T ệ ừ đó đến nay khoảng hơn 50 năm nhựa epoxy đã được thương mại hóa và s d ng trong nhi u ngành công nghiử ụ ề ệp như chếtạo máy, đóng tàu biển, ch tế ạo ô tô, đặc bi t trong công nghiệ
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đinh Phú Anh NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA POLYSULFITE LỎNG G21 ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA NHỰA EPOXY DER 331 SỬ DỤNG LÀM CHẤT TẠO MÀNG CHO SƠN Chuyên ngành : KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU PHI KIM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Khoa học kỹ thuật vật liệu phi kim NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Nguyễn Thanh Liêm Hà Nội – 2012 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131561031000000 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật KH&KTVLPK – 2010B Đinh Phú Anh MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Nhựa epoxy tổng hợp nhà hóa học Thụy Sỹ Pierre Castan (1938) đưa vào áp dụng cơng nghiệp Từ đến khoảng 50 năm nhựa epoxy thương mại hóa sử dụng nhiều ngành công nghiệp chế tạo máy, đóng tàu biển, chế tạo tơ, đặc biệt công nghiệp điện - điện tử, công nghiệp hàng không vũ trụ… Nhựa epoxy chưa đóng rắn loại nhựa nhiệt dẻo, tan tốt dung môi hữu cơ, biến tính với nhựa khác phenol-formaldehyt, ureformaldehyt, molyamit, polysulfit… Nhựa chuyển sang mạng lưới không gian ba chiều sử dụng chất đóng rắn nóng anhydric phtalic, anhydric maleic…; hay chất đóng rắn nguội amin mạch thẳng, polyamit,… Sau đóng rắn, nhựa epoxy có loại tính chất quý báu độ bám dính tốt với nhiều loại vật liệu, bền hóa học, bền học, bền nhiệt độ cách điện cao Nhựa epoxy có ứng dụng rộng rãi làm keo dán kết cấu, làm nhựa để chế tạo nhiều loại vật liệu compozit quan trọng, làm màng phủ bảo vệ Nhưng nhược điểm lớn nhựa epoxy tính giịn, dễ vỡ nứt Để khắc phục nhược điểm trên, việc sử dụng chất hóa dẻo biến tính nhựa epoxy nhằm tạo khung mềm dẻo hơn, giảm mật độ tạo mạng lưới khơng gian Trên sở đó, tác giả luận văn sử dụng polysulfide để biến tính nhựa epoxy DER 331; sử dụng nhựa epoxy biến tính chất hóa dẻo nội để khảo sát tính chất màng sơn - lĩnh vực tiêu thụ gần 50% lượng nhựa epoxy sản xuất giới Đây hướng nghiên cứu nhằm cải thiện tính chất màng sơn Đề tài: “ Nghiên cứu ảnh hưởng polysulfide lỏng G21 đến tính chất nhựa Epoxy DER 331, sử dụng làm chất tạo màng cho sơn” đời nhằm giải khó khăn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật KH&KTVLPK – 2010B Đinh Phú Anh Mục đích đề tài Polysulfit lỏng có khối lượng phân tử thấp sử dụng chất pha loãng để làm giảm độ nhớt thành phần nhựa khuấy trộn dễ dàng, tăng khả ứng dụng nhựa epoxy Polysulfit lỏng có vai trị chất hóa dẻo, làm tăng độ bền va đập, chịu hóa chất tốt khả bám dính tốt Mục đích đề tài biến tính nhựa Epoxy DER 331 polysulfit lỏng G21 có mặt chất xúc tiến TEA(Triethanolamin) Hỗn hợp nhựa epoxy polysulfide hình thành sử dụng chất hóa dẻo nội đưa vào thành phần sơn So sánh khác tính chất màng sơn sử dụng chất hóa dẻo nội chất hóa dẻo ngoại nhằm khắc phục nhược điểm việc sử dụng chất hóa dẻo ngoại màng sơn phấn hóa theo thời gian chất hóa dẻo ngoại trơi bề mặt màng sơn Nội dung đề tài Để thực mục đích đó, luận văn có đề nhiệm vụ sau: - Biến tính nhựa epoxy polysulfit lỏng G21 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ cấu tử đến tính chất nhựa biến tính Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ Khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng xúc tác - Khảo sát tính chất lý màng sơn sở nhựa biến tính sử dụng số chất độn thông dụng, áp dụng cho sơn lót sơn phủ màu ghi Khảo sát tính chất học sơn lót sơn phủ màu ghi Khảo sát ảnh hưởng chất đóng rắn khác tính chất màng sơn lót sơn màu ghi Khảo sát so sánh tính chất lý, hóa học màng phủ từ nhựa epoxy biến tính với nhựa epoxy ban đầu sau chu kỳ thử tăng tốc-đánh giá độ bền chịu thời tiết (mù muối, QUV) Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích nhiệt (TGA – DSC) Luận văn thạc sĩ kỹ thuật KH&KTVLPK – 2010B - Phương pháp chụp kính hiển vi điện tử quét SEM - Phương pháp đo phổ hồng ngoại FTIR - Phương pháp đo độ cứng tương đối - Phương pháp đo độ bền va đập - Phương pháp đo độ bám dính điểm - Phương pháp đo độ bền uốn - Phương pháp đo độ bền cào xước - Phương pháp đo độ mài mòn Đinh Phú Anh Luận văn thạc sĩ kỹ thuật KH&KTVLPK – 2010B Đinh Phú Anh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung chất tạo màng cho sơn gồm: 1.1.1 Các thành phần cấu tạo nên màng sơn 1.1.1.1 Chất tạo màng Chất tạo màng pha liên tục màng sơn định chủ yếu đặc tính bảo vệ đặc tính học chung màng Chất tạo màng chủ yếu vặt liệu hữu như: nhựa thiên nhiên, dầu thảo mộc, epoxyeste,….ngồi cịn gặp từ vật liệu vơ như: etylsilic, thủy tinh lỏng,… ngồi từ vật liệu vô Chất tạo màng hữu chia làm hai loại: chất tạo màng biến đổi không biến đổi Chất tạo màng biến đổi: có nhóm phản ứng trùng hợp oxyl hóa tao thêm chất xúc tiến để hạn chế bề dày màng, có hai loại cấu tử phải phản ứng hóa học với tạo màng sơn chủ yếu Chất tạo màng khơng biến đổi: khơng phụ thuộc dạng phản ứng hóa học hình thành màng, q trình chủ yếu dung môi bay hơi, màng tạo thành hịa tan v dung mơi gốc Sự tạo màng chất tạo màng chuyển từ lỏng sang rắn, khơ nhờ phản ứng hóa học chất tạo màng bay dung mơi Có thể phân biệt chất tạo màng sau: + Chất tạo màng thiên nhiên: dầu thực vật, nhựa thiên nhiên, bitum thiên nhiên… + Chất tạo màng bán tổng hợp: dẫn suât hóa học polymer thiên nhiên cao su,… + Chất tạo màng tổng hợp 1.1.1.2 Dung môi Là hợp chất hữu dạng lỏng nhiệt độ thường có khả bay Những hợp chất sử dụng công nghệ sơn chủ yếu hydrocacbon no không no; este axit acetic; ete glycol, rượu vài xeton Dung Luận văn thạc sĩ kỹ thuật KH&KTVLPK – 2010B Đinh Phú Anh mơi hịa tan chất rắn có độ nhớt cao Chúng cho phép hịa tan thành thành phần khơng tương hợp sơn, cải thiện khả thấm ướt phân tán chất màu, điều chỉnh độ nhớt tính ổn định sơn Chúng xúc tiến giải phóng khí, điều chỉnh khả bay hơi,đến tính chất chảy dịng độ bóng màng sơn Trong hệ sơn lỏng dung mơi hữu sử dụng chủ yếu, ngồi cịn sử dụng nước làm dung mơi[ 2] Dung mơi bay tức sau tạo màng, không tham gia vào thành phần sơn, thường không ảnh hưởng đến cấu tạo màng Chuyển hệ sơn vào trạng thái thuận lợi cho việc chế biến sử dụng bay hết trình hình thành màng sơn 1.1.1.3 Phụ gia Là chất cho vào sơn với số lượng nhỏ để khắc phục nhược điểm sơn Như chất chống lắng ,chất chống mốc, chất chống tia UV,….ngoài chúng sử dụng lý sau: để sản xuất, cải thiện tính lưu biến việc sử dụng sơn, giúp cho trình tạo màng 1.1.1.4 Bột màu Bột màu chất rắn dạng hạt phân tán đồng sơn để cung các đặc điểm bao gồm: màu sắc, độ mờ đục, độ bền, độ bền học, khả bảo vệ chống ăn mòn cho kim loại Để đạt hiệu mong muốn, bột màu phải có đặc tính định Bột màu chia làm loại vơ hữu cơ, kim kim loại Các bột màu hưu sử dụng chủ yếu mục đích trang trí, bột màu vơ có đặc tính bảo vệ Kích thước màu sắc hạt màu hai yếu tố quan trọng, kích thước thường sử dụng từ 0,1 – μm, chúng ảnh hưởng đến khả tích tụ sơn Hầu hết chất màu dạng tinh thể tương tự tinh thể ảnh hưởng đến đặc tính bột màu Kích thước hạt có ảnh hưởng đến độ bóng màng sơn, màu sắc trình lưu trữ khả thấm ướt với nhựa Bột màu phân tán đồng nhựa để tạo màu sắc đồng Khi sơn khuấy trộn, hạt màu phải chịu lực ma sát nhựa nền, bột màu thiết bị trộn Một Luận văn thạc sĩ kỹ thuật KH&KTVLPK – 2010B Đinh Phú Anh lượng lớn hạt màu sử dụng tạo màu sắc sắc thái phạm vi rộng Số lượng bột màu sử dụng hàm lượng loại liên quan đến màu sắc, khả lưu trữ tính chất khác màng[15] 1.1.2 Tính chất yêu cầu chung cấu tử 1.1.2.1 Chất tạo màng Chất tạo màng tham gia tất q trình xảy đóng rắn làm khơ sơn Nó quan trọng sơn, thành phần khơng thể thiếu sơn định tính chất sơn 1.1.2.2 Dung mơi: Khả hịa tan: - Mỗi dung mơi có khả hịa tan số loại chất tạo màng định, dung môi chất tạo màng có độ phân cựu giống dễ hịa tan vói Ví dụ axetat xenlulo este có độ phân cựu nên tan tốt axeton cao su - Ngồi kích thước phân tử củng có khả hịa tan Ví xenlulo chất phân cựu lẽ tan nước tốt khối lượng phân tử cao nên trương nước chư hồn tồn khơng tan nước Điểm sôi hay nhiệt độ sôi: - Mỗi dung mơi có nhiệt độ sơi áp suất định, chất khơng phân cực nhiệt độ tỷ lệ thuận với tốc độ bay Đối với chất phân cựu chúng có kết hợp chặt chẽ với làm cho nhiệt độ sôi tăng bay bị cản trở Do hai chất lỏng có nhiệt độ sôi chúng kết hợp với tốc độ bay chúng nhiệt độ thường khác Ví dụ etyl alcol chất lỏng bay chậm nhiều so với etyl axetat bezen điểm sôi gần hai chất Tốc độ bay hơi: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật KH&KTVLPK – 2010B Đinh Phú Anh - Tốc độ bay đặc trưng cho khả rời khỏi bề mặt chất lỏng Tốc độ bay yếu tố quan trọng trình tạo màng sơn từ sơn dung môi - Tốc độ bay màng sơn phụ thuộc vào độ dày màng lưu thông khơng khí bề mặt màng Ngồi cịn nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ bay : nồng độ dung môi, chất tan, loại dung môi,… - Nhưng dung môi bay nhanh q khơng phải tốt có nhược điểm như: sơn nhanh chóng bị đặc làm khó gia cơng, ảnh hưởng tới tính lý màng bị giảm bay nhanh nên chưa xếp vị trí tốt, lớp bay nhanh nên rắn lại sớm làm cho lớp chưa kịp bay nên có tượng phồng rộp nhăn màng Khả độc hại cháy nổ: - Do dung môi dễ bay nên dễ xâm nhập vào người gây độc hại - Hầu hết dung môi độc nên ta phải bảo vệ tốt, tránh thất thoát ngồi - Ngồi dung mơi có đặc điểm rễ cháy nổ, hỗn hợp dung môi bay với khơng khí đến giới hạn nổ Do sử dụng cần ý u cầu an tồn Độ ổn định hóa học: - Một số loại dung mơi có chứa nhóm hoạt động hóa học có khả phản ứng tạo ảnh hưởng đến tính màng sơn nên ta cần ý đến tính chất - Dung mơi khơng nên chứa hợp chất sulfua khơng có tính axit phản ứng với kim loại với bột màu, nhựa sơn Màu mùi: - Mùi ảnh hưởng trực tiếp đến người sản xuất người sử dụng nên chọn dung môi không mùi - Màu ảnh hưởng đến loại sơn màu nên cần lưu ý đến chọn màu cho phù hợp.[3] Luận văn thạc sĩ kỹ thuật KH&KTVLPK – 2010B Đinh Phú Anh 1.1.2.3 Chất phụ gia: Chất phụ gia vai trò định màng ướt màng khơ, giúp cải thiện tính lưu biến việc sử dụng bảo quản tạo màng Một số chất phụ gia dùng sơn: + Chất chống tạo bọt gồm chất cải thiện sức căng bề mặt để ngăn ngừa tạo bọt trọng gia công sơn + Tác nhân phân tán: cải thiện phân tán ổn định hạt bột màu sơn + Tác nhân thấm ướt : cải thiện tính ổn định hệ phân tán + Tác nhân thixotropy: chất cải thiện lưu biến nhằm mục đích tạo màng sơn có độ dày lớn mà khơng cần tăng độ nhớt cao + Tác nhân chống sa lắng: chất cải thiện lưu biến nhằm ngăn chặn sa lắng hạt bột màu nặng bảo quản + Các chất chống vi khuẩn nấm mốc: chống phân hủy sơn vi khuẩn nấm mốc thùng chứa + Tác nhân chống tạo khí: chất ức chế chất hút ẩm để ức chế độ nhạy kẽm hút ẩm để tránh phản ứng kẽm với nước axid làm sinh khí H2 sơn có hàm lượng kẽm cao + Tác nhân chảy tạo độ phẳng: chất cải thiện sức căng bề mặt, loại bỏ dấu chổi qt, tượng khơng bình thường khác màng + Tác nhân đông tụ: chất hóa dẻo nhằm giảm Tg phép hạt phân tán liên kết tạo màng sơn phân tán + Các chất hấp thụ UV: ổn định ánh sáng chất chống oxy hóa hấp thụ lượng cực tím chuyển sang dạng nhiệt gốc hoạt động để ngăn chặn phá hủy chất kết dính + Chất làm chậm cháy: phụ gia làm cho sơn nở tiếp xúc với nguồn nhiệt, chuyển từ dạng màng sang dạng bọt cứng, dày + Tác nhân làm mềm dẻo: làm giảm độ cứng sơn nhựa hóa chúng[9] Luận văn thạc sĩ kỹ thuật KH&KTVLPK – 2010B Đinh Phú Anh 1.1.2.4 Bột màu: Vai trò bột màu tạo màu sắc cho sơn, quan trọng vai trị sơn trang trí Bột màu có vai trị tạo mỹ quan cho sản phẩm: tạo độ nhẵn bóng, có màu đẹp Ngồi cịn tạo độ bền ánh sáng,chịu nước chịu khí hậu, tăng độ bền chắc, tạo khả chống ăn mòn, mài mịn cho màng sơn Mơt số tính chất bột màu là: + Kích thước hạt: hạt mà lớn q phân tán hệ khơng đồng dẫn đến màng sơn phẳng bé dẫn đến diện tích bề mặt riêng lớn nên hấp thụ chất tạo màng lớn gây tốn + Độ ngấm dầu + Khả che phủ: khả lớn cần bột màu + Cường độ màu : lượng cần thiết để đạt tới tông màu + Độ bền màu theo thời gian yếu tố môi trường 1.1.3 Yêu cầu màng phủ - Màng phải có độ đục : Hấp thụ tia sáng tránh tiếp xúc với lớp bảo vệ bên trong, độ đục ảnh hưởng đến màu sắc sơn - Màng phải có chiều dày thích hợp: Nếu mỏng dày gây hư hỏng phải có đồng bề dày để bảo vệ vật liệu tốt nhất, đồng - Màng phải có màu sắc theo yêu cầu đặt ra: Do tác dụng trang trí sơn quan trọng bỏ qua - Màng phải bám dính tốt với nền: Tạo cho sơn có độ bền để bảo vệ vật liệu, không bị bong thời gian sử dụng - Màng phải có độ bền hóa học,bền thời tiết,… 1.2 Giới thiệu chung số chất tạo màng nhiệt dẻo nhiệt rắn thường sử dụng 1.2.1 Chất tạo màng nhiệt dẻo