمالدئید آزاد در نسبت های مولی بالاتر فرمالدئید به اوره واضحتر بود.

با افزایش مقدار نانوسیلیس، گرانروی رزین افزایش می یابد. اما در محدوده آزمایش ما، افزایش گرانروی تأثیری روی خواص نمی گذارد. بر عکس، آن باعث دور شدن فشردگی و کاهش مصرف پرکننده معمولی می گردد.

مقدار نانوسیلیس تأثیر کمی روی زمان تیمار دارد و نیازی به تغییر شرایط پرس گرم نیست. موقعی که نسبت مولی فرمالدئید به اوره رزین 1.2 بود و نانوسیلیس (1% ) به رزین بوسیله نوسان اولتراسونیک ناپیوسته اضافه شد، ما از رزین اصلاح شده برای پرس تخته لایه، تخته خرده چوب و MDF استفاده کردیم. خواص فیزیکی و مکانیکی پانل ها بیشتر از حد استاندارد ملّی بود و پخش فرمالدئید آزاد به حد مناسب ₁E رسید.

تعدادی گروه های هیدروکسیلی روی سطح نانوسیلیس وجود دارد که بوسیله آنالیز طیف مادون قرمز دیده می شوند.

واکنش نانوسیلیس و رزین UF یک پیک در ^1-cm54/1041 پدید می آورد شاید دلیل آن واکنش رزین و نانوسیلیس باشد.

آنالیز XPS نشان می دهد که انرژی چسبندگی و شرایط شیمیایی واکنش نانوسیلیس و رزین تغییر می کند و حلقه های C-O-Si پدید می آید. از این می توان نتیجه گرفت که نانوسیلیس با رزین واکنش داده است که دلیل اصلی این است که یک مقدار کم نانوسیلیس قادر است مقاومت اتصال را افزایش و مقدار فرمالدئید آزاد را کاهش دهد

گرداورنده:

لین ­کیااوژیا- یانگ گویدی

منبع: .ir