Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình tạo keo tanin - glyoxal từ nguồn vỏ cây keo lá tràm và thử ứng dụng của keo sản phẩm.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

ĐOÀN VĂN DƯƠNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ

ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO KEO TANIN-GLYOXAL

TỪ NGUỒN VỎ CÂY KEO LÁ TRÀM VÀ

THỬ ỨNG DỤNG CỦA KEO SẢN PHẨM

Chuyên ngành: HÓA HỮU CƠ

Mã số: 60 44 27

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Đà Nẵng - Năm 2014

Công trình được hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ TỰ HẢI

Phản biện 1: TS. Trần Mạnh Lục

Phản biện 2: TS. Nguyễn Đình Anh

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận

văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa học họp tại Đại học Đà Nẵng vào

ngày 20 tháng 12 năm 2014

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng

- Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay, các vật liệu kết dính và chất dẻo mới có nguồn gốc

từ thực vật đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu và áp

dụng để sản xuất các chi tiết vật dụng trong cuộc sống và máy móc

khác nhau. Đặc biệt, đối với ngành sản xuất các vật liệu ván gỗ nhân

tạo thì nhu cầu sử dụng các chất kết dính là rất lớn.

Do có những đặc tính cơ lý ưu việt, kiểu dáng màu sắc phong

phú, nên đồ mộc làm từ ván gỗ nhân tạo được người tiêu dùng rất ưa

chuộng. Ngoài ra, do nguồn gỗ khai thác từ tự nhiên ngày càng cạn

kiệt, vì vậy sản xuất ván gỗ nhân tạo là hướng ưu tiên đầu tư của Nhà

nước để xuất khẩu và giải quyết nguồn nguyên liệu rừng trồng.

Trong quá trình sản xuất ván gỗ nhân tạo, người ta thường sử dụng

các loại keo như phenol formaldehyde (PF), phenol resorcin

formaldehyde (PRF), urea formaldehyde (UF), melamin

formaldehyde (MF) và các dạng biến tính của chúng. Tuy nhiên, việc

sử dụng các loại keo dán bắt nguồn từ các hóa chất của công nghiệp

dầu mỏ thường có giá thành đắt, gây độc hại với môi trường và dần

trở nên khan hiếm, cạn kiệt. Do vậy, xu hướng nghiên cứu tìm các

chất không độc hại để thay thế một phần hoặc toàn bộ nguyên liệu

gốc dầu mỏ bằng các nguyên liệu tái tạo có nguồn gốc thực vật là

công nghệ hấp dẫn về mặt kinh tế và môi trường đang được các nhà

khoa học trên thế giới quan tâm. Một trong số đó là các hợp chất

tanin được tách ra từ các loài thực vật và được sử dụng cho tổng hợp

keo tanin-glyoxal, cũng như các dạng biến tính của chúng để ứng

dụng trong dán gỗ và các lĩnh vực kết dính khác. Các loại keo tanin￾glyoxal được tổng hợp từ nguồn nguyên liệu tanin tách ra từ thực vật

không phát tán ra formaldehyde - là chất gây ung thư - trong quá

trình sử dụng cho công nghiệp ván gỗ ép nhân tạo.

2

Việt Nam là một nước nhiệt đới với hệ thực vật phong phú,

trong đó có nhiều loài thực vật có chứa hợp chất tanin với hàm lượng

tương đối cao như keo lá tràm, thông,... Đặc biệt là khu vực miền

trung là nơi có nhiều rừng thông, keo lá tràm,… Đây là nguồn

nguyên liệu cho tanin rất lớn. Tuy nhiên, các loài cây này thường

được người dân sử dụng để lấy gỗ, còn phần vỏ chứa tanin thì bị bỏ

đi gây lãng phí và ô nhiễm trường. Ngoài ra, một số nhà máy sản

xuất nguyên liệu bột giấy từ cây keo lá tràm đã thải ra một lượng vỏ

rất lớn có chứa tanin, vỏ của chúng có mùi hôi nên thường gây ô

nhiễm môi trường nặng cho khu vực xung quanh. Do vậy, việc

nghiên cứu chiết tách tanin từ vỏ cây keo lá tràm để chế tạo keo

tanin-glyoxal sẽ có ý nghĩa quan trọng về mặt khoa học và thực tiễn

trong việc tổng hợp một loại keo dán có giá thành rẻ, thân thiện môi

trường và đáp ứng được một phần nhu cầu sử dụng các loại keo dán

cho ngành sản xuất ván gỗ ép; cũng như các ngành có liên quan đến

keo dán khác mà thực tế hiện nay chúng ta phải nhập các loại keo

dán gỗ từ nước ngoài. Đồng thời, kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ

mở thêm ứng dụng của hợp chất tanin được chiết tách từ nguồn

nguyên liệu thực vật phong phú và tái tạo được ở nước ta, tạo công

ăn việc làm và tăng nguồn thu nhập cho người dân.

Vì vậy, chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của các

yếu tố đến quá trình tạo keo tanin-glyoxal từ nguồn vỏ cây keo lá

tràm và thử ứng dụng của keo sản phẩm” để làm luận văn với

mong muốn tìm hiểu thêm về khả năng sử dụng của các sản phẩm có

sẵn trong tự nhiên tại địa phương.

2. Mục đích nghiên cứu

- Tìm điều kiện tối ưu để chiết tách tanin từ vỏ keo lá tràm.

3

- Tìm điều kiện tối ưu cho quá trình tạo ra keo dán gỗ tanin￾gloxal từ tanin của vỏ keo lá tràm.

- Ứng dụng keo dán gỗ tanin-glyoxal tạo gỗ ép MDF.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng: Vỏ cây keo lá tràm.

- Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến

quá trình chiết tách tanin; khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá

trình tạo keo tanin-glyoxal; ứng dụng tạo tấm ván ép.

4. Phương pháp nghiên cứu

- Chiết tách tannin.

- Tổng hợp keo tanin-glyoxal.

- Xác định một số nhóm chức của keo bằng phổ hồng ngoại IR.

- Xác định các tính chất hóa lý của keo tanin-glyoxal.

- Tạo tấm ván ép MDF.

* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

-Ý nghĩa khoa học

+ Tìm điều kiện tối ưu cho quá trình chiết tách tanin trong vỏ

keo lá tràm.

+ Tìm điều kiện tối ưu cho quá trình tạo keo.

+ Tạo tấm ván ép MDF.

- Ý nghĩa thực tiễn

+ Tìm hiểu các ứng dụng quan trọng của tanin.

+ Nâng cao giá trị sử dụng của cây keo lá tràm trong đời sống.

5. Cấu trúc luận văn

Nội dung chia thành 3 chương

Chương 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

Chương 2:NGUYÊNLIỆUVÀ PHƯƠNGPHÁP NGHIÊN CỨU

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

1.1. TỔNG QUAN VỀ KEO LÁ TRÀM

1.1.1. Sơ lược chi keo

1.1.2. Sơ lược về keo lá tràm

1.1.3. Phân loại keo lá tràm

1.1.4. Đặc điểm keo lá tràm

Keo lá tràm là dạng cây gỗ lớn, chiều cao có thể đạt tới 30m.

Loài cây này phân cành thấp và có tán rộng.

Lá cây là lá giả, do lá thật bị tiêu giảm, bộ phận quang hợp là

lá giả, được biến thái từ cuống cấp một, quan sát kỹ có thể thấy dấu

vết của tuyến hình chậu còn ở cuối lá giả có hình dạng cong lưỡi

liềm, kích thước lá giả rộng từ 3-4 cm, dài từ 6-13 cm trên lá giả có

khoảng 3 gân dạng song song, ở cuối lá có một tuyến hình chậu.

Hoa tự dạng bông đuôi sóc, tràng hoa màu vàng. Quả dạng đậu

xoắn, hạt màu đen, có rốn hạt khá dài màu vàng như màu của tràng

hoa. Vỏ cây có rạn dọc, màu nâu xám.

1.1.5. Sự phân bố

1.1.6. Hướng sử dụng

1.2. TỔNG QUAN VỀ KEO DÁN

1.2.1. Lịch sử tìm ra keo dán

1.2.2. Định nghĩa về keo dán

Nếu ta hiểu theo nghĩa thông thường, keo dán là những chất có

khả năng kết dính được vật liệu một cách tương đối bền chắc nhờ

vào tác dụng bề mặt của mình.

Thuật ngữ “keo dán” được coi như một khái niệm chung bao

gồm các loại vật liệu khác nhau như xi măng, hồ, keo, chất nhầy. Tất

cả có thể được sử dụng thay thế cho nhau, nhưng thuật ngữ “keo

dán” thường được sử dụng nhiều nhất.

1.2.3. Các chức năng của keo dán

Chức năng cơ bản của keo dán là để nối kết các phần của vật

liệu lại với nhau. Chức năng này được thực hiện bằng sự truyền

mạch đồng loạt từ phân tử này sang phân tử khác trong hệ vật liệu cần

dán có sự tham gia của các vật liệu cơ học. Với sự đóng kín kiểu cơ học,

5

độ bền của cấu trúc được giới hạn ở các vùng của các bộ phận tiếp

xúc với vật liệu.

Keo dán có thể được sử dụng để dán các kim loại, chất dẻo,

gốm, sứ, cao su và những hợp chất của những nguyên liệu khác.

1.2.4. Các tính chất quan trọng của keo dán

- Có khả năng lấp đầy lỗ hổng.

- Liên kết được các bề mặt.

- Chống chịu được sự va chạm.

- Có khả năng chịu tải.

- Chịu nhiệt và chịu lạnh.

- Dễ thích nghi với thời tiết

1.2.5. Phân loại keo dán

a. Keo có nguồn gốc tự nhiên và tổng hợp

b. Sự phân loại theo thành phần hóa học

1.2.6. Keo dán gỗ

1.2.7. Keo tanin-glyoxal

1.3. TỔNG QUAN VỀ TANIN

1.3.1. Khái niệm về tanin

Từ “tanin” được dùng đầu tiên vào năm 1976 để chỉ những

chất có mặt trong dịch chiết thực vật có khả năng kết hợp với protein

của da sống động vật làm cho da biến thành da thuộc không thối và

bền. Do đó, tanin được định nghĩa là những hợp chất hữu cơ thuộc

loại polyphenol rất phổ biến ở những thực vật có vị chát, chủ yếu ở

mô của thực vật có mạch.

Sở dĩ tanin có tính chất thuộc da là do cấu trúc hoá học của

tanin có nhiều nhóm OH phenol tạo được nhiều liên kết hydro với

các mạch polypeptid của protein trong da. Phân tử tanin càng lớn thì

sự kết hợp này càng chặt chẽ.

Ngoài ra, nhờ những đặc tính lý hóa khác mà tanin được sử

dụng trong công nghiệp nhuộm và cả trong y học, dược học, công

nghiệp đồ uống...

Cuối thế kỉ 18, người ta tiến hành các thí nghiệm đầu tiên về

tách chiết các chất hoạt động từ dung dịch nước sau khi chiết rễ và gỗ

các loại cây lá nhọn có tính thuộc da. Sự tách chiết này dựa trên cơ sở

6

liên kết của chúng với các protein trong da, vì vậy chúng có tên “các

chất chiết thuộc da” và không bao lâu sau chúng được thay bằng

thuật ngữ “chất thuộc” mà tiếng Latinh gọi là “tanin”.

1.3.2. Phân loại tanin

1.3.3. Tính chất của tanin

a. Tính chất vật lí của tanin

b. Tính chất hóa học của tanin

- Tanin tạo kết tủa với muối sắt (III), tuỳ loại mà cho màu

xanh đen (tanin thuỷ phân) hoặc xanh lá cây đậm (tanin ngưng tụ).

- Kết tủa với gelatin: Dung dịch tanin 0.5-1% khi thêm vào

dung dịch gelatin 1% có chứa 10% NaCl thì sẽ có kết tủa.

- Kết tủa với muối kim loại: Tanin cho kết tủa với các muối

của kim loại nặng như chì, thủy ngân, kẽm, sắt. Nên làm giảm sự hấp

thụ của những chất này trong ruột, vì vậy được ứng dụng để giải độc

trong những trường hợp ngộ độc alcaloid và kim loại nặng.

Phản ứng Stiasny: Để phân biệt 2 loại tanin người ta dựa vào

phản ứng Stiasny: Lấy 50 ml dung dịch tanin, thêm 10ml formol và

5ml HCl đun nóng trong vòng 10 phút. Tanin pyrocatechic thì cho

kết tủa đỏ gạch còn tanin pyrogallic không kết tủa. Nếu trong dung

dịch có 2 loại tanin thì sau khi lọc kết tủa, cho vào dung dịch lọc

CH3COONa rồi thêm muối sắt (III), nếu có mặt tanin pyrogallic thì

sẽ có kết tủa xanh đen.

Tanin bị oxi hóa hoàn toàn dưới tác dụng của KMnO4 hoặc

hỗn hợp cromic trong môi trường axit. Tính chất này dùng để định

lượng tanin với chất chỉ thị là Indigocarmin.

1.3.4. Ứng dụng của tanin

a. Tạo phức với ion kim loại

b. Sử dụng làm chất chống oxi hóa

c. Sử dụng trong y học

d. Sử dụng trong kĩ nghệ thuộc da

1.3.5. Tình hình nghiên cứu và sử dụng tanin

a. Trong đời sống và trong y, dược học

b. Trong công nghiệp

c. Những thực vật chứa nhiều tanin

7

1.4. MỘT SỐ LOẠI GỖ CÔNG NGHIỆP THƯỜNG ĐƯỢC SỬ

DỤNG

1.4.1. Gỗ Veneer

1.4.2. Gỗ PB - Particle board - Ván gỗ dăm

1.4.3. Gỗ MFC - Melamine Faced Chipboard

1.4.4. Gỗ HDF - High Density fiberboard

1.4.5. Gỗ PW

1.4.6. Gỗ MDF - Medium Density fiberboard - Gỗ ép

CHƯƠNG 2

NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT TỔNG HỢP KEO TANIN -

GLYOXAL

2.1.1. Tanin rắn

Tanin rắn được tách ra từ vỏ keo lá tràm

2.1.2. Glyoxal

2.1.3. Dung dịch NaOH 33%

2.1.4. Natri sunfit

2.2. NHỮNG HÓA CHẤT KHÁC

2.2.1. Dung dịch KMnO4 0.1N

2.2.2. Dung dịch Indigocarmin 0.1% trong H2SO4

2.2.3. Axit clohidric

2.2.4. Axit oxalic

2.2.5. Urotrophin

2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.3.1. Xác định một số chỉ tiêu hóa lý và định tính tanin

a. Xác định độ ẩm

b. Xác định hàm lượng tro

c. Định tính tanin

d. Định tính phân biệt tanin ngưng tụ và tanin thủy phân

2.3.2. Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình

chiết tách tanin

a. Dụng cụ, thiết bị

b. Quy trình tách tanin

8

Chiết ở cùng

nhiệt độ, thời gian

Lọc lấy

dung dịch

Định mức

1000 ml

Hàm lượng tanin

H2O

Chỉnh pH

Hình 2.2. Sơ đồ tách tanin

Bột vỏ

keo lá tràm

9

Cho 5g bột vỏ keo lá tràm vào Vml nước, điều chỉnh pH.

Sau khi đun cách thủy ở 800C, trong thời gian 90 phút. Lọc lấy dung

dịch chiết.

Định mức các dịch chiết thu được đến 1000ml bằng bình

định mức 1000ml. Lấy 10ml định lượng tanin trong bột vỏ theo

phương pháp Lowenthal. Khảo sát các yếu tố pH, Na2SO3 và thể tích

nước.

c. Định lượng tanin trong bột vỏ theo phương pháp

Lowenthal

Tiến hành định lượng theo phương pháp Lowenthal

Chuẩn bị 2 bình tam giác 250ml cho mỗi lần thí nghiệm, một

bình làm thí nghiệm, một bình đối chứng.

Lấy chính xác 20ml dung dịch chiết cho vào mỗi bình tam

giác:

+ Bình thí nghiệm: Cho thêm 1ml dung dịch Indigocarmine

0.1% và 80ml nước cất. Chuẩn độ bằng dung dịch KMnO4 0.1N cho

đến khi dung dịch chuyển sang màu vàng không lẫn màu xanh. Ghi

lại kết quả (a).

+ Bình đối chứng: Cho thêm 10 muỗng than hoạt tính, lắc

đều gia nhiệt ở 50oC trong khoảng 1 giờ, sau đó lọc lấy dung dịch.

Dùng nước cất nóng (50oC) để tráng bình và giấy lọc (dịch lọc thu

được phải trắng trong, không còn màu vàng, nếu không phải tiếp tục

dùng than hoạt tính để hấp phụ màu). Sau đó, thêm vào dung dịch lọc

1ml Indigocarmine 0.1%. Chuẩn độ bằng dung dịch KMnO4 0.1N

cho đến khi dung dịch chuyển sang màu vàng không còn lẫn màu

xanh. Ghi lại kết quả (b).

Mỗi thí nghiệm lặp lại 3-4 lần, lấy kết quả trung bình

Tiến hành thí nghiệm với mẫu dịch chiết từ 3 dung môi, lấy

kết quả so sánh.

Hàm lượng tanin tách ra được từ mẫu vỏ bột keo lá tràm

được tính theo công thức: X%=(a-b).V.k.100/ vc

X: hàm lượng tanin tách ra từ mẫu vỏ bột keo lá tràm (%).

a: lượng KMnO4 chuẩn độ ở bình thí nghiệm (ml).

b: lượng KMnO4 chuẩn độ ở bình đối chứng (ml).