Nghiên cứu nâng cao độ bền dai của nhựa epoxy epikote 828 bằng oligoester epikaa 101

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP “NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG SẢN PHẨM PHỤ OLIGOESTER TỪ QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP NHỰA POLYESTER KHÔNG NO LÀM PHỤ GIA CHO NHỰA EPOXY” Họ tên: Nguyễn Chí Đạt Mã SV: 18010187 Khóa: K12 Ngành: CNVL (polymer) Hệ: Đại học quy Giảng viên hướng dẫn: TS Phạm Anh Tuấn Hà Nội, Năm 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP “NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG SẢN PHẨM PHỤ OLIGOESTER TỪ Q TRÌNH TỔNG HỢP NHỰA POLYESTER KHƠNG NO LÀM PHỤ GIA CHO NHỰA EPOXY” Họ tên: Nguyễn Chí Đạt Mã SV: 18010187 Khóa: K12 Ngành: CNVL (polymer) Hệ: Đại học quy Giảng viên hướng dẫn: TS Phạm Anh Tuấn Hà Nội, Năm 2023 Mẫu QT.ĐT.19.M22 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh Phúc BẢN GIẢI TRÌNH SỬA CHỮA ĐỒ ÁN/KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Kính gửi: - Hội đồng đánh giá đồ án/khóa luận tốt nghiệp; - Khoa Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Họ tên tác giả đồ án/khố luận: ……Nguyễn Chí Đạt Mã sinh viên:………18010187…… Lớp:……………K12 CNVL Ngành: …………Công nghệ vật liệu Đã bảo vệ đồ án/khóa luận tốt nghiệp ngày …10 tháng …01 năm 2023… Tên đề tài: … Nghiên cứu tái sử dụng sản phậm phụ Oligoester từ trình tổng hợp nhựa Polyester không no làm phụ gia cho nhựa Epoxy Giảng viên hướng dẫn: ………TS Phạm Anh Tuấn Theo góp ý Hội đồng, định hướng giảng viên hướng dẫn, tác giả đồ án/khoá luận nghiêm túc tiếp thu ý kiến đóng góp Hội đồng tiến hành sửa chữa, bổ sung đồ án/khoá luận theo tinh thần kết luận Hội đồng Chi tiết nội dung chỉnh sửa sau: Tác giả chỉnh sửa bổ sung đồ án/khóa luận theo góp ý Hội đồng Nội dung Trang cũ Trang Chỉnh sửa lỗi đánh máy Sửa lại lỗi tả Kiểm tra lại tài liệu tham Sửa thành 55 Chỉnh sửa lại tên tài liệu 55 khảo Trên Bản giải trình điểm sửa chữa, bổ sung đồ án/khoá luận tác giả theo yêu cầu Hội đồng đánh giá ĐAKLTN ngành Công nghệ vật liệu Trường Đại học Phenikaa ngày 10 tháng 01 năm 2023 Hà Nội, ngày 06 tháng 02 năm 2023 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG GV HƯỚNG DẪN TÁC GIẢ (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) 40 Như vậy, giá trị 5,0% Oligoester mẫu nhựa Epoxy biến tính có modul uốn tốt 41 3.4 Ảnh hưởng tỷ lệ oligoester đến độ bền kéo, modul kéo phần trăm dãn dài Tiếp tục khảo sát ảnh hưởng Oligoester đến độ bền kéo mẫu nhựa biến tính Kết thu trình bảng hình 3.5 Độ bền kéo MPa 70 65.3 61.4 60 50 52.1 48.4 42.7 40 30 20 10 0,0% 2,5 % 5,0% 7,5 % 10,0% Hình 3.4: Độ bền kéo nhựa Epoxy tỷ lệ Oligoester khác Từ hình 3.4 cho thấy, biến tính nhựa Epoxy có 2,5% Oligoester độ bền kéo nhựa Epoxy tăng, cụ thể mẫu biến tính 2,5% Oligoester độ bền kéo tăng 10 MPa Khi biến tính nhựa Epoxy 5,0% Oligoester tăng từ 23 MPa so với mẫu khơng biến tính Tiếp tục tăng hàm lượng Oligoester lên 7,5% độ bền kéo tăng 19 MPa so với mẫu khơng biến tính giảm tiếp MPa so với mẫu biến tính 5% Oligoester Khi biến tính nhựa Epoxy 10% Oligoester độ bền kéo tăng MPa so với mẫu khơng biến tính giảm 17 MPa so với mẫu biến tính 5% Oligoester Như vậy, thấy biến tính nhựa Epoxy tỷ lệ ,0% Oligoester đưa vào Epoxy biến tính cho khả chịu va đập tốt 42 Modul kéo GPa 5.30 4.80 4.17 4.35 3.90 0,0% 2,5 % 5,0% 7,5 % 10,0% Hình 3.5: Modul kéo nhựa Epoxy tỷ lệ Oligoester khác Từ hình 3.5 thấy, biến tính nhựa Epoxy Oligoester tỷ lệ 2,5% 5% modul kéo tăng, cụ thể tỷ lệ 2,5% modul kéo tăng nhẹ so với mẫu 0%, tỷ lệ 5% modul kéo tăng 1.2 GPa so với mẫu 0,0% Oligoester Tiếp tục tăng hàm lượng Oligoester lên 7,5% - 10,0% modul bền kéo giảm xuống 4.80 MPa 3.90 MPa so với mẫu 5% Như vậy, giá trị 5,0% Oligoester mẫu nhựa Epoxy biến tính có modul uốn tốt 43 Độ dãn dài (mm) 7.0 5.2 4.3 3.0 3.1 0,0% 2,5 % 5,0% 7,5 % 10,0% Hình 3.6: Độ dãn dài nhựa Epoxy tỷ lệ Oligoester khác Từ hình 3.6 thấy, biến tính nhựa Epoxy Oligoester tỷ lệ 2,5% 5% độ dãn dài tăng, cụ thể tỷ lệ 2,5% độ dãn dài tăng nhẹ so với mẫu 0%, tỷ lệ 5% độ dãn dài tăng mm so với mẫu 0,0% Oligoester Tiếp tục tăng hàm lượng Oligoester lên 7,5% - 10,0% dãn dài giảm xuống 5.2 mm 4.3 mm so với mẫu 5% Như vậy, giá trị 5,0% Oligoester mẫu nhựa Epoxy biến tính có độ dãn dài tốt 44 3.5 Ảnh hưởng tỷ lệ oligoester đến độ bền dai phá hủy Đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng hàm lượng Oligoester đến độ bền dai phá hủy nhựa Epoxy Độ bền dai phá hủy vật liệu đánh giá thông tin hệ số tập trung ứng suất tới hạn Kic xác định theo tiêu chuẩn ASTM D5045 99, theo phương pháp uốn ba điểm có khía đơn (single - edge - notch bending, SENB) máy LLoyd 500N (Anh), với tốc độ thử 10mm/phút nhiệt độ phịng Kết trình bày Hình 3.7 Độ bền dai phá hủy 1.6 1.4 1.35 1.31 1.27 5,0% 7,5% 10,0% 1.2 0.73 0.8 0.6 0.55 0.4 0.2 0,0% 2,5% Hình 3.7: Ảnh hưởng Oligoester đến độ bền dai phá hủy nhựa Epoxy Từ kết bảng 3.2 hình 3.7 nhận thấy Oligoester làm tăng đáng kể hệ số tập trung ứng suất tới hạn Kic nhựa Epoxy Khi tăng hàm lượng Oligoester từ 0,0% lên 2,5% Kic tăng từ 0,55 MPa.m2 lên 0,73 MPa.m2 (tăng 32.7%) Nếu tiếp tục tăng lượng Oligoester lên 5,0% K ic tăng mạnh từ 0,73 MPa.m2 lên 1,35 MPa.m2 (tăng 84.9%) Khi tăng tiếp tục lên 7,5% - 10,0% độ bền Kic giảm xuống Xảy điều lượng Oligoester cao mật độ khâu mạch giảm nhóm Epoxy nhựa Epoxy tham gia phản ứng với Oligoester, độ khâu mạch giảm nhiều làm liên kết mạch Epoxy lỏng lẻo dẫn đến làm suy giảm độ bền kết dính Epoxy nên độ bền dai phá hủy bị giảm 45 Như hàm lượng Oligoester 5,0% đưa vào nhựa Epoxy cho độ bền dai phá hủy tốt Với có mặt 5,0% PKL Oligoester - Epoxy trì độ bền kéo, modun kéo, bền uốn, modun uốn làm tăng độ dãn dài kéo đứt, độ võng, độ bền va đập độ bền dai phá hủy 3.6 Ảnh hưởng tỷ lệ oligoester đến khả khâu mạch nhựa epoxy Đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ oligoester đến khả khâu mạch nhựa epoxy thơng qua phương pháp phân tích nhiệt vi sai quét (DSC), kết thể qua hình sau: Hình 3.8: Ảnh hưởng oligoester đến khả khâu mạch nhựa epoxy 46 Bảng 3.3: Ảnh hưởng Oligoester đến nhiệt độ đóng rắn nhựa Epoxy Mẫu Ti (0 C) Tρ (0C) Tf (0C) 0,0% 70.09 96.3 123.7 2,50% 68.64 96.92 122.45 5,0% 68.22 96.87 122.25 7,50% 64.04 88.55 117.09 10,0% 62.28 87.36 117.82 Trong đó: Ti = nhiệt độ bắt đầu xảy đóng rắn Tρ = nhiệt độ phản ứng đóng rắn mãnh liệt Tf = nhiệt độ kết thúc phản ứng Từ kết hình 3.8 bảng 3.3 thấy, biến tính nhựa epoxy oligoester tỷ lệ 2,5 5% nhiệt độ bắt đầu xảy phản ứng đóng rắn, nhiệt độ phản ứng đóng rắn mãnh liệt nhiệt kết thúc phản ứng giảm khôn g đáng kể so với mẫu nhựa khơng biến tính điều chứng tỏ hàm lượng Oligoester vừa đủ nhiệt độ phản ứng diễn dễ dàng Tiếp tục tăng hàm lượng Oligoester lên 7,5% 10% nhiệt độ bắt đầu phản ứng giảm từ - oC, nhiệt độ phản ứng đóng rắn mãnh liệt giảm - 9oC nhiệt độ kết thúc phản ứng giảm 6o C so với mẫu khơng biến tính Điều cho thấy với góp mặt 5% Oligoester nhựa Epoxy hỗ trợ trình khâu mạch nhựa Epoxy diễn dễ dàng phản ứng xảy êm dịu Như thấy vai trị Oligoester có tác dụng biến tính Epoxy rõ ràng 47 3.7 Phân tích phổ FTIR hệ Epoxy - Oligoester Tiến hành phân tích phổ FTIR mẫu nhựa epoxy, oligoester nhựa epoxy biến tính 5% oligoester, kết thể qua hình sau: Hình 3.9: Phổ FTIR nhựa epoxy, oligoester nhựa epoxy biến tính 5% oligoester Từ kết hình 3.9 thấy, đỉnh hấp phụ tần số 3064 cm -1 đặc trưng cho liên kết C-H vòng oxirane xuất phổ nhựa epoxy xuất phổ nhựa epoxy biến tính 5% oligoester Đỉnh hấp thụ tần số 1965 cm -1 đặc 48 trưng cho liên kết liên kết C-H nhóm CH2 CH vịng thơm khơng xuất phổ oligoester xuất phổ nhựa epoxy xuất phổ nhựa epoxy biến tính 5% oligoester Đỉnh hấp thụ tần số 1720 cm -1 đặc trưng cho liên kết C=O nhóm ester olyogester xuất phổ hồng ngoại nhựa epoxy biến tính 5% oligoester Đỉnh hấp thụ tần số 1032 cm -1 đặc trưng cho Dao động hóa trị C-O-C ether nhựa epoxy xuất phổ hồng ngoại nhựa epoxy biến tính 5% oligoester Điều chứng tỏ, biến tính nhựa epoxy oligoester 3.8 Phân tích phổ DMTA hệ Epoxy – Oligoester Trong q trình sử dụng mơi trường khắc nghiệt chịu rung lắc, nhiệt độ, độ ẩm khả chuyển trạng thái polymer định việc sử dụng cho phù hợp, tiến hành xác định tính chất nhiệt động học mẫu nhựa Epoxy khơng biến tính có biến tính Oligoester Mẫu đổ khn silicon có kích thước 30 x 10 x 2mm, sau đóng rắn hồn tồn, đem xác định nhiệt động Kết thể hình 3.8 49 Hình 3.10: Đường cong DMTA modul tích lũy E‘ nhiệt độ vật liệu có biến tính khơng biến tính Oligoester Từ hình 3.10 cho thấy modun tích lũy E ‘ tổ hợp Nhựa Epoxy khơng biến tính cao so với tổ hợp Nhựa Epoxy biến tính 5,0% Oligoester Điều cho thấy đưa 5,0% Oligoester vào nhựa Epoxy làm tăng tính mềm dẻo tổ hợp vật liệu, làm giảm modul E ‘ Hình 3.11 biểu diễn mối quan hệ modul tổn hao E’’ nhiệt độ 50 Hình 3.11: Đường cong DMTA modul tổn hao E‘’và nhiệt độ vật liệu có biến tính khơng biến tính Oligoester Hình 3.11 biểu diễn mối quan hệ E’’ nhiệt độ Quan sát hình 3.11 cho thấy ảnh hưởng Oligoester đến khả linh động nhựa Epoxy thể qua nhiệt độ giá trị đỉnh pic đồ thị E ’’ nhiệt độ Kết cho thấy có mặt 5,0% Oligoester làm giảm Tg từ 70 oC xuống 60 o C, nghĩa vật liệu có tính mềm dẻo - dai Tính chất nhựa Epoxy cải thiện 51 Hình 3.12: Đường cong DMTA tgδ nhiệt độ vật liệu có biến tính khơng biến tính Oligoester Hình 3.12 biểu diễn mối quan hệ tgδ vào nhiệt độ Quan sát hình 3.12 cho thấy ảnh hưởng Oligoester đến khả linh động nhựa Epoxy thể qua nhiệt độ thủy tinh hóa Tg giá trị đỉnh pic đồ thị tgδ - T Kết cho thấy có mặt 5,0% Oligoester làm giảm Tg từ 90 oC xuống 80 oC, nghĩa vật liệu có tính mềm dẻo - dai Tính chất nhựa Epoxy cải thiện 52 KẾT LUẬN 1) Đã khảo sát thông số kỹ thuật sản phẩm oligoester thu từ trình sản xuất nhựa PEKN Kết cho thấy mẫu oligoester mẻ khác tương đồng thông số kỹ thuật 2) Đã tiến hành biến tính nhựa Epoxy oligoester tỷ lệ 2,5; 5,0; 7,5 10%KL theo phương pháp tổng hợp môi trường N gia nhiệt để giảm số axit hỗn hợp xuống ≤ 25 mg KOH/g 3) Mẫu nhựa Epoxy biến tính oligoester tỷ lệ 2,5; 7,5 ; 10%KL đánh giá tính chất lý độ bền dai phá hủy Kết cho thấy, tỷ lệ %KL oligoester, mẫu nhựa Epoxy có tính chất lý độ bền dai cải thiện rõ rệt so với mẫu nhựa khơng biến tính Ở tỷ lệ 5%KL oligoester, tốc độ đóng rắn nhựa Epoxy biến tính cải thiện 4) Kết phân tích DMA mẫu nhựa Epoxy biến tính 5%KL oligoester cho thấy, nhựa Epoxy biến tính có độ mạch phân tử linh động, mềm dẻo thể modul tích lũy tăng, nhiệt độ thủy tinh hóa T g giảm so với mẫu Epoxy khơng biến tính TÀI LIỆU THAM KHẢO A Boyle, Cary J Martin, John D Neuner, Công ty Hexcel, “Nhựa Epoxy.” Trần Vĩnh Diệu, Hồ Xuân Năng, Phạm Anh Tuấn, Đoàn Thị Yến Oanh (2020) Công nghệ vật liệu composite polyme Nhà xuất Khoa học Tự nhiên Công nghệ - 2020 Phan Thị Minh Ngọc, Ngô Thị Thanh Vân, et al Cyano hóa diethylenetriamine với acrylonitrile Tạp chí Hóa học, 37(4), 64 - 69 (1999) Phan Thị Minh Ngọc, Ngô Thị Thanh Vân, et al Tổng hợp chất phụ gia đóng rắn nhựa epoxy ứng dụng chúng composite cốt sợi thủy tinh Tạp chí Hóa học Ứng dụng, 38(3), 45 - 49 (2000) Oscar Zaske Sidney H Goodman Nhựa polyester nhựa vinyl ester chưa no In Sổ tay Nhựa Nhiệt rắn, Elsevier Inc., 97 - 125 (2014) Paul F Bruins Unsaturated Polyester Technology, Gordon and Breach Science Publishers New York, Luân Đôn, Paris Bách khoa tồn thư Khoa học Cơng nghệ Polyme John Wiley & Son, Tập 11, Polyester không no, 41 – 57 Hui Zang, Zhong Zhang, Klaus Friedrich, Christian Eger, "Cải thiện tính chất vật liệu nano epoxy in-situ với khoảng cách hạt giảm hàm lượng Silica kích thước nano cao", Viện vật liệu tổng hợp, Đại học Kaiserslautern, 2005-2006 Karger Kocsis J, Zhang Z, "Mechanical Properties of Polymer Dựa Cấu trúc Nano Hình thái học", New York, NY: CRC Press, 2005 547 -96 10 PR Marur, RC Batra, G Garcia, AC Loos, "Độ bền gãy tĩnh động vật liệu tổng hợp epoxy/alumina với tạp chất submicron", Khoa Khoa học Kỹ thuật Cơ học, MC 0219 Đại học Bang Công nghệ Virginia, Hoa Kỳ, 2004 11 Lin Zhu, Fan-Long Jin, So-Jin Park, "Thermal Stability and Fracture Toughness of Epoxy Resin Modified by Epoxidized Castor Oil and Al2O3 Nanoparticles", College of Chemical and Pharmaceutical Engineering, Hàn Quốc, 2012 12 Ngô Phú Trứ, “Công nghệ xử lý chế biến cao su”, Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1995