In this project, different MUF resins were synthesized with varying melamine content, F/NH2 molar ratio, number of addition steps and with varying addition order of the reactants during synthesis. Further, it was investigated how these synthesis parameters influenced resin properties including storage stability and free formaldehyde content. Additionally, NMR spectroscopy was used in order to study the resulting chemical structure of the resins and their molecular size and molecular size distribution were examined by SEC and MALDI-TOF-MS. The curing kinetics of the resins were studied by Raman spectroscopy. From the resins, cured glue joints were prepared and the mechanical properties and water resistance of these were tested through tensile shear testing after different pretreatments of the glue joints. It was confirmed that synthesis under both alkaline and acidic conditions resulted in a higher amount of ether bridges in the resin in comparison to synthesis under acidic conditions. Furthermore, a high melamine content and fewer urea additions resulted in resins with a higher amount of methylol groups and less substituted functional groups. Comparatively, when the F/NH2 molar ratio was increased or when formalin was added in two steps, a resin with higher amount of substituted groups and structures of higher degree of condensation was obtained. From the synthesis procedure it was concluded that a long condensation time at alkaline conditions was the most efficient way to achieve a low free formaldehyde content, while a high F/NH2 molar ratio resulted in the highest amount of free formaldehyde. Furthermore, a high amount of flexible ether bridges, low amount of methylol groups, low melamine content, high F/NH2 molar ratio and a high degree of branched chains seem to be important structural parameters for achieving resins with a long shelf life. Additionally, from the SEC-analysis it was found that the resins had an average molecular weight (Mn) between 1000-1600 g/mol and a broad molecular weight distribution, which were further verified by MALDI-TOF-MS. The resins with a high melamine content had shorter chains, and the molecular weight distribution was most significantly increased when the number of addition steps were changed. Through analysis of the curing process it was found that a higher hardener-to-resin mixing ratio resulted in a faster curing process and a higher final degree of cross-linking. Additionally, it appeared as the reaction of methylol groups was less pH-dependent than the reactions of ether bridges and methylene bridges, which both were favored at lower pH. From the kinetic profiles it was observed that the resin with a higher amount of ether bridges and lower amount of methylol groups had a more prolonged curing process. Furthermore, the mechanical testing of the resulting cured glue joints showed no significant difference in tensile strength between the resins when tested in the dry state. However, a reduced tensile strength were observed for the resin with higher melamine content when tested in the wet state, hence indicating that the increased melamine content used in this project is not enough in order to significantly improve the mechanical properties or water resistance of the cured glue joint observable with the used method. / I detta arbete har MUF-hartser syntetiserats med varierande melaminhalt, F/NH2 molkvot och satsningsförfarande av reaktanter under syntes. Vidare undersöktes det hur dessa syntesparametrar påverkar hartsernas egenskaper så som lagringsstabilitet och fri formaldehyd innehåll. Dessutom tillämpades NMR spektroskopi för att studera hartsernas kemiska struktur medan SEC och MALDITOF-MS analyser utfördes för att få en uppfattning om hartsernas molekylvikt samt molekylviktsfördelning. Vidare analyserades hartsernas härdningskinetik med Raman spektroskopi. Från de syntetiserade hartserna förbereddes härdade limfogar vars mekaniska egenskaper och vattenbeständighet studerades genom dragprovstestning efter olika förbehandlingar av fogarna. Från hartsernas kemiska struktur kunde det bekräftas att då syntes utfördes under både basiska och sura betingelser erhölls en högre mängd eterbryggor i hartserna i jämförelse med syntes under endast sura betingelser. Vidare konstaterades det att hartserna med högre melaminhalt samt hartset som tillverkades med färre ureasatsningar bestod av en högre mängd metylolgrupper och en mindre andel substituerade grupper på melamin och urea. Jämförelsevis resulterade en högre F/NH2 molkvot samt två formalinsatsningar under syntes i en större mängd substituerade grupper och i en högre andel större molekylstrukturer. Från den erhållna mängden fri formaldehyd i hartsen kunde det konstateras att en lång kondensationstid under basiska betingelser var det mest effektiva sättet att sänka detta värde. Jämförelsevis hade hartserna med hög F/NH2 molkvot det högsta innehållet av fri formaldehyd. Då hartsernas lagringstabilitet undersöktes visade det sig att en hög andel flexibla eterbryggor, en låg andel metylolgrupper, en låg melaminhalt, en hög F/NH2 molkvot och en hög andel grenade kedjor resulterade i förbättrad lagringsbeständighet. Från SEC-analysen erhölls hartsernas molekylvikter (Mn) i området 1000-1600 g/mol samt en bred molekylviktsfördelning. Resultaten var vidare bekräftade med MALDI-TOF-MS. Det observerades att hartserna med högre melaminhalt hade lägre molekylvikt samt att hartserna tillverkade med olika antal satsningar hade högst dispersitet. Då hartsernas härdningsförlopp studerades kunde det konstateras att ett högre bladningsförhållande av härdare/harts resulterade i en snabbare härdningsprocess samt i en större andel tvärbindningar i systemet. Dessutom visade det sig att reaktionen med metylolgrupper är mindre pH-beroende än omlagringen av eterbryggor och bildandet av metylenbryggor. De två sistnämda reaktionerna gynnas vid lägre pH. Då de kinetiska profilerna av hartserna jämfördes noterades det att hartset med en högre mängd eterbryggor och en lägre andel metylolgrupper hade en långsammare härdningsprocess. Från resultaten av de mekaniska analyserna på de härdade limfogarna kunde det konstateras att ingen signifikant skillnad i dragstyrka fanns mellan de olika fogarna då de testades i torrt tillstånd. Däremot observerades en minskad dragstyrka för hartset med högre melaminhalt då fogarna undersöktes i vått tillstånd. Detta visar på att den ökade melaminhalten som används i hartserna i detta projekt inte är tillräcklig för att resultera i en, med den använda metoden observerbar, förbättrad dragstyrka eller vattenbeständighet hos den motsvarande härdade limfogen.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-172977 |
| Date | January 2015 |
| Creators | Magnusson, Angelica |
| Publisher | KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0027 seconds