TIỂU LUẬN HÓA HỌC POLYMER NÂNG CAO NHỰA POLYESTER KHÔNG NO Hà Nội – 2022 MỤC LỤC 1 Tổng quan về nhựa polyester không no 2 2 Quy trình tổng hợp PEKN 5 2 1 Monomer ban đầu 5 2 2 Cơ chế phản ứng tạo thàn.
TIỂU LUẬN HĨA HỌC POLYMER NÂNG CAO NHỰA POLYESTER KHƠNG NO Hà Nội – 2022 MỤC LỤC Tổng quan nhựa polyester không no Sự phát triển nhân loại gắn liền với phát triển vật liệu Vật liệu đời nhằm giải tốn thực tế ln sở hữu giá trị cao kéo theo phát triển mạnh mẽ ngành cơng nghiệp ứng dụng Nhóm vật liệu polymer polymer composite kể từ đời đóng vai trò quan trọng phát triển kinh tế giới Trong số đó, vật liệu polyester không no (PEKN) số vật liệu polymer ứng dụng rộng rãi Sản phẩm thương mại PEKN đời vào năm 1947 làm từ diethylene glycol maleic anhydride với có mặt styrene trở nên quan trọng để chuẩn bị cho vỏ tàu, ca bin xe tải, mái lợp, nhà máy hóa chất… [1] PEKN với polyurethanes vật liệu polyme liên kết ngang quan trọng PEKN polymer mạch thẳng chứa liên kết ester liên kết đôi không no mạch hình thành q trình trùng ngưng (polycondensation) Phản ứng trùng ngưng PEKN phản ứng anhydrides acids không no (unsaturated dibasic acids) với glycol (diols) anhydrides acids (saturated dibasic acids) với diols khơng no (unsaturated diols) [2] Tính chất quan trọng PEKN nối đơi khơng no mạch có khả tham gia phản ứng với monomer vinyl (-CH=CH 2) cách sử dụng chất khơi mào gốc tự (free-radical initiators), dẫn đến hình thành mạng ba chiều (đóng rắn – curing process) [2] Trong phản ứng tạo thành PEKN phản ứng trùng ngưng, phản ứng đóng rắn PEKN xảy theo phản ứng đồng trùng hợp (cocoincidence polymerization) Các nhựa PEKN thường có độ nhớt cao, có mặt monomer vinyl (chất pha loãng phản ứng - reactive diluents) giúp giảm độ nhớt đáng kể PEKN (200-2000 cps) Ngoài ra, monomer vinyl cịn tham gia phản ứng đóng rắn PEKN tác dụng hệ chất xúc tác – xúc tiến, tia tử ngoại, tia điện tử… Với đặc tính đóng rắn, linh hoạt giá thành thấp, nhựa PEKN tiêu thụ khoảng 2.1 triệu riêng năm 1997 cho ứng dụng kết cấu Năm 2021, quy mơ thị trường PEKN ước tính đạt 9.6 tỷ USD dự đoán tăng lên 12.9 tỷ USD vào năm 2026 Tuy nhiên, vấn đề lớn nhựa PEKN độ co ngót cao q trình đóng rắn (≥ 7%) Để giải vấn đề này, lựa chọn tỷ lệ monomer khác tỷ lệ chất pha loãng giúp PEKN thể nhiều cải thiện tính chất ứng dụng cụ thể Ngoài ra, polymer composite dựa PEKN thể nhiều đặc tính cải thiện đặc tính ban đầu Polymer composite dựa PEKN chia thành loại: i) chất độn (filler) PEKN [3]; ii) bột màu, chất màu PEKN; iii) vật liệu chức dựa PEKN [4]; iv) vật liệu polymer nanocomposite [5] Đặc điểm chung polymer composite dựa PEKN cải thiện tạo tính chất PEKN so với PEKN nguyên sinh Từ mở rộng ứng dụng PEKN Ví dụ mạng PEKN gia cường sợi thủy tinh nhằm tăng cường độ cứng, độ bền va đập, giảm độ co ngót từ phù hợp với ứng dụng kết cấu xây dựng [6] Một số bột màu thêm vào mạng PEKN để đạt số màu sắc cho ứng dụng cụ thể Titan dioxide (TiO 2) dạng rutile với số khúc xạ cao không bị ảnh hưởng yếu tố môi trường (nhiệt độ, ánh sáng, H 2S) sử dụng chất màu tạo trắng sáng cho PEKN Ngoài ra, xu hướng nghiên cứu phát triển mạnh mẽ gần vật liệu composite vật liệu nano mạng PEKN Với tính chất đặc trưng kích thước nano mét (1 – 100 nm), vật liệu nano đem lại cải thiện đáng kể nhược điểm mạng PEKN Tính chất đóng rắn đặc trưng PEKN chứa nối đôi không no mạch lại gây số nhược điểm Các ứng dụng trời vật liệu PEKN bị hạn chế ảnh hưởng yếu tố ánh sáng, thời tiết, hóa chất tác động đến nối đơi chưa no này, làm vật liệu PEKN bị biến đổi màu sắc đứt gãy Yali Bai cộng thực đưa vật liệu nano TiO 2@SiO2/APTES vào mạng poly(p-phenylene sulfide) giúp cải thiện 80% hiệu chống tia UV giảm hoàn toàn biến đổi màu sắc sau ngày chiếu xạ tia UV so với poly(p-phenylene sulfide) nguyên sinh [7] Với ứng dụng rộng rãi PEKN polymer composite PEKN, việc hiểu biết sâu sắc chế tổng hợp PEKN, q trình tổng hợp, đóng rắn PEKN, tính chất đặc trưng ứng dụng cụ thể PEKN giúp làm chủ công nghệ chế tạo mở rộng ứng dụng thực tế PEKN polymer composite PEKN Quy trình tổng hợp PEKN 2.1 Monomer ban đầu Để sản xuất PEKN chứa nối đơi khơng no mạch chính, monomer trình tổng hợp phải chứa nối đôi không no PEKN tạo thành từ phản ứng trùng ngưng anhydrides acids không no (unsaturated dibasic acids) với glycol (diols) anhydrides acids (saturated dibasic acids) với diols không no (unsaturated diols) Ngoài ra, PEKN tạo thành từ phản ứng trùng ngưng có độ nhớt cao, để giảm độ nhớt, người ta thêm vào PEKN monomer có nối đơi (dung mơi hoạt tính) styrene Các monomer cịn đóng vai trị chất đóng rắn PEKN Do đó, có loại monomer ban đầu trình tổng hợp PEKN là: i) anhydrides khơng no, ii) anhydrides no, iii) diols không no, iv) glycol v) monomer pha loãng Các monomer thể qua bảng Bảng Các monomer anhydrides acids không no, anhydrides acids no, diols không no, glycol monomer pha loãng sử dụng chế tạo PEKN [7, 8] Tên monomer Cơng thức hóa học Anhydrides acids không no Đặc điểm Maleic anhydride (MA) Tính khơng no chứa liên kết đơi C=C mạch Fumaric acid Tính khơng no chứa liên kết đơi C=C mạch Anhydrides acids no Phtalic anhydride (PA) Chứa vịng khơng bền Tetrabromphtalic (TBPA) Chứa vịng khơng bền, chậm cháy, chịu hóa chất tốt anhydride Tetrachlorphtalic (TCPA) anhydride Chứa vịng khơng bền, chậm cháy, chịu hóa chất tốt Hexahydrophtalic anhydride (HHPA) Chứa vịng khơng bền, chịu khí hậu, chịu hóa chất Methylhexahydrophtalic anhydride (MHHPA) Chứa vịng khơng bền, chịu khí hậu, chịu hóa chất Phtalic anhydride (PA) Chứa vịng khơng bền, tương hợp với styrene Isophtalic acid Chứa nhóm chức dễ tham gia phản ứng, chịu nước, chịu hóa chất Glycol Propylen glycol (PG) Ethylene glycol (EG) Chứa nhóm chức dễ tham gia phản ứng, tương hợp với styrene HOCH2CH2OH Chứa nhóm chức dễ tham gia phản ứng, tương hợp với styrene Neopentyl glycol (NPG) Styrene Chứa nhóm chức dễ tham gia phản ứng, chịu UV, chịu nước, chịu hóa chất Các monomer dùng để pha loãng (giảm độ nhớt) PEKN Giảm độ nhớt PEKN, đóng rắn PEKN, phổ biến Methyl metacrylate Giảm độ nhớt PEKN, tăng độ bền khí hậu Butyl acrylate (BA) Giảm độ nhớt PEKN, tăng độ bền khí hậu Alpha methyl styrene (AMS) Giảm độ nhớt PEKN, giảm hiệu ứng tỏa nhiệt Vinyl toluene (VT) Giảm độ nhớt PEKN, độ bay thấp, tăng nhiệt độ bắt lửa 2.2 Cơ chế phản ứng tạo thành đóng rắn PEKN 2.2.1 Cơ chế phản ứng tạo thành PEKN PEKN tạo thành từ phản ứng trùng ngưng thể nóng chảy trùng ngưng có mặt dung mơi hữu (trùng ngưng đẳng phí) glycol anhydride acid lưỡng chức Sản phẩm tạo thành gồm PEKN sản phẩm phụ nước Quá trình hình thành PEKN diễn theo hai giai đoạn [8] Giai đoạn 1: Glycol mở vòng anhydride tạo thành monoester Giai đoạn 2: Các monoester phản ứng với glycol phản ứng với tạo thành polymer tách sản phẩm phụ nước (H2O) Chọn glycol propylen glycol (PG) anhydride maleic anhydride (MA) phtalic anhydride (PA) Phản ứng giai đoạn miêu tả hình Trong đó, nhóm –OH glycol (đánh dấu hình) tham gia mở vịng anhydride MA PA tạo thành monoester (1) (2) Lúc này, nhiệt độ phản ứng tăng lên 150 0C phản ứng tỏa nhiệt Giai đoạn thứ phản ứng monoester (1) (2) với với glycol để tạo thành polymer (hình 2) tách sản phẩm phụ nước Hình Phản ứng propylen glycol maleic anhydride (1), phtalic anhydride (2) Hai điểm cần lưu ý trình chế tạo PEKN, phản ứng tạo thành PEKN phản ứng thuận nghịch đạt trạng thái cân bằng; kèm theo độ nhớt phản ứng tăng nhanh q trình tạo PEKN Do đó, giải pháp tăng nhiệt độ phản ứng lên đến khoảng 220 0C với mục đích tách nước khỏi phản ứng để phản ứng chuyển dịch theo chiều thuận (chiều tạo polymer) làm giảm độ nhớt hệ Hình Nhựa PEKN tạo thành từ propylen glycol (PG), maleic anhydride (MA) phtalic anhydride (PA) 2.2.2 Cơ chế đóng rắn PEKN Q trình đóng rắn nhựa PEKN trình thực phản ứng đồng trùng hợp PEKN monomer vinyl (chứa nhóm -CH=CH 2) xúc tác chất xúc tác (tương tác với phản ứng) – xúc tiến (tương tác với chất xúc tác), tia tử ngoại tia điện tử Quá trình đóng rắn PEKN cần có mặt chất khơi mào (initiator) tượng đóng rắn xem xét trình hình thành liên kết chéo (cross-linking) nối đôi không no PEKN phân tử styrene (tác nhân liên kết) tăng trưởng gốc tự (free radical chain growth crosslinking copolymerization) [9] Quá trình diễn theo bước sau: Bước 1) Chất khơi mào phân hủy tạo thành gốc tự (free radical) phản ứng, Bước 2) Các gốc tự liên kết PEKN lân cận tạo thành phân tử chuỗi dài thông qua việc kết nối phân tử styrene (hình 3a), Bước 3) phân tử chuỗi dài có xu hướng hình thành cấu trúc dạng cầu (các hạt microgel) (hình 3b), Bước 4) Sự phát triển phân nhánh styren liên kết C = C polyester hình thành chiều dài liên kết ngang styren (hình 3c 3d), Bước 5) Hình thành mạng lưới khơng gian ba chiều PEKN (đóng rắn) Hình Mơ tả q trình phản ứng đồng trùng hợp PEKN styrene 10 Q trình đóng rắn nhựa PEKN tác dụng hệ chất xúc tác – xúc tiến diễn theo chế phản ứng bước: Phản ứng khơi mào – Phản ứng đóng rắn – Kết thúc phản ứng Trong đó, phản ứng khơi mào phản ứng tạo thành gốc tự (free radical) Ví dụ, chất xúc tiến (promoter) Cobalt hòa tan styrene trải qua phản ứng oxy hóa – khử có kiểm sốt với chất xúc tác (catalysis) Methylethylketon peroxide (MEKP) tạo thành gốc tự peroxy – gốc khởi đầu cho trình tạo liên kết ngang [8, 14] Phản ứng diễn sau: ROOH + Co2+ = Co3+ + RO▪ + OH- ROOH + Co3+ = Co2+ + ROO▪ + H+ RH + Co3+ = Co2+ + R▪ + R▪ + O2 + RH H+ = ROOH + R▪ Các gốc tự RO▪, ROO▪, R▪ sinh trình khơi mào trở thành tác nhân để tạo liên kết ngang styrene với PEKN styrene với (phản ứng đóng rắn) Nhiệt độ q trình đóng rắn nhựa PEKN đóng vai trò quan trọng hệ thống chất xúc tác – xúc tiến nhạy cảm với nhiệt độ không hoạt động hiệu nhiệt độ 10 0C, nhiên, nhiệt độ 35 0C gốc tự hoạt động mạnh dẫn đến phát sinh liên kết ngang khơng hồn chỉnh [14] Phản ứng diễn lượng chất xúc tác – xúc tiến hệ hết trình liên kết ngang kết thúc Kết thúc phản ứng, nhựa PEKN có cấu trúc mạng khơng gian ba chiều (đã đóng rắn) liên kết với mắt xích styrene nối đơi C=C khơng no 11 2.3 Quy trình kỹ thuật tổng hợp PEKN 2.3.1 Quy trình tổng hợp PEKN theo phương pháp trùng ngưng thể nóng chảy Quy trình tổng hợp nhựa PEKN theo phương pháp trùng ngưng thể nóng chảy thực theo quy trình bước nhiệt độ cao (190 – 210 0C) mơi trường khí nitơ [8] • Bước 1: Nạp glycol vào reactor (bình phản ứng), khuấy đồng gia nhiệt đến • khoảng 80 0C Bước 2: Thêm từ từ anhydride vào bình phản ứng, thực khuấy thơng khí nitơ (hệ số đầy reactor khoảng 0.8) Nhiệt độ toàn hệ giảm khoảng 0C • q trình hấp thụ nhiệt từ anhydride Bước 3: Q trình hịa tan lỏng – rắn diễn khoảng Nhiệt độ phản ứng liên tục tăng phản ứng tạo thành monoester phản ứng tỏa nhiệt Nhiệt độ đạt • tới 165 0C Lượng xúc tác sử dụng khoảng 0.1 – 0.2 % khối lượng phản ứng Bước 4: Gia nhiệt cho phản ứng từ 165 0C lên khoảng 215 0C khoảng để xảy phản ứng monomer tạo thành oligome Lúc sản phẩm phụ nước bắt đầu xuất Phải liên tục tách nước từ phản ứng để phản ứng chuyển dịch • theo chiều thuận (chiều tạo polymer) Bước 5: Giữ nhiệt độ phản ứng khoảng 215 0C khoảng để q trình polymer hóa diễn hồn tồn Sau làm mát hệ phản ứng xuống khoảng 120 0C chuẩn bị xả sản phẩm PEKN Sơ đồ tổng hợp nhựa PEKN sơ đồ sản xuất nhựa PEKN thể hình hình 12 Hình Sơ đồ tổng hợp PEKN theo phương pháp trùng ngưng thể nóng chảy Một số kỹ thuật trình chế tạo PEKN: Cần sử dụng ngưng tụ đa thành phần trì nhiệt độ 105 – 110 0C để tách nước khỏi phản ứng, glycol ngưng tụ trở lại reactor Cách tốt để sục khí nitơ vào phản ứng đưa từ đáy reactor Ngoài ra, số ứng dụng cụ thể, thay đổi monomer tham gia phản ứng đem lại số tính chất đặc biệt cho PEKN tạo thành Các anhydride chứa nôi đôi C=C không no khơng thể thay thế, nhiên andydride cịn lại thay nhằm đạt số tính chất cụ thể Methylhexahydrophtalic anhydride (MHHPA) sử dụng để thay phtalic anhydride (PA) nhằm đạt hiệu chống tia UV cho PEKN tạo thành [10] 13 Hình Sơ đồ sản xuất nhựa PEKN theo phương pháp trùng ngưng thể nóng chảy Trong đó: Thiết bị phản ứng - Reactor Bơm chân không vành nước Phễu nạp anhydride Bình chứa dịch ngưng tụ Deflegmator Sinh hàn ống chùm Sinh hàn ống chùm Thiết bị pha trộn - Mixer Bình quan sát dịch ngưng tụ 10 Thùng chứa sản phẩm 14 2.3.2 Đánh giá đặc tính sản phẩm nhựa PEKN tạo thành Sau trình chế tạo, vật liệu PEKN cần đánh giá thông số đặc trưng thơng qua phép đo Q trình trùng ngưng kết thúc số axit sản phẩm tạo thành đạt khoảng < 30 mg KOH/g Để đánh giá số axit PEKN, sử dụng phương pháp chuẩn độ axit sử dụng KOH chất thị Bromthymol (màu vàng) Sau thêm lượng vừa đủ KOH để dung dịch nhựa PEKN (hòa tan acetone + chất thị) chuyển sang xanh Xác định thể tích KOH sử dụng, số axit xác định theo công thức: 5.6 V CA ¿ m ×K Trong đó, CA số axit cần xác định, V thể tích KOH, m khối lượng PEKN, K hệ số chuẩn độ Các thông số vật lý, hóa học, học cần đánh giá Thông thường để đánh giá liên kết hóa học sản phẩm nhựa PEKN, phép đo quang học biến đổi hồng ngoại Fourier (FTIR) dựa nguyên lý lượng dao động (oscillation) liên kết hóa học phép đo nhanh đem lại kết xác Bên cạnh đó, đặc trưng nhiệt, tính, màu sắc, khả chống tia UV đánh giá qua phép đo phân tích nhiệt trọng lượng (TGA), phân tích nhiệt vi sai quét (DSC), thiết bị giả lập điều kiện thời tiết… Tính chất nhựa PEKN Tính chất nhựa PEKN chia thành hai loại: i) nhựa PEKN ban đầu, ii) nhựa PEKN sau thêm styren (hoặc chất xác tác, xúc tiến, chất độn…) Các tính chất PEKN cần quan tâm là: độ nhớt, tính đóng rắn, tính chất học, độ bền hóa học, màu sắc, khả chống 15 nhiệt, chống tia UV… Tuy nhiên, tính chất quan trọng PEKN khả đóng rắn tác dụng nhiệt độ, chất xúc tác, tia tử ngoại, tia điện tử (như trình bày mục 2.2.2) 3.1 Tính chất nhựa PEKN ban đầu (pre-PEKN) Các tính chất nhựa PEKN ban đầu kể đến như: Độ nhớt, số axit, điểm nóng chảy, trọng lượng riêng, trọng lượng phân tử, tính tan nước, tính tan xeton dung mơi thơm… [10] Các tính chất phụ thuộc nhiều vào thành phần monomer đầu vào khối lượng phân tử chúng Ví dụ, cách sử dụng diethylene glycol thay cho propylene glycol axit adipic thay cho phthalic anhydrit, PEKN ban đầu thu chất lỏng nhớt nhiệt độ phòng thay loại nhựa rắn Sử dụng axit isophthalic thay cho anhydrit phthalic làm tăng điểm nóng chảy PEKN từ 104 0C lên 116 0C Các tính chất đặc trưng PEKN sử dụng ứng dụng cụ thể Bằng cách thay ete glycol dipropylene diethylene glycol cho phần tồn propylene glycol thu nhựa PEKN sau đóng rắn có độ mềm dẻo cao Tỷ lệ mol monomer định trực tiếp đến tính chất PEKN Tỷ lệ mol anhydrit phthalic maleic anhydrit ảnh hưởng đến tính chất PEKN sau đóng rắn độ cứng đóng rắn, độ giãn dài kéo, nhiệt độ làm mềm, màu sắc Khi sử nhiều anhydrit maleic làm tăng khả phản ứng độ cứng PEKN đóng rắn, sử dụng anhydrit phthalic nhiều làm giảm khả phản ứng tăng số khúc xạ PEKN đóng rắn [10] 3.2 Tính chất nhựa PEKN sau pha lỗng styrene Khác với nhựa PEKN ban đầu, nhựa PEKN sau pha lỗng styrene (hoặc dung mơi hoạt hóa khác) thể tính chất phụ thuộc nhiều vào loại dung mơi hoạt hóa sử dụng 16 Sau pha loãng styrene, chất lỏng nhựa PEKN thu có chi phí thấp nhiều so với nhựa lỏng khác epoxit polyuretan Độ nhớt màu sắc chất lỏng PEKN phụ thuộc nhiều vào hàm lượng styren hỗn hợp PEKN pha loãng styrene có điểm bắt cháy thấp 37.8 0C [10], phân loại chất lỏng dễ cháy Vinyl toluen pmetylstyren sử dụng thay cho styren để tăng điểm bắt cháy PEKN PEKN chứa styrene thường gia cố sợi thủy tinh sử dụng làm tàu, đá nhân tạo, sản phẩm đúc… Sản phẩm nhựa PEKN chứa styrene có giá trị thương phẩm cao 3.3 Tính chất học nhựa PEKN sau đóng rắn Tính chất học nhựa PEKN sau đóng rắn định trực tiếp đến ứng dụng thực tế PEKN Tính chất học bao gồm thông số như: độ bền kéo, độ bền uốn, độ bền nén, độ bề đứt gãy Ứng suất kéo PEKN sau đóng rắn báo cáo khoảng 63 Mpa; độ biến dạng hỏng 4.7 %; độ bền chống đứt gãy lượng đứt gãy nằm giá trị nhựa poxy polystyrene, 0.30 Mpa/m 90 J/m2; ứng suất uốn biến dạng uốn 78 MPa 1,8 % [11] Các tính chất phụ thuộc trực tiếp vào thành phần, tỷ lệ monomer đầu vào dung mơi hoạt tính sử dụng Nhìn chung, nhựa PEKN sau đóng rắn có tính chất học tốt phù hợp với ứng dụng đòi hỏi tính tốt xây dựng, cầu đường, vỏ thiết bị chịu lực… Tuy nhiên, nhược điểm lớn PEKN sau đóng rắn có độ giịn tương đối cao có mặt styrene Giải pháp thay phần styrene monome vinyl khác chẳng hạn acrylonitrile giúp làm giảm độ giòn tăng độ đàn hồi cho PEKN sau đóng rắn [11] 3.4 Độ bền hóa học PEKN sau đóng rắn Tính chất hóa học PEKN phụ thuộc chủ yếu vào liên kết khơng no C=C mạch Nhựa PEKN sau đóng rắn chất giảm đáng kể số lượng liên kết C=C chưa no mạch Tuy vậy, q trình đóng rắn khơng thể đạt trạng thái 100% nối đôi C=C 17 tham gia phản ứng Các liên kết C=C chuỗi trải qua phản ứng thủy phân, phản ứng tăng tốc axit bazơ Trong mơi trường axit, q trình thủy phân thuận nghịch, khơng hồn tồn, PEKN sau đóng rắn chịu ăn mịn mơi trường axit Ngược lại, mơi trường kiềm, hình thành anion axit cacboxylic bền, trình thủy phân trở nên khơng thuận nghịch, khả kháng kiềm PEKN sau đóng rắn Nhìn chung, PEKN sau đóng rắn có độ bền hóa học tốt, sử dụng rộng rãi ứng dụng có u cầu mơi trường hóa chất cao Bảng Tính chất nhựa PEKN Loại nhựa PEKN Nhựa PEKN ban đầu (pre-PEKN) Nhựa PEKN pha loãng styrene Nhựa PEKN sau đóng rắn Tính chất Trạng thái lỏng Độ nhớt cao Chỉ số axit yêu cầu < 30 Thường có màu trắng Khả đóng rắn thấp Trạng thái lỏng Độ nhớt thấp Có khả đóng rắn cao Độ bền kéo tốt Độ bền uốn tốt Cơ học Độ bền nén tốt Độ bền đứt gãy tốt Độ bền nhiệt cao Hóa học Độ bền hóa học cao Màu trắng Vật lý Có khả hấp thụ tia UV Chú thích Phụ thuộc vào tỷ lệ cấu tử monomer đầu vào, thời gian phản ứng Phụ thuộc vào hàm lượng styrene (hoặc monomer vinyl khác) Phụ thuộc vào loại monomer sử dụng, tỷ lệ cấu tử chúng hàm lượng styrene Có khả chịu hóa chất tốt Truyền qua hầu hết ánh sáng vùng nhìn thấy Bị phân hủy tác động tia UV 3.5 Nhược điểm PEKN Nhược điểm lớn nhựa PEKN nằm nối đơi C=C khơng no mạch cịn lại sau q trình đóng rắn Các liên kết khơng bền tác dụng tác nhân bên hóa chất, ánh sáng UV, nhiệt độ cao… Từ làm PEKN sau đóng rắn bị biến đổi tính 18 chất cấu trúc, hình dáng, màu sắc làm giảm đáng kể khả ứng dụng vào số lĩnh vực ứng dụng trang trí ngồi trời Nhược điểm nghiên cứu, số đó, vật liệu PEKN composite hứa hẹn giải pháp khả thi Ứng dụng PEKN 4.1 Ứng dụng PEKN Nhờ ưu điểm chế tạo đơn giản, chi phí chế tạo thấp, tính chất học, vật lý, hóa học tốt, vật liệu PEKN sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Năm 2021, quy mơ thị trường PEKN ước tính đạt 9.6 tỷ USD phân bố chủ yếu lĩnh vực xây dựng kết cấu (vật liệu gia cố, lợp, bê tông, vật liệu cấu trúc cho nhà ở, nhà máy…); bồn chứa đường ống; vận chuyển; thiết bị điện tử; sản xuất đá nhân tạo… Thơng thường nhựa PEKN thương mại gồm có bảy nhóm sau [8]: Nhựa gelcoat/topcoat Nhựa phổ thông Nhựa bền hóa chất Nhựa chậm cháy Nhựa phát tán styrene thấp Nhựa co ngót thấp Nhựa cho mục đích đặc biệt Mỗi loại nhựa có tính chất đặc trưng phù hợp với ứng dụng cụ thể Nhựa gelcoat loại nhựa PEKN sử dụng để tạo lớp phủ bề mặt nhằm bảo vệ bề mặt khỏi tác nhân lực giúp bề mặt láng, đẹp Tính chất nhựa gelcoat có độ bền va đập tốt, độ bền hóa học cao, độ láng độ sáng bóng cao (ứng dụng trang trí) Gelcoat lớp nhựa đưa lên bề mặt khn có tác dụng lớp chắn bảo vệ bề mặt khỏi tác động từ khí hậu, hóa chất, lực tác dụng, ngồi cịn đóng vai trị trang trí có độ sáng bóng 19 cao Trong thực tế, để đảm bảo tính học (độ đàn hồi độ bền va đập), gelcoat cần gia cường lớp vải mỏng Hầu hết nhựa gelcoat chứa chất xúc biến (thixotropic) để ngăn chảy bề mặt nghiêng Gelcoat có hai loại: phun quét (tùy thuộc vào độ nhớt tính xúc biến) Nhựa gelcoat phổ thơng chế tạo từ octophtalic isophtalic Trong trường hợp sử dụng cần có độ bền khí hậu dùng loại isophtalic thay phần styrene methylmetacrylate [8] Nhựa phổ thông chủ yếu từ PEKN octophtalic sử dụng đóng tàu thuyền Hầu hết nhựa phổ thơng từ nhựa PEKN octophtalic Tuy nhiên, độ hút nước PEKN octophtalic cao, nên ứng dụng tàu thuyền thường thay PEKN isophtalic để giảm độ hút nước [8] Nhựa bền hóa chất sử dụng chủ yếu mơi trường có điều kiện hóa chất đặc biệt phịng thí nghiệm, nhà máy hóa chất, nhà máy sản xuất… PEKN bị tác động hóa chất chủ yếu liên kết yếu C=C mạch Biện pháp phổ biến tăng mật độ khâu mạch mục đích giảm số lượng liên kết C=C cịn lại sau q trình đóng rắn Có thể thay đổi độ bền hóa chất PEKN cách thay propylene glycol neopentylgycol Tương tự, nhựa chậm cháy sử dụng ứng dụng có điều kiện nhiệt độ cao xây dựng, giao thơng, nhà máy sản xuất… Nhựa chậm cháy sản xuất cách sử dụng monomer có khả chống bắt lửa cao tetrabromphtalic anhydride tetrachlophtalic anhydride Độ chậm cháy tăng cường cách bổ sung antimontrioxide vào nhựa chưa halogen làm tăng độ nhớt Tỷ lệ nhựa/sợi thủy tinh ảnh hưởng lớn đến độ bắt lửa PEKN, hàm lượng sợi thủy tinh cao, độ bắt lửa thấp [8] 20 ... có loại monomer ban đầu q trình tổng hợp PEKN là: i) anhydrides không no, ii) anhydrides no, iii) diols không no, iv) glycol v) monomer pha loãng Các monomer thể qua bảng Bảng Các monomer anhydrides... PEKN 2.1 Monomer ban đầu Để sản xuất PEKN chứa nối đôi không no mạch chính, monomer trình tổng hợp phải chứa nối đơi khơng no PEKN tạo thành từ phản ứng trùng ngưng anhydrides acids không no (unsaturated... monomer anhydrides acids không no, anhydrides acids no, diols khơng no, glycol monomer pha lỗng sử dụng chế tạo PEKN [7, 8] Tên monomer Cơng thức hóa học Anhydrides acids khơng no Đặc điểm Maleic anhydride