Đồ án Nghiên cứu phản ứng khâu mạch epoxy rắn DER663U với tác nhân đóng rắn phenolic DEH84

Môc lôc Trang B¶ng c¸c ch÷ viÕt t¾t 1 Ch­¬ng 1. Më ®Çu 2 Ch­¬ng 2. Tæng quan vÒ nhùa epoxy vµ chÊt ®ãng r¾n 3 2.1. Giíi thiÖu chung vÒ nhùa epoxy 3 2.1.1. LÞch sö ph¸t triÓn cña nhùa epoxy 4 2.1.2. Ph­¬ng ph¸p tæng hîp nhùa epoxy 5 2.1.3. C¸c lo¹i nhùa epoxy ®iÓn h×nh 10 2.1.4. C¸c th«ng sè quan träng cña nhùa epoxy 11 2.1.5. TÝnh chÊt ho¸ häc cña nhùa epoxy 12 2.1.6. TÝnh chÊt lý häc cña nhùa epoxy 12 2.1.7. Mét sè lÜnh vùc øng dông chÝnh cña nhùa epxy 13 2.1.7.1 . Mµng phñ b¶o vÖ 13 2.1.7.2. Keo d¸n 14 2.1.7.3. VËt liÖu compozit 14 2.2. C¸c chÊt ®ãng r¾n cho nhùa epoxy 14 2.2.1. ChÊt ®ãng r¾n céng hîp 15 2.2.1.1. ChÊt ®ãng r¾n amin 15 2.2.1.2. ChÊt ®ãng r¾n axit vµ anhydrit axit 22 2.2.1.3. ChÊt ®ãng r¾n izoxianat 26 2.2.1.4. ChÊt ®ãng r¾n d¹ng oligome 27 2.2.1.5. ChÊt ®ãng r¾n polymecaptan 27 2.2.2. §ãng r¾n nhê t¸c dông xóc t¸c 28 2.2.2.1. ChÊt ®ãng r¾n xóc t¸c anion (xóc t¸c baz¬ Lewis) 28 2.2.2.2. ChÊt ®ãng r¾n xóc t¸c cation (xóc t¸c axit Lewis) 30 2.2.2.3. Mét sè lo¹i chÊt ®ãng r¾n kh¸c 32 Ch­¬ng 3. Thùc nghiÖm vµ ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu 33 3.1. Nguyªn liÖu 33 3.1.1. Nhùa epoxy DER.663U 33 3.1.2. ChÊt ®ãng r¾n phenolic DEH.84 33 3.1.3. Bét ®én CaCO3 34 3.2. Ph­¬ng ph¸p trén hîp c¸c cÊu tö 35 3.2.1. Trén th« 35 3.2.2. Trén tinh 35 3.2.2.1. Trén hîp c¸c cÊu tö trªn thiÕt bÞ trén kÝn Rheotest - 2 35 3.2.2.2. Trén hîp c¸c c¸c cÊu tö trªn m¸y trén trôc vÝt Extruder f40 35 3.3. Ph­¬ng ph¸p tiÕn hµnh ®ãng r¾n 35 3.4. Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh hµm l­îng phÇn gel 35 3.5. C¸c ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch 36 3.5.1. Ph©n tÝch phæ hång ngo¹i (IR) 36 3.5.2. Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch nhiÖt khèi l­îng TGA 36 3.5.3. Ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch nhiÖt vi sai DTA 37 Ch­¬ng 4. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 38 4.1. Lùa chän ph­¬ng ph¸p phèi trén chÊt ®ãng r¾n vµ nhùa epoxy 38 4.2. Kh¶o s¸t ph¶n øng ®ãng r¾n b»ng phæ IR 39 4.3. Kh¶o s¸t ¶nh h­ëng cña hµm l­îng chÊt ®ãng r¾n tíi møc ®é ®ãng r¾n cña nhùa epoxy 40 4.4. ¶nh h­ëng cña thêi gian ®ãng r¾n ®èi víi hÖ DER.663U-DEH.84 42 4.5. Kh¶o s¸t ¶nh h­ëng cña hµm l­îng bét ®én CaCO3 tíi møc ®é ®ãng r¾n cña nhùa epoxy 43 4.6. KÕt qu¶ kh¶o s¸t ph©n tÝch nhiÖt TGA vµ DTA 44 Ch­¬ng 5. KÕt luËn 46 Tµi liÖu tham kh¶o 47 Phô lôc.  B¶ng c¸c ch÷ viÕt t¾t. KLPT : Khèi l­îng ph©n tö. PTL : PhÇn träng l­îng DPP : Diphenylolpropan. ECH : Epiclohidrin. DGE : Diglyxydylete. HLE : Hµm l­îng nhãm epoxy GTE : Gi¸ trÞ epoxy. HLOE : Hµm l­îng oxy epoxit. §LE : §­¬ng l­îng epoxy. DETA : Dietylentriamin. TETA : Trietylentetramin. DEAP : Dietylenaminopropylamin. MPD : m – phenylendiamin. DDPM : Diaminodiphenylmetan. DDPS – 2 : 4,4-Diaminodiphenylsunfon. Dianat X : 4,4-Diamino – 3,3-diclodiphenylmetan. TDI : 2,4-toluilendiizoxianat. BDA : Benzyl dimetyl amin. DMP-30 : 2,4,6-tri (dimetylaminoetyl) phenol TEA : Trietylamin. §LHT§R : §­¬ng l­îng hãa trÞ chÊt ®ãng r¾n. §LHTNE : §­¬ng l­îng hãa trÞ nhùa epoxy. CH¦¥NG 1. Më §ÇU. ViÖc nghiªn cøu vËt liÖu míi cã c¸c tÝnh n¨ng ­u viÖt, cã kh¶ n¨ng chÞu t¸c ®éng cña c¸c ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt cña khÝ hËu nhiÖt ®íi lµ nh÷ng vÊn ®Ò thêi sù cña ngµnh khoa häc vËt liÖu, trong ®ã cã c¸c lo¹i vËt liÖu trªn c¬ së nhùa epoxy. C¸c vËt liÖu epoxy ®­îc sö dông d­íi d¹ng vecni, s¬n, keo d¸n kÕt cÊu vµ compozit ®· ®­îc øng dông trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp thùc phÈm, ho¸ chÊt, x©y dùng, giao th«ng vËn t¶i … vµ c¸c ngµnh kü thuËt cao nh­ : ®iÖn, ®iÖn tö, hµng kh«ng, vò trô. Ph¹m vi øng dông réng r·i lµ minh chøng vÒ tÝnh ®a d¹ng cña nhùa epoxy. Trong vËt liÖu epoxy, chÊt ®ãng r¾n lµ thµnh phÇn rÊt quan träng, quyÕt ®Þnh c¸c tÝnh chÊt vµ ph¹m vi øng dông cña vËt liÖu epoxy. ChÊt ®ãng r¾n d¹ng phenolic ®­îc biÕt ®Õn nh­ lµ mét chÊt ®ãng r¾n cho nhùa epoxy ë nhiÖt ®é cao, s¶n phÈm sau ®ãng r¾n cã nhiÒu tÝnh chÊt c¬, ho¸ vµ ®iÖn rÊt tèt. ë n­íc ta hiÖn nay viÖc nghiªn cøu chÕ ®é c«ng nghÖ trén hîp còng nh­ qu¸ tr×nh ®ãng r¾n nhùa epoxy ë d¹ng r¾n víi c¸c t¸c nh©n ®ãng r¾n còng ë d¹ng r¾n cßn Ýt ®­îc quan t©m. §Ò tµi : " Nghiªn cøu ph¶n øng kh©u m¹ch epoxy r¾n DER.663U víi t¸c nh©n ®ãng r¾n phenolic DEH.84 " cña ®å ¸n nh»m tËp trung gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò cã liªn quan nµy. Néi dung nghiªn cøu cña ®å ¸n gåm: 1. Nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña tû lÖ chÊt ®ãng r¾n víi nhùa epoxy. 2. Nghiªn cøu ¶nh h­ëng cña bét ®én CaCO3 tíi kh¶ n¨ng ®ãng r¾n cña hÖ. 3. Nghiªn cøu mét sè tÝnh chÊt cña s¶n phÈm sau ®ãng r¾n. 4. Nghiªn cøu chÕ ®é c«ng nghÖ trén hîp c¸c cÊu tö tr­íc khi thùc hiÖn ph¶n øng kh©u m¹ch. CH¦¥NG 2. TæNG QUAN VÒ NHùA EPOXY Vµ CHÊT §ãNG R¾N. 2.1. Giíi thiÖu chung vÒ nhùa epoxy. Nhùa epoxy lµ nh÷ng oligome cã Ýt nhÊt mét nhãm (- epoxy trong ph©n tö, cã kh¶ n¨ng chuyÓn ho¸ thµnh d¹ng nhiÖt r¾n cã cÊu tróc kh«ng gian [14]. Do ®­îc s¶n xuÊt tõ nhiÒu nguån nguyªn liÖu kh¸c nhau, nªn nhùa epoxy cã nhiÒu lo¹i víi c¸c tÝnh chÊt vµ lÜnh vùc øng dông kh¸c nhau. Trong c«ng nghiÖp, nhùa epoxy ®­îc s¶n xuÊt tõ d¹ng láng nhít ®Õn d¹ng r¾n, ®­îc ph©n biÖt qua mét sè chØ tiªu nh­: khèi l­îng ph©n tö, ®é nhít, nhiÖt ®é ch¶y mÒm, ®­¬ng l­îng epoxy hoÆc hydroxyl… Khi ch­a ®ãng r¾n, nhùa epoxy ®­îc øng dông ®Ó lµm chÊt æn ®Þnh vµ ho¸ dÎo cho nhùa PVC, hoÆc ®­îc sö dông nh­ hîp chÊt trung gian, ®Ó ®iÒu chÕ c¸c s¶n phÈm kh¸c [14]. Víi nhãm epoxy cã ho¹t tÝnh cao, nhùa epoxy dÔ tham gia ph¶n øng ®ãng r¾n víi c¸c t¸c nh©n kh©u m¹ch hoÆc polyme ho¸ víi c¸c t¸c nh©n xóc t¸c ®Ó chuyÓn thµnh d¹ng nhiÖt r¾n. Tuú thuéc vµo cÊu tróc nhùa epoxy, chÊt ®ãng r¾n vµ ®iÒu kiÖn ®ãng r¾n kh¸c nhau, cã thÓ nhËn ®­îc c¸c s¶n phÈm sau ®ãng r¾n cã ®Æc tÝnh: bÒn ho¸ chÊt, chÞu nhiÖt, cã tÝnh chÊt c¬ lý tèt, c¸ch ®iÖn…, ®­îc øng dông ®Ó chÕ t¹o c¸c lo¹i vecni, s¬n, keo d¸n kÕt cÊu, chÊt dÎo gia c­êng vµ ®Æc biÖt lµ vËt liÖu compozit. Víi ­u ®iÓm næi bËt vÒ ®é bÒn c¬ häc, nhÑ, dÔ gia c«ng vµ söa ch÷a, vËt liÖu compozit trªn c¬ së nhùa epoxy víi chÊt gia c­êng d¹ng sîi, bét… ®· ®­îc øng dông thay thÕ mét phÇn c¸c chi tiÕt kim lo¹i, hîp kim trong tµu, thuyÒn, «t«, m¸y bay vµ tµu vò trô, nh»m môc ®Ých gi¶m khèi l­îng, gi¶m tiªu hao nhiªn liÖu vµ n¨ng l­îng. Theo Bé quèc phßng vµ Trung t©m nghiªn cøu vò trô NASA (Mü), hiÖn nay c¸c chi tiÕt kÕt cÊu tõ vËt liÖu compozit epoxy - sîi gia c­êng, chiÕm b×nh qu©n 1000 pound (453,6 kg) trong mét m¸y bay chiÕn ®Êu. H·ng Boeing còng sö dông vËt liÖu compozit tõ nhùa epoxy ®Ó thay thÕ mét sè chi tiÕt kÕt cÊu chÞu lùc trong c¸c m¸y bay Boeing ®êi míi 757,767 [14]. Do cã nh÷ng tÝnh n¨ng ­u viÖt, ®ång thêi ®Ó ®¸p øng nhu cÇu sö dông, s¶n l­îng nhùa epoxy trªn thÕ giíi ngµy cµng t¨ng. Trong nh÷ng n¨m ®Çu thËp kû 80 lµ 1 triÖu tÊn/n¨m, ®Õn n¨m 1994 lµ 6,01 triÖu tÊn/n¨m, [13]. 2.1.1. LÞch sö ph¸t triÓn nhùa epoxy. Hîp chÊt epoxy ®­îc ph¸t hiÖn vµo thÕ kû 19. N¨m 1856, Berthelot ®· ®iÒu chÕ ®­îc epiclohidrin tõ diclohidrin cña glyxerin trong m«i tr­êng kiÒm. §Õn n¨m 1859, Wurt ®iÒu chÕ ®­îc etylen oxyt tõ clohidrin cña glycol trong m«i tr­êng kiÒm, [13]. Tuy nhiªn cho ®Õn ®Çu thÕ kû 20, c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu chØ tËp trung nghiªn cøu vÒ ph¶n øng cña hîp chÊt epoxy nh­ mét hîp chÊt trung gian. N¨m 1918, MacIntos vµ Volford c«ng bè mét lo¹i nhùa tæng hîp tõ phenol, crezol víi epiclohidrin trong m«i tr­êng kiÒm, cã thÓ ®ãng r¾n ë 120-130°C víi hexametylentetraamin. §Õn n¨m 1930, Blumer tæng hîp ®­îc nhùa tõ phenol, andehyt th¬m vµ epiclohidrin trong m«i tr­êng kiÒm; nhùa thu ®­îc cã thÓ t¹o ®­îc mµng vÐcni víi nhùa phenolic khi ®un nãng [13]. Tuy c¬ chÕ ph¶n øng ®ãng r¾n ch­a ®­îc râ rµng, song trong kho¶ng thêi gian 1920-1930, ®· cã mét sè øng dông ®¬n gi¶n cña nhùa epoxy. Th¸ng 12-1934, trong b¶n quyÒn s¸ng chÕ vÒ tæng hîp polyamin tõ amin vµ polyglyxydylete, H.Schlack ®· ®­a ra c«ng nghÖ chÕ t¹o glyxydylete tõ bisphenol A vµ epiclohidrin trong kiÒm [13,15]. §¸ng tiÕc, H.Schlack ch­a nhËn ra ®iÓm quan träng h¬n, lµ nhùa epoxy nhËn ®­îc cã thÓ ®ãng r¾n víi mét ®­¬ng l­îng amin [14]. §Õn khi P.Kastan c«ng bè s¸ng chÕ vÒ tæng hîp nhùa epoxy tõ bisphenol A vµ epiclohidrin(1938), th× «ng còng ph¸t hiÖn kh¶ n¨ng ®ãng r¾n cña nhùa epoxy víi anhydric phtalic. N¨m 1943, P.Kastan c«ng bè ®iÒu kiÖn tiÕn hµnh ph¶n øng gi÷a bisphenol A vµ epiclohidrin, ®Ó cã thÓ nhËn ®­îc monome epoxy hoÆc polyme epoxy [13]. Còng vµo n¨m 1943, gÇn nh­ ®ång thêi vµ ®éc lËp, S.Greenlee (Mü) c«ng bè s¸ng chÕ vÒ tæng hîp nhùa epoxy-dian t­¬ng tù nh­ quy tr×nh c«ng nghÖ cña P.Kastan, song nhùa epoxy dian nhËn ®­îc cã khèi l­îng ph©n tö lín h¬n, ®­îc xem nh­ polyol ®Ó este ho¸ víi axit bÐo cña dÇu kh« cho môc ®Ých chÕ t¹o mµng phñ [13]. S¸ng chÕ cña S.Greenlee ®­îc hai c«ng ty ho¸ chÊt Shell Chemicals vµ Devol Raynold’s øng dông ®Ó s¶n xuÊt s¬n epoxy. Tõ sau ph¸t hiÖn cña hai nhµ ph¸t minh P.Kastan, S.Greenlee vÒ gi¸ trÞ vµ tÝnh n¨ng cña nhùa epoxy, trong kho¶ng thêi gian 1940-1950, h·ng Sell Chemicals (Mü) vµ CIBAGEIGY (Thuþ Sü) ®· ®Çu t­ s¶n xuÊt nhùa epoxy trªn quy m« lín vµ nghiªn cøu chÊt ®ãng r¾n còng nh­ chÊt pha lo·ng ho¹t tÝnh. Nhùa epoxy do h·ng Shell Chemicals s¶n xuÊt lÊy tªn th­¬ng m¹i lµ EPON (ë Mü) vµ Epikote (ë n­íc ngoµi). Nhùa do h·ng CIBAGEIGY s¶n xuÊt lÊy tªn th­¬ng m¹i lµ Araldite. Còng thêi gian nµy, c¸c h·ng DOW (tªn th­¬ng m¹i DER), Union Carbide (ERL), Borden (Epiphen), Bakelit (R), còng tham gia s¶n xuÊt nhùa epoxy nh­ng víi s¶n l­îng thÊp h¬n [15]. Tõ sau 1950 s¶n l­îng nhùa epoxy t¨ng m¹nh. N¨m 1994, tæng s¶n l­îng vµ khèi l­îng tiªu thô nhùa epoxy trªn thÕ giíi kho¶ng 6,01 triÖu tÊn. Trong kho¶ng thêi gian tõ 1992 - 1997, tèc ®é t¨ng tr­ëng tiªu thô nhùa epoxy hµng n¨m kho¶ng 3% ë Mü; 2,5% ë T©y ¢u vµ 4,0% ë NhËt. TÝnh trung b×nh cho c¶ ba vïng hîp l¹i lµ 3,1 - 3,2% [13]. Mü lµ n­íc xuÊt khÈu chñ yÕu nhùa epoxy. C¸c n­íc T©y ¢u tù c©n b»ng ®­îc nhu cÇu cña m×nh. C¸c n­íc ph¸t triÓn lµ nh÷ng nhµ s¶n xuÊt nhùa epoxy lín nhÊt vµ ®¹t gi¸ trÞ th­¬ng m¹i 1,5 tû USD/n¨m. §Õn nay ba nhµ s¶n xuÊt nhùa epoxy lín nhÊt lµ Shell chemicals, CIBAGEIGY, Dow chemicals. C¶ ba c«ng ty ®ã hîp l¹i chiÕm kho¶ng 70% s¶n l­îng cña thÕ giíi. 2.1.2. Ph­¬ng ph¸p tæng hîp nhùa epoxy. §Õn nay, c¸c ph­¬ng ph¸p tæng hîp nhùa epoxy chñ yÕu dùa trªn c¬ së c¸c ph¶n øng sau : [14] - Ng­ng tô cã xóc t¸c (baz¬) gi÷a c¸c hîp chÊt epoxy (®iÓn h×nh lµ epiclohydrin) víi c¸c chÊt cho proton (ch¼ng h¹n bisphenol A). - Epoxy ho¸ c¸c hîp chÊt kh«ng no b»ng t¸c nh©n cung cÊp oxy. - Trïng hîp vµ ®ång trïng c¸c hîp chÊt epoxy kh«ng no. Phæ biÕn vµ quan träng h¬n c¶ lµ ph­¬ng ph¸p tæng hîp nhùa epoxy tõ ph¶n øng ng­ng tô gi÷a c¸c hîp chÊt epoxy vµ c¸c chÊt cho proton, trong ®ã nhùa epoxy – dian lµ s¶n phÈm quan träng nhÊt, ®­îc sö dông réng r·i nhÊt. Nhùa epoxy – dian lµ s¶n phÈm cña ph¶n øng gi÷a bisphenol A vµ epiclohidrin, ®­îc H.Schlack ph¸t hiÖn tõ n¨m 1934, vµ P.Castan nghiªn cøu tæng hîp. Nhùa epoxy –dian ®­îc ®­a vµo s¶n xuÊt c«ng nghiÖp theo b¶n quyÒn cña P.Castan c«ng bè vµo n¨m 1940, [14,15]. §Õn nay s¶n l­îng nhùa epoxy – dian chiÕm 90 – 92% tæng s¶n l­îng nhùa epoxy trªn thÕ giíi [15,16]. a. Nguyªn liÖu ®Çu : Bisphenol A ®­îc t¹o ra tõ ph¶n øng cña axeton vµ phenol trong m«i tr­êng axit m¹nh ë 10 – 50°C : Phenol vµ axeton lµ nh÷ng nguyªn liÖu s½n cã vµ bisphenol A dÔ dµng t¹o thµnh tõ ph¶n øng trªn. §ã lµ mét trong nh÷ng nguyªn nh©n gi¶i thÝch viÖc bisphenol A ®­îc sö dông réng r·i trong s¶n xuÊt nhùa epoxy. Bisphenol A, hay diphenylolpropan (DPP), tån t¹i ë d¹ng bét, mµu tr¾ng, kh«ng tan trong n­íc, tan trong axeton, r­îu, nhiÖt ®é nãng ch¶y 155 - 157°C. Epiclohidrin, hîp chÊt cã gi¸ thµnh cao h¬n, ®­îc t¹o thµnh tõ c¸c ph¶n øng sau : (víi nguyªn liÖu ®Çu lµ propylen ) Ngoµi propylen, epiclohidrin (ECH) cßn cã thÓ ®­îc t¹o ra tõ glyxerin qua hai giai ®o¹n: clo ho¸ vµ ®ãng vßng epoxy : ECH lµ chÊt láng kh«ng mµu, mïi h¾c, ®éc, tû träng 1,18 ( g/ml ), nhiÖt ®é s«i 117 -118°C. b. Ph¶n øng t¹o thµnh nhùa epoxy – dian : [10,11,12,13] Ph¶n øng ng­ng tô cña bisphenol A víi epiclohidrin ®Ó t¹o nhùa epoxy th­êng sö dông xóc t¸c kiÒm theo hai giai ®o¹n: Giai ®o¹n 1: lµ giai ®o¹n kÕt hîp, nhãm epoxy cña epiclohidrin t¸c dông víi nhãm hydroxyl cña bisphenol A, ph¶n øng x¶y ra nhanh ë nhiÖt ®é 60-70°C vµ to¶ nhiÖt (DH = - 17 Kcal/mol) : Giai ®o¹n 2 : T¸ch HCl t¹o thµnh diepoxy, ph¶n øng x¶y ra chËm vµ thu nhiÖt (DH = 29 Kcal/mol) : Diglyxydylete. Diglyxydylete ( DGE ) nhËn ®­îc víi tû lÖ mol epiclohidrin (ECH ) vµ bisphenol A (DPP ) lµ 2/1. Tuy nhiªn, thùc nghiÖm chØ ra r»ng khi tû lÖ lµ 2/1 th× hiÖu suÊt t¹o ra DGE <10%. Do ®ã thùc tÕ ph¶i lÊy tû lÖ mol ECH /DPP < 2, [10]. TiÕp theo ph¸t triÓn m¹ch do DPP céng hîp vµo nhãm epoxy cña olygome DGE: Nhãm phenol tù do cña hîp chÊt A ph¶n øng víi EP t­¬ng tù kiÓu ph¶n øng (7), ®ãng vßng epoxy theo ph¶n øng (8), t¹o ra olygome epoxy cã ®é trïng hîp n = 1. Ph¸t triÓn m¹ch theo hÖ thèng ph¶n øng (7) – (9), sÏ t¹o ra c¸c olygome cã n = 2,3,4 … CÊu tróc cña nhùa epoxy – dian cã d¹ng : Nhùa epoxy - dian Trong qu¸ tr×nh t¹o thµnh nhùa cÇn chó ý ng¨n chÆn c¸c qu¸ tr×nh phô sau [10,12] : - Thuû ph©n epiclohidrin do kiÒm d­. - Thuû ph©n nhãm epoxy ë cuèi m¹ch thµnh nhãm hydroxyl. - Trïng hîp ë vÞ trÝ nhãm epoxy dÉn ®Õn cÊu tróc kh«ng gian ®«i khi lµm cho nhùa bÞ keo kÕt l¹i. Ph¶n øng trïng hîp nµy x¶y ra kh«ng chØ gi÷a c¸c nhãm epoxy víi nhau mµ c¶ gi÷a nhãm epoxy víi nhãm hydroxyl : Khèi l­îng ph©n tö (KLPT) cña nhùa epoxy dao ®éng trong kho¶ng 300 – 18000 phô thuéc vµo tû lÖ mol gi÷a ECH vµ DPP, nhiÖt ®é, thêi gian ph¶n øng vµ nång ®é NaOH sö dông .B¶ng 1 nªu lªn ¶nh h­ëng cña tû lÖ cÊu tö ®Õn khèi l­îng ph©n tö cña nhùa epoxy [16] : B¶ng 1. ¶nh h­ëng cña tû lÖ cÊu tö ®Õn khèi l­îng ph©n tö nhùa epoxy. T û l Ö mol ECH / DPP T û l Ö mol NaOH / ECH §i Óm ch¶y °C Khèi l ­îng ph©n tö §­¬ng l­îng epoxy Nhãm epoxy / ph©n tö 2,0 1,1 43 451 314 1,39 1,4 1,3 84 791 592 1,34 1,33 1,3 90 802 730 1,10 1,25 1,3 100 1133 862 1,32 1,2 1,3 112 1420 1176 1,21 Cã thÓ tæng hîp nhùa epoxy cã KLPT cao tõ nhùa cã KLPT thÊp th«ng qua ph¶n øng ng­ng tô víi bisphenol A. 2.1.3. C¸c lo¹i nhùa epoxy ®iÓn h×nh. Nhùa epoxy lµ c¸c oligome, polyme mµ cã Ýt nhÊt hai nhãm epoxy ( hoÆc glyxydyl) trong mét ph©n tö. Tuú thuéc vµo nguyªn liÖu ®Çu vµ ph­¬ng ph¸p tæng hîp mµ nhùa epoxy cã thÓ chia ra lµm hai lo¹i chÝnh [15], gåm : - Nhùa epoxy m¹ch th¼ng : - Nhùa epoxy m¹ch vßng : Nhùa epoxy th¼ng cßn cã thÓ chia lµm hai lo¹i tuú theo vÞ trÝ nhãm epoxy : - Nhùa epoxy tæng hîp tõ epiclohidrin víi c¸c hîp chÊt cho proton [15], cã nhãm epoxy ë ®Çu m¹ch ph©n tö cã cÊu t¹o theo mét trong 3 nhãm th­êng gÆp sau : Glyxydylete Glyxydylamin Glyxydyleste - Nhùa epoxy cã nhãm epoxy kh«ng ë ®Çu m¹ch cã thÓ nhËn ®­îc b»ng c¸ch epoxy ho¸ c¸c hîp chÊt kh«ng no, [14]. Nhùa epoxy vßng nhËn ®­îc b»ng ph­¬ng ph¸p epoxy ho¸ nèi ®«i trong vßng [14]. Phæ biÕn nhÊt lµ c¸c lo¹i d­íi ®©y: Vinylhexen-3- dioxit 3,4- epoxy hexan 3,4- dioxit diallylcacboxylat este dixyclohexenyl propan Nhùa epoxy vßng th­êng ®­îc ®ãng r¾n nãng ®Ó chÕ t¹o vËt liÖu. 2.1.4. C¸c th«ng sè quan träng cña nhùa epoxy : - Hµm l­îng nhãm epoxy (HLE ) : lµ khèi l­îng cña nhãm epoxy cã trong 100 ( g ) nhùa. - Gi¸ trÞ epoxy (GTE) : lµ sè ®­¬ng l­îng gam cña oxy epoxit cã trong 100(g) nhùa: GTE = Trong ®ã hµm l­îng oxyepoxit (HLOE) ®­îc x¸c ®Þnh : HLOE = - §­¬ng l­îng epoxy (§LE) lµ l­îng nhùa tÝnh theo gam chøa mét ®­¬ng l­îng oxyepoxit : §LE = Sù liªn quan gi÷a hµm l­îng nhãm epoxy (HLE) vµ ®­¬ng l­îng epoxy (§LE) theo c«ng thøc sau : HLE = ë ®©y 43 - khèi l­îng ph©n tö cña nhãm epoxy Ngoµi ra cßn cã mét sè th«ng sè kü thuËt kh¸c th­êng ®­îc giíi thiÖu cho mét lo¹i nhùa epoxy nh­ : ®é nhít, chØ sè khóc x¹, ®­¬ng l­îng hydroxy. 2.1.5. TÝnh chÊt hãa häc cña nhùa epoxy : [10] Nhùa epoxy cã hai nhãm chøc ho¹t ®éng lµ epoxy vµ hydroxyl, cã thÓ tham gia vµo nhiÒu lo¹i ph¶n øng kh¸c nhau. Nhãm epoxy rÊt dÔ dµng ph¶n øng víi c¸c t¸c nh©n ¸i nh©n (nucleophin). Víi c¸c t¸c nh©n ¸i ®iÖn tö (electrophin), ph¶n øng x¶y ra thuËn lîi khi cã mÆt xóc t¸c proton nh­ r­îu, phenol, axit … Do nhãm hydroxyl ho¹t ®éng kÐm h¬n nhãm epoxy, nªn ph¶n øng tiÕn hµnh ph¶i cã xóc t¸c hoÆc ë nhiÖt ®é cao (trõ ph¶n øng víi nhãm xyanat). 2.1.6. TÝnh chÊt lý häc cña nhùa epoxy : [10]. Nhùa epoxy khi ch­a ®ãng r¾n lµ lo¹i nhùa nhiÖt dÎo kh«ng mµu hay cã mµu vµng s¸ng. Tuú thuéc vµo khèi l­îng ph©n tö mµ nhùa epoxy cã thÓ ë d¹ng láng (M 800). Nhùa epoxy tan tèt trong c¸c dung m«i h÷u c¬: xeton, axetat, hydrocacbon clo ho¸, dioxan, ….Nhùa epoxy kh«ng tan trong c¸c hydrocacbon m¹ch th¼ng (White Spirit, x¨ng, …). Nhùa epoxy cã thÓ phèi trén tèt víi c¸c lo¹i nhùa kh¸c nh­ : phenol – formaldehyt, nitroxenlulo, polyeste, polysunfit … Nhùa epoxy cã thÓ chuyÓn sang m¹ng l­íi kh«ng gian 3 chiÒu khi sö dông c¸c chÊt ®ãng r¾n nãng nh­ anhydric phtalic, anhydrit maleic …hay c¸c chÊt ®ãng r¾n nguéi nh­ polyamin m¹ch th¼ng, polyamit … Nhùa epoxy sau khi ®ãng r¾n cã mét lo¹t c¸c tÝnh chÊt quý b¸u nh­ b¸m dÝnh tèt víi nhiÒu lo¹i vËt liÖu kh¸c nhau, bÒn ho¸ häc, ®Æc biÖt víi kiÒm, ®é bÒn c¬ häc cao, c¸ch ®iÖn tèt, Ýt co ngãt vµ bÒn nhiÖt ®Õn 160 – 2600C. Tuy nhiªn ®é bÒn cña nhùa epoxy phô thuéc vµo chiÒu dµi vµ b¶n chÊt cña ®o¹n m¹ch polyme n»m gi÷a 2 nhãm epoxy: polyme cã m¹ch dµi sÏ bÒn h¬n so víi polyme cã m¹ch ng¾n h¬n cïng lo¹i nh­ng l¹i cã mËt ®é liªn kÕt ngang (sè liªn kÕt ngang trªn mét ®¬n vÞ chiÒu dµi) thÊp h¬n dÉn ®Õn cã ®é cøng thÊp h¬n, nh¹y h¬n ®èi víi sù tÊn c«ng cña dung m«i vµ chÞu nhiÖt kÐm h¬n. 2.1.7. Mét sè lÜnh vùc øng dông chÝnh cña nhùa epoxy. Nhùa epoxy sau khi ®ãng r¾n cã nhiÒu tÝnh chÊt quý b¸u, næi bËt nhÊt lµ kh¶ n¨ng b¸m dÝnh cao víi hÇu hÕt c¸c lo¹i vËt liÖu, kÓ c¶ kim lo¹i, chÞu ®­îc t¸c dông cña nhiÒu lo¹i ho¸ chÊt, bÒn c¬ häc, bÒn nhiÖt, ®Æc tÝnh c¸ch ®iÖn tèt … V× vËy, hiÖn nay nhùa epoxy ®­îc sö dông réng r·i vµo c¸c lÜnh vùc kü thuËt hiÖn ®¹i, ®Æc biÖt lµ c«ng nghÖ chÕ t¹o linh kiÖn ®iÖn tö, mµng phñ chèng ¨n mßn, keo d¸n kÕt cÊu, vËt liÖu compozit … 2.1.4.1. Mµng phñ b¶o vÖ. Mµng phñ chèng ¨n mßn trªn c¬ së nhùa epoxy ®­îc dïng ®Ó b¶o vÖ cho c¸c thiÕt bÞ b»ng thÐp trong c¸c nhµ m¸y ho¸ chÊt, läc dÇu, thùc phÈm, giÊy, … vµ nhiÒu kÕt cÊu x©y dùng nh­ cÇu, cèng, ®Ëp, … C¸c thïng chøa b»ng kim lo¹i vµ bÓ bª t«ng ®­îc s¬n phñ b»ng s¬n epoxy chèng ¨n mßn cã thÓ gi÷ ®­îc ®é tinh khiÕt cña c¸c chÊt chøa ®ùng trong ®ã nh­ r­îu vang, bia, chÊt tÈy röa, dÇu th« vµ c¸c s¶n phÈm chÕ biÕn kh¸c tõ chóng. HÖ s¬n giµu kÏm tõ epoxy - nhùa than ®¸ ®­îc dïng nhiÒu trong c«ng nghiÖp ®ãng tµu biÓn. Mµng phñ epoxy còng ®­îc dïng réng r·i ®Ó b¶o vÖ mÆt trong èng thÐp vËn chuyÓn khÝ láng, dÇu th«, n­íc muèi, dung dÞch kiÒm, s¶n phÈm dÇu má. S¬n epoxy d¹ng bét ®­îc sö dông ®Ó trang trÝ dông cô nhµ bÕp, buång t¾m, s¬n «t«, xe ®¹p, … 2.1.4.2. Keo d¸n. Keo d¸n epoxy ®­îc sö dông trong nhiÒu lÜnh vùc, ®Æc biÖt lµ trong c«ng nghiÖp hµng kh«ng, tù ®éng ho¸, ®iÖn - ®iÓn tö. Ngµnh kiÕn tróc vµ nghÖ thuËt còng sö dông nhiÒu do nh÷ng ®Æc tÝnh næi bËt cña hÖ vËt liÖu nµy. Ngoµi viÖc dïng chñ yÕu ®Ó g¾n kim lo¹i, gç, sø, bª t«ng, chÊt dÎo …, keo d¸n epoxy cßn ®­îc dïng trong ngµnh y tÕ ®Ó g¾n x­¬ng g·y, ch÷a r¨ng. 2.1.4.3. VËt liÖu compozit. VËt liÖu compozit trªn c¬ së nhùa epoxy gia c­êng b»ng sîi thuû tinh ®· ®­îc sö dông ®Ó chÕ t¹o c¸c thïng chøa ®Ó chuyªn chë axit, dung dÞch kiÒm, dÇu má … víi gi¸ thµnh thÊp h¬n thÐp, nhÑ h¬n vµ ®é bÒn ¨n mßn cao h¬n. ViÖc sö dông nh÷ng ®­êng èng chÕ t¹o tõ chÊt dÎo epoxy - thuû tinh kh«ng nh÷ng dÔ b¶o qu¶n, vËn chuyÓn dÇu th«, n­íc, khÝ thiªn nhiªn mµ cßn dïng ®Ó vËn chuyÓn n­íc th¶i, èng tho¸t khÝ ®éc trong nhµ m¸y ho¸ chÊt. Trong c«ng nghiÖp ®ãng tµu, ®· sö dông chÊt dÎo thuû tinh ®Ó chÕ t¹o xuång, can«, thuyÒn buåm … cã ®é bÒn cao, nhÑ, Ýt b¸m bÈn. Trong c«ng nghiÖp hµng kh«ng vò trô, vËt liÖu compozit tõ epoxy víi c¸c chÊt t¨ng c­êng d¹ng sîi (cacbon, polyamit, bo, graphit) ngµy cµng ®­îc ph¸t triÓn m¹nh. Do nh÷ng ­u viÖt vÒ ®é bÒn, nhÑ so víi kim lo¹i mµ viÖc sö dông vËt liÖu compozit trong m¸y bay ®· gi¶m ®­îc nhiÒu khèi l­îng kÕt