Nghiên ứu hế tạo sơn điện di catot trên ơ sở hất tạo mạng epoxi biến tính amin

Ngày nay, phương pháp sơn điện di catot được cho là có khả năng chống mài mòn tốt hơn.Trong các loại sơn sử ụ d ng trong công nghiệp thì sơn bột phát tri n m nh mể ạ ẽnhất do mứ ộc đ ảnh

TRƯỜ NG Đ Ạ I H C BÁCH KHOA HÀ NỘI Ọ

-

VŨ HỮU HƯNG

NGHIÊN CỨU CHẾ Ạ T O SƠN ĐIỆN DI CAT OT TRÊN CƠ SỞ

CHẤ T T O MÀNG EPOXI BIẾN TÍNH AMIN Ạ

Chuyên ngành : KHOA HỌC & Ỹ K THU T Ậ

VẬT LIỆU PHI KIM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA H C VÀ K THU T V T LI U PHI KIM Ọ Ỹ Ậ Ậ Ệ

NGƯỜI HƯỚNG D N KHOA H C : Ẫ Ọ PGS.TS BẠCH TRỌNG PHÚC

Hà Nội – 2012

M Ụ C LỤ C

L i cờ ảm ơn ……… ………

Lời cam đoan……… ……… ………

Danh m c các ký hiụ ệu, các chữ ế ắ vi t t t ………

Danh mục các bảng ……… ……

Danh m c các hình vụ ẽ, đồ ị th……… ….

M Ở ĐẦU 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 T NG QUAN V Ổ Ề SƠN VÀ CHẤT TẠO MÀNG 3

1.1.1 Lịch sử phát tri [6,7,8] 3 ển 1.1.2 Khái ni m chung v ệ ề sơn [6,7,8,9,10] 4

1.1.3 Thành ph n chính cầ ủa sơn [6,8] 4

1.1.4 Các phương pháp sơn [6,7,8,11] 7

1.2 SƠN ĐIỆN DI [6,12,13,14] 7

1.2.1 L ị ch sử phát tri [12,14] ể n 7

1.2.2 Khái ni m chung v ệ ề sơn điện di [15,16,17,18] 8

1.2.3 Nguyên lý hoạt động chung [16,17,18,19] 10

1.2.4 Sơn điện di anot 13

1.2.5 Sơn điện di catot 15

1.3 T NG QUAN V EPOXY DIAN VÀ BI N TÍNH NH A EPOXY DIANỔ Ề Ế Ự 28

1.3.1 Nh a epoxy [27,28,29,30] 28 ự 1.3.2 Epoxy este [7,14,16,19,24,25,26] 30 2.1 NGUYÊN LI U 36 Ệ

2.1.1 Nh a epoxy 36 ự

2.1.2 Dietanolamin 36

2.1.3 Axit axetic 36

2.2 TRANG THI T B DÙNG CHO TẾ Ị ỔNG HỢP NHỰA 37

2.2.1 Trang thi t b ế ị dùng cho sơn 37

2.2.2 Máy móc thi t b ế ị đo đạc – phân tích 37

2.3 T NG HỔ ỢP CHẤT T O MÀNG VÀ CH TẠ Ế ẠO MÀNG SƠN ĐIỆN DI CATOT 38

2.3.1 T ng h p ch t t o màng 38 ổ ợ ấ ạ 2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA HỌC 44

2.4.1 Phương pháp xác định hàm lượng nhóm epoxy [ ] 44 31 2.4.2 Phương pháp xác định hàm lượng nhóm hydroxyl [30] 46

2.5 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ ẪN ĐIỆ D N [35] 48

2.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH CH T MÀNG PH 48 Ấ Ủ 2.6.1 Phương pháp xác định độ ền va đậ b p 48

2.6.2 Phương pháp xác định chiều dày màng sơn 49

2.6.3 Phương pháp xác định độ bám dính c a ủ màng sơn 50

3.1 T NG HỔ ỢP CHẤT T O MÀNG 51 Ạ 3.1.1 T ng hổ ợp monoizoxianat 51

3.1.2 T ng h p ch t t o màng cho h ổ ợ ấ ạ ệ sơn điện di catot 51

3.2 NH NG KỮ ẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT V H Ề Ệ SƠN 53

3.2.1 Quan h ệ độnhớt – hàm khô của chất tạo màng 53

3.2.2 Ảnh hưởng của hàm khô đến trọng lượng màng sơn 55

3.2.3 Ảnh hưởng của hàm khô đến tốc độ ế ủa màng trên điệ ự k t t n c c 57

3.2.4 Ảnh hưởng của điện áp sơn đến trọng lượng màng t o ra trên catot 59 ạ

3.2.5 Bi n thiên trế ọng lượng màng theo thời gian sơn 61

3 2.6 Bi n thiên cế ủa dòng điện theo thời gian sơn 63

3.2.7 Ảnh hưởng b n ch t cả ấ ủa bề ặ ền sơn m t n 65

3.2.8 Ảnh hưởng của mức độ trung hòa nhựa (ảnh hưởng pH) 68

3.3 KẾT QUẢ ĐO ĐẠC TÍNH NĂNG CƠ LÝ CỦA MÀNG SƠN 70

K T LU N 73 Ế Ậ TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

L I C Ờ ẢM ƠN

Em xin được b y tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đến PGS.à TS Bạch Trọng Phúc là người đã chỉ đạo hướng d n r t t n tình, c th v m t khoa h c trong su t ẫ ấ ậ ụ ể ề ặ ọ ốquá trình em th c hiự ện luận văn này

Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, các cô trong Trung tâm Nghiên cứu Vật

liệu Polyme & Compozit Trường Đại học Bách khoa Hà Nộ , những người đã - itrang b cho ki n thị em ế ức và phương pháp học tập, nghiên c u ứ

o Vi

Và cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến các đồng chí lãnh đạ ện KỹThuật Hóa Sinh và Tài liệu nghiệp vụ - Tổng cục IV ộ Công an, cám ơn các bạn - B

bè, đồng nghiệp đã luôn giúp đỡ ủ, ng h ộ và động viên tôi, tạo điều ki n t t nh t v ệ ố ấ ề

thời gian để tôi có th hoàn thành t t khoá hể ố ọc của mình

Hà Nội, ngày 20 tháng 3 năm 2012

Tác gi ả

Vũ Hữu Hưng

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số ệu, các li

kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ

m t công trình nào khác ộ

Hà N ội, ngày 20 tháng 3 năm 2012

Tác gi ả

Vũ Hữu Hưng

DANH M C CÁC KÝ HI U, CÁC CH VI T T T Ụ Ệ Ữ Ế Ắ

PC Polyme compozit

KLPT Kh i ng phân t ố lượ ử

HLE Hàm lượng nhóm epoxy

ĐLE Đương lượng gam epoxy

PKL Phần khối lượng

TDI Toluen diisoxianat

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

ASTM Tiêu chu n theo Hi p h i ôtô M ẩ ệ ộ ỹ

5 B ng 3.1 M i quan h cả ố ệ ủa độ nh t theo hàm khô ớ

6 B ng 3.2 ả Ảnh hưởng của hàm khô đến trọng lượng màng sơn

7 B ng 3.3 ả Ảnh hưởng của hàm khô đến tốc độ ế ủa màng trên điệ ự k t t n c c theo

thời gian sơn

8 B ng 3.4 ả Ảnh hưởng của điện áp sơn đến trọng lượng màng sơn

9 B ng 3.5 M i quan h gi a trả ố ệ ữ ọng lượng màng sơn và thời gian sơn

10 B ng 3.6 ả Ảnh hưởng của dòng điện theo thời gian sơn

11 B ng 3.7 ả Ảnh hưởng b n ch t cả ấ ủa bề ặt sơn đế ọng lượng màng sơn m n tr

12 Bảng 3.8 Ảnh hưởng của mức trung hòa (pH) đến tính năng cơ lý của màng sơn

13 B ng 3.9 K t qu ả ế ả đo xác định tính năng cơ lý của màng sơn

5 Hình 3.1 Đồ ị ế th bi u di n m i quan h cễ ố ệ ủa độ nh t theo hàm khô ớ

6 Hình 3.2 Bi n thiên c a trế ủ ọng lượng màng sơn theo hàm khô của bể trên h p kim ợthép

7 Hình 3 Ảnh hưởng của hàm khô đến tố ộc đ kết tủa trên điện cực catot ạ ệt i đi n áp sơn 50V

8 Hình 4 Bi n thiên trế ọng lượng màng theo điện áp sơn trên n n thép CT3 ề

9 Hình 5 Bi n thiên trế ọng lượng theo thời gian sơn trên hợp kim thép tr n CT3 ầ

10 Hình 6 Biến thiên dòng điện theo thời gian sơn

11 Hình 7 Ảnh hưởng của nền thép CT3 photphat hóa và thép CT3 trần đến trọng lượng màng sơn

MỞ ĐẦU

Vật liệu polyme nói chung, sơn và các chất tạo màng nói riêng đã, đang phát triển và đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống Năm 1909 đánh dấu sự ra đời của

nhựa phenolfomandehit và từ đó đến nay, vật liệu polyme không ngừng lớn mạnh

và có m t trong h u h t các ngành công nghi p tặ ầ ế ệ ừ đơn giản đến phức tạp Do sự đa dạng và có nhiều ưu điểm so với các vật liệu truyền thống (gỗ, sắt, thép ), polyme được ưa chuộng và s d ng ngày càng nhiử ụ ều Lượng tiêu th v t li u polyme tính ụ ậ ệtrong năm 2002 là 193 triệ ấu t n và d ự tính năm 2010 là 300 triệ ấu t n [1,2]

Sơn điện di m i ch xuấ ệ ừ ững năm 1950 1960 nhưng đến nay đã ớ ỉ t hi n t nh chứng t vai trò quan tr ng trong công nghiỏ ọ ệp sơn và màng phủ Ngày này, h u hết ầcác loại khung ô tô đều s d ng công ngh ử ụ ệ sơn điện di cho lớp sơn lót ếN u chúng

-ta đánh từ khóa tìm ki m b ng ti ng Anh vế ằ ế ới nghĩa sơn điện di (electrodepostion Coating) vào trang tìm ki m Google thì sế ố lượng k t quế ả ả ề tr v là 172.00 Điều đó cho th y mấ ức độphát triể ớn l n lao cho lo i công nghạ ệ và vật liệu sơn điện di Trước tiên, đó là nhu cầ ạu t o m t lộ ớp sơn có tính năng bảo v và trang trí ngày càng phát ệtri n: Lể ớp sơn lót điện di v i chi u dày kho ng 15-50 m có kh ớ ề ả µ ả năng bám dính cao

với nền, đồng đều, chống ăn mòn ốt và tạo thuận lợi cho các lớp sơn phủ trang trí tbên ngoài

Thêm vào đó, khi khoa học càng phát tri n thì v n đ b o v ể ấ ề ả ệ môi trường càng cần được quan tâm nên m t công nghộ ệ sơn cần phải đáp ứng được hàm lượng các chất bay hơi hữu cơ độ ạ ấc h i th p ho c không có Công ngh ặ ệ sơn điện di là m t ộtrong nh ng công nghữ ệ đáp ứng được đòi hỏi này Đặc biệt, chúng còn được phát triển theo hướng tự động hóa cao, giảm chi phí sản xuất và nâng cao năng suất lao động, thường để ậ v n hành m t dây chuyộ ền sơn điên di chỉ ầ 2 đến 3 ngườ c n i [3]

Tại Việt Nam, sơn và công nghệ sơn điện di đã được nghiên cứu và triển khai ứng dụng từ ững năm 1970 nh -1980 [4] Kết quả cho thấy những triển vọng phát tri n c a ngành công nghiể ủ ệp này Hơn nữa, năm 2006, để chuẩn bị tham gia vào tổ ch c thương mạ ế ớứ i th gi i WTO, hoàn nh p v i nh ng yêu c u kh t khe cậ ớ ữ ầ ắ ủa

th giế ới về ảo vệ môi trường, chính phủ ệt Nam đã đưa ra quyết định yêu cầu b Vitoàn b các khung xe ô tô s n xuộ ả ất trong nước ph i áp d ng công nghả ụ ệ sơn điện di cho lớp sơn lót [5] Như vậ hơn lúc nào hết, sơn điện di đã trởy, thành vấn đề thi t ếthực cho các nhà sản xuất và lắp ráp ô tô trong nước và cũng đặt ra cho các nhà nghiên c u c n phứ ầ ải quan tâm đến công nghệ sơn và vật liệu sơn điện di, nhanh chóng đáp ứng yêu c u c p thi t c a lo i hình s n xu t này ầ ấ ế ủ ạ ả ấ

Luận văn đặ ấn đềt v “Nghiên cứu chế ạo sơn điệ t n di catot trên cơ sở t tchấ ạo màng epoxy bi n tính aminế ” nhằm mục đích tạo ra loại sơn điện di có chất lượng cao, h n chạ ế nhập kh u và phẩ ục vụ ố t t nh t cho các nhà s n xu t và l p ráp ô tô ấ ả ấ ắ

trong nước Loại sơn này được nghiên cứu chế ạo theo hai giai đoạ t n: tổng hợp monoisoxianat và chất tạo màng là s n phả ẩm của epoxy v i dietanolamin, s n phớ ả ẩm này được trung hòa b ng axit axetic t o lo i nhằ ạ ạ ựa tan trong nước và s d ng chúng ử ụlàm ch t t o màng ấ ạ trong sơn điên di catot

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ SƠN VÀ CHẤT TẠO MÀNG

1.1.1 Lịch sử phát triển [6,7,8]

Lần đầu tiên sơn được người nguyên thủy sử ụng cách đây 25000 năm Họ d

s dử ụng chúng vẽ trên cách hang những hình thù và màu sắc cuả ác con vật mà họ csăn bắt được Năm 3000 600 trước Công nguyên, ngườ - i Ai Cập đã tìm ra nhiều

loại bột màu có trong tự nhiên và tổng hợp màu “xanh Ai Cập” vào khoảng 5000 năm trước Khoảng năm 600 đến 400 sau Công nguyên người Hy Lạp và La Mã đã

biết sử ụng vecni từ các loại nhựa cây Tuy nhiên, phải đến cuối thế ỷ XVIII, nhu d k

c u v ầ ề sơn và vecni mới phát triển mạnh

Cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật đã có ảnh hưởng mạnh mẽ đối với ngành công nghệ sơn và chất tạo màng Một lượng sắt thép lớn được sử ụ d ng trong xây

dựng và các ngành kỹ thuật khác đã thúc đẩy nhu cầu cần thiết phải tạo ra một lớp

“sơn lót” có khả năng chống ăn mòn và gỉ sét M t loộ ại sơn đơn giản nhất trên cơ sởchì đỏ phân tán trong dầu lanh đã được s d ng thử ụ ời xưa Tuy nhiên, sơn sử ụ d ng

bột màu là chì lại có độ độc hại cao nên năm 1704, màu xanh Prussian đã được tổng

hợp Năm 1740 đã sử ụ d ng dầu thông làm dung môi cho sơn, năm 1840 các chất làm khô có ngu n g c kim loồ ố ại đã được sử ụng để tăng tố ộ đóng rắ d c đ n của các

lo i d u thạ ầ ực vật

Hóa học về ựa fomandehyt đã hình thành trong khoảng thời gian 1850 nh

-1890, nhưng phải đến th k XX lo i nh a này mế ỷ ạ ự ới được s d ng trong công ử ụnghiệp sơn và chất tạo màng Tương tự như vậy, nhựa nitroxenlulo được tổng hợp năm 1877 nhưng phải sau cu c chi n tranh th gi i th nh t nó m i ng d ng làm ộ ế ế ớ ứ ấ ớ ứ ụmàng sơn Mộ ệ ột h b t màu mới cũng đượ ổc t ng h p, c th ợ ụ ể là năm 1918, bột màu

trắng dioxit titan đã được đưa vào sử ụ d ng thay th hoàn toàn cho chì ế

Những tác động lên sự phát triển công nghiệp sơn gần đây chủ ếu liên quan y

đến các vấn đề ề môi trườ v ng, s c kh e và yêu c u v an toàn M i quan h l i ứ ỏ ầ ề ố ệ ợ

nhuận và chi phí sản xuất cũng đóng vai trò quan trọng trong thị trường cạnh tranh ngày càng kh c liố ệt, nó cũng chi phối công thức sản xu t mấ ột cách đáng kể

1.1.2 Khái ni ệm chung về sơn [6,7,8,9,10]

Sơn hay màng phủ là khái ni m chung dùng ch b t c lo i v t liệ ỉ ấ ứ ạ ậ ệu nào được

áp d ng lên bụ ề ặ m ạt t o thành màng m ng liên t c Tuy nhiên, thu t ngỏ ụ ậ ữ sơn thường dùng phân bi t v i các dàng màng ph do x lý bệ ớ ủ ử ề ặ m t khác mà t o thành ạ như lớp

mạ, anot hoá, phot phat hóa Thuật ngữ sơn cũng sử ụng chỉ các lớp vật liệu đã dtích h p màu sợ ắc để phân bi t vệ ới lớp màng trong là vecni

Theo quan điểm hi n đệ ại màng sơn là hệ th ng compozit g m m t s l p ố ồ ộ ố ớmàng trong số đó có một vài l p (khônớ g phả ấ ải t t c ) có màu s c Mắ ột hệ sơn thường

đảm nhi m hai chệ ức năng:

+ Chức năng bảo v ệ

+ Chức năng trang trí

Chẳng hạn một hệ sơn sử ụng cho ô tô vừa có tác dụng tạo hình thức cho xe d(màu sắc và độ bóng), nếu v xe làm t thép thì lỏ ừ ớp sơn còn có chức năng khác là chống ăn mòn cho lớp thép

Khi xem xét tính ch t cấ ủa màng sơn thì mối quan hệ ữ gi a vậ ệt li u chế ạ ớ t o l p sơn và nền cần sơn đóng vai trò quan trọng Nh ng yêu c u cho m t h ữ ầ ộ ệ sơn trên gỗ

s rẽ ất khác biệt cho hệ sơn trên nền kim loại Hơn nữa, phương pháp áo dụng màng sơn và đóng rắn màng cũng có thể có nh ng khác bi t r t nhi u Do vữ ệ ấ ề ậy, để xây

dựng một hệ sơn sử ụng cho mục đích cụ ể nào đó thì cần thiế ải xác đị d th tph nh trước được h ệ sơn đó sẽ áp d ng trên b mụ ề ặt như thế nào, phương pháp áp dụng là

gì và các tính ch t c a màng yêu c u ra sao.ấ ủ ầ

1.1.3 Thành phần chính của sơn [6,8]

Sơn có thể chia thành 2 nhóm thành ph n chính: ầ

+ Pha liên t c ụ

+ Pha phân tán

1.1.3.1 Pha liên tục

Pha liên t c bao gụ ồm các chấ ạt t o màng, h dung môi và ch t pha loãng ệ ấ

+ Chất tạo màng: là nhựa hay polyme có tác dụng tạo màng liên tục,

kết dính các thành phần khác và bảo vệ ề ặt được sơn Chất tạo màng được lựa b m

chọn theo công thức sử ụ d ng

Xét v khề ối lượng phân t , ch t tử ấ ạo màng được chia thành 2 lo i: ạ

Loại có khối lượ phân tử ỏ, loại này chỉ có thể ạo thành màng ng nh t

r n nh ắ ờcác phả ứn ng hóa h c; ọ

Loại có khối lượng phân tử ớn có thể hình thành màng rắn mà không l

c n ph n ng hóa h c ầ ả ứ ọ

Các lo i polyme thông dạ ụng được li t kê trong b ng 1.1 ệ ả

B ng 1.1.ả Các loại polyme được ử ụs d ng làm ch t tấ ạo màng

ngu n g t nhiên ồ ố ự 1 Các polyme phân tán trong môi

trường không nước

2 Nh a alkyt ự 2 Dung dịch vinyl

3 Polyuretan 3 Dung dịch acrylic

5 Nh a amino ự 5 Polyvinylaxetat d ng latex ạ

6 Nh a phnolic ự 6 Acrylic d ng latex ạ

7 Nh a epoxy ự 7 Styren/Butadien d ng latex ạ

8 Polyeste không no

9 Cao su clo hóa

+ Dung môi và ch t pha loãng ấ : có tác dụng làm cho quá trình sơn trởnên d ễ dàng Dung môi không được sử ụ d ng trong h ệ sơn bột

1.1.3.2 Pha phân tán

Pha phân tán bao g m: ồ

+ Các lo i ph gia vạ ụ ới hàm lượng nh , r t phong phỏ ấ ủ ề v ủch ng lo i và ạđượ ử ụng để tăng cườc s d ng và kìm hãm m t s tính chộ ố ất như chất xúc tác, ch t làm ấkhô, chất lưu biến

+ Bột màu vô cơ hoặc hữu cơ: Tạo ra độ ủ, màu sắc, các hiệ ứ ph u ng quang h c và cọ ảm quan khác cho màng sơn Hầu h t bế ột màu được sử ụ d ng v i mớ ục đích đầu tiên là trang trí, bên cạnh đó còn có công dụng khác như chống ăn mòn

M t s bộ ố ột màu cơ bản được li t kê trong b ng 1.2 ệ ả

B ng 1.2.ả M t s loộ ố ại bột màu điển hình

Màu sắ c Lo i b t màu h u cơ ạ ộ ữ Lo i b ạ ột màu vô cơ

Đen Than đen, anilin đen

Vàng Mu i azo c a niken ố ủ

Xanh da tr i Phtaloxinanin, Indanthrone Chì, Kèm, BaCrOờ 4, oxit s t, Cdắ 3(PO3)2

Xanh lá cây Xanh lá cây Phtaloxinanin Ultramarin, Prussian, Coban xanh

Đỏ Toludin, Quinacridone Oxit sắt, chì đỏ, crom đỏ

+ Bột độn: Bột độn được sử ụ d ng k t h p v i bộế ợ ớ t màu v i nhi u công ớ ềdung khác nhau như làm tăng độ phủ, giàm giá thành, gi m hiả ện tượng lắng, thay đổi độ nh t ớ

1.1.4 Các phương pháp sơn [6,7,8,11]

Việc lưa chọn phương pháp cho thích hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tốt như

dạng vật liệu dùng làm sơn, bản chất bề ặt cần sơn, yêu cầu độ dày lớp sơn, hiệu m

qu kinh t ả ế và an toàn lao động Thông thường có 4 phương pháp sơn chính gồm:

+ Phương pháp quét hay lô: Đây là phương pháp đơn giản thường s ử

dụng, để sơn trang trí hoặc bảo dưỡng khung kết cầu thép hoặc xây dụng Nó cũng được s d ng cho bử ụ ảo dưỡng tàu biển Tuy nhiên, phương pháp này có tính thủcông nên tốc độ ấp, độ đồng đề th u ph thu c vào tay ngh ụ ộ ề người th ợ

+ Phương pháp phun gồm phun có không khí, phun không có không khí, phun tĩnh điện, phun nóng Đây là phương pháp phổ bi n nh t do t c đ sơn ế ấ ố ộcao và kh ả năng thích ứng c a nó v i h u hủ ớ ầ ết các điều ki ện

+ Phương pháp gia nhiệt

+ Phương pháp sơn điện di: Đây là phương pháp chính sử ụng để ạ d t o

lớp sơn lót cho khung ô tô Sơn điện di có thể là sơn điện di catot hoặc điện di anôt Ngày nay, phương pháp sơn điện di catot được cho là có khả năng chống mài mòn

tốt hơn

Trong các loại sơn sử ụ d ng trong công nghiệp thì sơn bột phát tri n m nh mể ạ ẽ

nhất do mứ ộc đ ảnh hưởng đến môi trường thấp, chi phí đầu tư thấp Tại thị trường Tây Âu vào năm 1993, th phị ần sơn bột chiếm 53%, phương pháp sơn được áp

dụng là phun tĩnh điện do hạn chế ối đa lượng sơn mất mát và không tạo ra dung tmôi hữu cơ dễ bay hơi

1.2 SƠN ĐIỆN DI [6,12,13,14]

1.2.1 Lịch sử phát triển [12,14]

Sơn điện di và công ngh ệ sơn đ ện di đã đượi c hãng ô tô Ford phát tri n t ể ừ

những năm 1950 Ban đầu loại sơn này được áp dụng sơn phủ trên vành xe (năm 1961) sau đó phát triển thành sơn lót trên khung ô tô Thự ế cho đếc t n nay, h u h t ầ ếcác loại khung xe đều sử ụ d ng công ngh ệ sơn điện di áp d ng cho lụ ớp sơn lót

Ngoài ra, sơn điện di còn được s d ng trong nhi u ng dử ụ ề ứ ụng khác như sơn lót cho thiết bị máy móc trong nông nghiệp, công nghiệp và thiết bị ử ụng trong cuộc s d

sống hàng ngày Lý do sơn điện di phát triển ngày càng mạnh mẽ là nhờ ác ưu cđiểm mà loại sơn này đạt được như tạo lớp sơn đồng đều, sơn trên mọi b m t, ề ặlượng thất thoát ít, độ bám dính cao Hơn nữa công ngh ệ sơn điện di cho phép t ự

động hóa cao nên ít t n nhân l c nh t trong t t c các loố ự ấ ấ ả ại sơn khác Loại sơn này cũng thường s dử ụng dung môi là nước, không có ho c có rặ ất ít dung môi bay hơi nên đảm bảo được y u t ế ố môi trường

Tại Mỹ các công ty tiên phong trong lĩnh vực này gồm Ford, Gliden, PPG và Mobil với khoảng hơn 100 dây chuyền vào những năm 1970 Tại châu Âu, trong khoảng thời gian này, số lượng dây chuyền được xây dựng sử ụng cho sơn điện di d

là 250,25% trong số đó phục vụ cho ngành công nghiệp xe hơi Tại Nhật Bản có khoảng 50 dây chuyền sơn điện di Hiện nay, trên thế ới 98% vỏ xe ô tô các loại gi

s dử ụng công nghệ ơn điện di để ạo lớp sơn lót Mới đây, Việt Nam qui định buộc s t

phải thực hiện lớp sơn lót bằng công nghệ sơn điện di cho vỏ và thùng xe đối với các nhà máy sản xu t ô tô ấ

1.2.2 Khái niệm chung về sơn điện di [15,16,17,18]

Theo định nghĩa của WikiPedia, sơn điện di là một quá trình trong đó các hạt phân tán huyền phù trong môi trường lỏng dưới tác dụng điện trường có kh ả năng di chuyển và tạo lớp kết tụ trên bề ặt điện cực Sơn điện di thường dùng để ạo lớp m tmàng có chi u dày tề ừ 1 đến 50 Mm và có thể ạ ớ t o l p màng trên bề ặ m t của bấ ỳ t k

v t nào có kh ậ ả năng dẫn điện

Mặc dù vẫn có những hệ sơn điện di sử ụng dung môi nhưng loại phổ ến d bi

nhất là sơn dung môi nước

1.2.2.1.Phân loại sơn điện di

Phụ thu c vào b n ch t phân ly c a lo i chất tạo màng, các hi n tộ ả ấ ủ ạ ệ ượng điện

mà sơn điện di có th chia thành 2 loể ại sơn, tương ứng v i 2 công nghệ sơn điệớ n di

Hệ thống sơn anot Hệ thống sơn catot

Hình 1.1 H th nệ ố g sơn điện di anot và catot

+ Sơn điện di anot: Trong môi trường làm việc chất tạo màng phân ly

thành các anion dịch chuyể ề phía các điệ ực dương chứa bề ặt cần sơn n v n c m

+ Sơn điện di catot: Trong môi trường làm việc, chấ ạt t o màng phân

ly thành các ion dương dịch chuyển về phía điệ ực âm chứa bề ặn c m t áp d ng ụ

1.2.2.2 Thành phần chính của sơn:

Thành ph n chính cầ ủa sơn điện di s dử ụng dung môi nước gồm:

+ Chất tạo màng (chất tạo màng là nhựa sử ụng độ d c lập ho c ph i ặ ố

h p vợ ới nhau)

+ Ch t trung hòa ấ

+ B t màu ộ

+ Dung môi

Chất tạo màng trong sơn điện di phải tan tốt trong nước sau khi trung hòa, có

kh ả năng dẫn điện và tồn tạ ở ạng thái bền vững trong nước sau thời gian nhất i tr

định Trong ph n t c a ch t tầ ử ủ ấ ạo màng cũng chứa đủ ố s nhóm ch c c n thiứ ầ ết để đả m

b o hình thành mả ạng lưới không gian trong giai đoạn s y hoàn thi ấ ện

Bột màu: Trong một công thức sơn nói chung, bột màu có vai trò tạo màu

sắc, tăng độche phủ và bảo vệ màng sơn Tuy nhiên, để ử ụng bột màu trong sơn s d

điện di phải đảm b o m t s ch tiêu khác vì bả ộ ố ỉ ột màu trong sơn điện di gây nh ảhưởng đến các thông s k thu t trong quá trình t o lố ỹ ậ ạ ớp màng sơn.

1.2.3 Nguyên lý hoạt động chung [16,17,18,19]

Quá trình điện di d a trên s d ch chuy n c a các ph n t ự ự ị ể ủ ầ ử tích điện v phía ềđiện c c trái dự ấu khi đặt trong một điện trường Điện tích này có th t o ra do ion ể ạhóa các nhóm chứa sẵn ho c do h p th các phân tặ ấ ụ ử chất hoạt động bề mặt chứa điện tích lên đó Việc tạo thành màng sơn là kết qu c a nhi u quá trình x y ra ả ủ ề ảtrong điện trường, đó là các hiện tượng điện di, điện phân kèm theo điện k t t a và ế ủđiện th m ẩ

1.2.3.1 Hiện tượng điện di [19,21,22]

Hiện tượng điện di xảy ra đố ớ ệ sơn điệi v i h n di khi các h t keo và b t màu ạ ộtích điện được bao b c b i ch t t o màng hay ch t hoọ ở ấ ạ ấ ạt động b m t d ch chuy n v ề ặ ị ể ềphía điện cực trái dấu tố ộc đ dịch chuyển của các hạt tích điện này trong điện trường t l thu n v i th ỷ ệ ậ ớ ế điện động c a các phân t ch t tủ ử ấ ạo màng, cường độ điệ n trường và t l ngh ch vỷ ệ ị ới độ nh t cớ ủa môi trường T c đ d ch chuy n c a các h t ố ộ ị ể ủ ạphân tử ấ r t ít ph thuụ ộc vào kích thước hạt mà quyết định trước hế ở ảt b i b n ch t cấ ủa chấ ạt t o màng

+ -

+ + + +

- - Cathode Anode

-Hình 1.2 Hiện tượng điện di 1.2.3.2 Hiện tượng điện phân và điện kết tủa theo hiện tượng điện di [19,21,22]

Đây là quá trình phóng điện và chuyển dòng điện qua m t phân cách dung ặ

d ch – ị điện cực Điện phân trong môi trường nước theo cơ chế anot gồm có quá

trình điện phân nước gi i phóng oxy và gi m pH anot và quá trình thoát khí hydro ả ả ở

ở catot

+ Điện phân nước gây thoát khí O2 và gi m pH ả

2H2O O2 + 4H++ 4e (1)+ Hình thành H2 b m t catot ở ề ặ

Trong trường h p v t li u cợ ậ ệ ần sơn ở an t là kim lo i không th ng, quá ố ạ ụ độtrình điệ hóa cơ bả ạn n t i an t là quá trình hòa tan kim lo i theo ph n ng: ố ạ ả ứ

Me Me→ m+ + me (3) Khi điện c c là kim lo i không b ự ạ ị hòa tan như Pt, cacbon thì phương trình điện phân ch y u theo (1) ủ ế

Trong môi trường ki m quá cao, xề ảy ra phóng điện c a ion hydroxyl theo ủphương trình (2)

Ngoài ra tại anốt còn có th xể ảy ra các quá trình điện phân khác như:

2 RCOO - R R + 2 CO2 + 2e RCOO- + H2O R OH + CO2 + 2e + H+

CH2 + H2O HC OH + 2H++ 2e

Kết quả phân tích thành phần khí thoát ra ở anốt cũng như xác định vùng th ếđiện c c cho thự ấy quá trình điện phân ch y u xủ ế ảy ra theo phương trình (1) và (3)

S kự ết tủa màng sơn điện di trên anốt là kết quả ực tiếp của các phả ứ tr n ng

đã nêu Các nghiên cứu chi ti t v cơ ch t o màng c a nhi u tác gi ế ề ế ạ ủ ề ả khác nhau đã

khẳng định s k t tự ế ủa trên anốt theo hai ph n ng ch y u sau: ả ứ ủ ế

+ Trung hòa các anion do nồng độ cao các ion H+sinh ra ở ả ứng (1) dẫn ph n

đến k t tế ủa trên điện c c: ự

H+ + RCOO- RCOOH →+ Kết tủa macroion với cation kim loại hòa tan trong quá trình anốt ở ả ph n

ứng (3) tạo nên màng sơn trên anốt

Me+ + RCOO- RCOOMe →

Với sự tăng nồng độ ủa ion H c + và Me+thì cân bằng của phả ứng sẽn chuyển

dịch về phía bên phải Loại kết tủa tạo ra trên anốt (axit hoặc muối) phụ thuộc vào

tiến trình phả ứng, bản chất chất tạo màng và bản chất kim loại cần sơn Cường độn điện trường trong giai đoạn này có ý nghĩa rất quan tr ng vì nọ ếu dòng điện quá y u, ếlượng kim lo i b ạ ị hòa tan hay proton sinh ra quá ít, không đủ ẫn đế d n k t t a nh a ế ủ ựđược M t khác nặ ếu điện trường quá mạnh, các ion dương (H+, Me+) có thể khuy ch ếtán quá ồ ạt và đi xa vào môi trường, t o ra k t tạ ế ủa xố ỗp, r ng, bám dính kém trong điều ki n khí th i thoát ra t đi n c c nên chệ ả ồ ạ ở ệ ự ất lượng màng s ẽ kém đi

1.2.3.3 Hiện tượng điện thẩm

Màng sơn kế ủa trên điệt t n c c có tác dự ụng như một màng bán thấm, dưới tác

dụng của điện trườ , nước trong màng sẽ ị đẩy ra khỏi nền do hiện tượng điệng b n

thẩm nói trên (dịch chuyển chất lỏng qua màng bán thấm dưới ảnh hưởng cảu điện trường) Hiện tượng này có tác d ng làm gi m khụ ả ối lượng nước trong màng, tăng

độ khít và bám ch c cắ ủa màng sơn mớ ế ủi k t t a, ch ng l i vi c ưố ạ ệ ớt đọng sơn thông thường hay g p khi màng bặ ằng phương pháp nhúng Cũng nhờ ậ v y, sau khi r a ử

mẫu, sơn có thể ấy đượ s c ngay không cần hong khô hay đợi bay hết dung môi Khác v i quá trình m kim loớ ạ ại, màng sơn điện di là màng v t liậ ệu hữu cơ nên có điện tr riêng l n, mở ớ ột khi đạt đến độ dày nhất định s không cho phép k t t a ti p ẽ ế ủ ế

tục ở chỗ đó nữa, do đó, sơn sẽ ịch chuyển sang vùng anốt khác còn trống để ế d k t

tủa và dầ ần d n toàn b diộ ện tích điện cực được bao ph bủ ằng màng sơn có chiều dày

đồng nh t, k các các góc c nh s c nh n, các v trí g p, khu t b che chấ ể ạ ắ ọ ị ấ ấ ị ắn sau điện

cực đối Màng t o thành trên an t g m các polyme có khạ ố ồ ối lượng phân t không lử ớn

lắm, nhưng do tác dụng của nhiệt độ và oxy không khí sẽ ạo thành màng không tgian b n ch c, làm màng b n về ắ ề ới nước và các môi trường khí quy n ể

1.2.4 Sơn điện di anot

Chi tiết sơn được đặt tại anot, các phả ứng điện hóa hướn ng t i vi c hình ớ ệthành màng sơn điện di m ng trên b m t chi tiỏ ề ặ ết được sơn dưới d ng m t l p ạ ộ ớpolymer hữu cơ cách ly (cách điện, cách nhi t ) ệ

Trong bể sơn điện di anot, quá trình sơn sẽ ả x y ra các phả ứng điện n hóa tại các điện cực như sau:

T i anot x y ra phạ ả ản ứng điệ ực:n c

2H2O 4H→ + + O2↑+ 4e

H+ + RCOO- RCOOH →(d tan) (không tan) ễ

Đồng th i x y ra s hòa tan c a kim lo i n n làm anot do ph n ờ ả ự ủ ạ ề ả ứng điện hóa (anot tan):

Me Me→ n+ + ne

T i catot xạ ảy ra các phả ứng điện n hóa sau:

2H2O + 2e H→ 2↑ + 2OH

-Như vậy rõ ràng phương pháp sơn điện di anot v a có nhừ ững ưu điểm v a có ừ

những nhược điểm sau:

+ Ưu điểm: chấ ạo màng tương đố ễ ổt t i d t ng h p, ngu n nguyên li u thô ban ợ ồ ệđầu tương đố ẻ, điềi r u ki n công ngh thu n l i ệ ệ ậ ợ

+ N hược điể m: Gây ra sự hòa tan kim lo i n n, s nhu m màu và màng còn ạ ề ự ố

dư các nhóm _COOH

Như vậy s ự phóng điện c a các ion hydroxyl t i anot d n t i vi c hình thành ủ ạ ẫ ớ ệnước, oxy và các electron và t p trung mậ ột lượng l n các proton (H+) t i an t, làm ớ ạ ố

giảm giá trị pH ởvùng bề ặt điện cực anốt có môi trường mang tính axit, chính vì m

vậy tính hòa tan trong môi trường nước của ion macropolymer bị ảm đi và dẫn gi

đến vi c hình thành màng m ng polymer c a ch t t o màng bám ch c vào b m t ệ ỏ ủ ấ ạ ắ ề ặchi tiết được sơn (anốt0 Màng polymer này trở nên không hòa tan trong nước, sau khi được tráng rửa để ạ ế lo i h t phần sơn thô chưa được chuy n hóa bám vào màng ểMàng sơn sau khi được hóa r n nh s y nóng nhiắ ờ ấ ở ệt độ cao đã t o ra màng ạsơn rắn ch c ắ

Bên c nh quá trình tạ ạo ra màng sơn polymer bám vào bề mặt chi tiết được sơn (anot) cũng xảy ra đồng th i quá trình ion hóa kim lo i n n c a chi tiờ ạ ề ủ ết được sơn, tức là các quá trình ion hóa kim lo i c a vạ ủ ật được sơn giải phóng kh i b m t ỏ ề ặ

nền, điều này cũng dẫn đến làm tăng tốc độ ế ủ k t t a của polyion

Một trong những đặc điểm của sơn điện di anot là các ion kim loại tồn tạ ởi

trạng thái tự do từ anot, thông thường các nền kim loại được sơn được xử lý trước theo qui định, ch ng h n hẳ ạ ợp kim thép được phot phat hóa b mề ặt trước khi sơn, làm tăng khả năng bảo v khệ ỏi ăn mòn Tuy nhiên trong suốt quá trình điện phân,

kết tủa hình thành màng polymer, lớp phot phat hóa bị phân hủy dần dần và dẫn tới

việc làm giảm tính bảo vệ chống ăn mòn của kim loại Các ion kim loại từ anot (chi

tiết sơn) thấm vào màng gây ra sự nhuốm màu của màng sơn Đối với ion củ ồa đ ng (Cu) màu sơn chuyển thành màu hơi lục, n n s t ho c thép phot phat hóa cho màng ề ắ ặlót t i s m màu ố ẫ

1.2.5 S ơn điện di catot

Quá trình sơn điện di catot x y ra các ph n ả ả ứng điện hóa sau:

Tại anot (dùng tấm graphit hoặc inox) làm điện cự ểc đ tránh xu thế anot tan

X y ra phả ản ứng điệ phân nước:n

Ở đây các ion hidrogen được phóng điện và gi i phón trên catot d ng phân ả ở ạ

t (Hử 2) Đồng thời cũng hình thành ngay trên b mề ặt điện cực catot lượng ion OH

-làm tăng giá trị pH t i vùng này và trên b mạ ề ặt điện cực cũng xuất hi n nh ng ệ ữmacrocation của chấ ạt t o màng (do sự điện chuy n c a ion trái d u vể ủ ấ ề điện cực dưới tác dụng của lực điện trường áp đặ ừt t ngoài) Nh ng macrocation cữ ủa chấ ạt t o màng ngay l p tậ ức tác dụng v i nh ng khóm hydroxyl ngay trên bớ ữ ề mặt điện cực catot để ạo ra màng sơn không tan trong nướ t c (23)

Tại anot xảy ra quá trình phóng điện của các ion hydroxyl (OH-) hình đểthành và gi i phóng ra oxy và ả electron, đồng thờ ại t o ra nh ng ion Hữ + ở vùng lân

c n, làm gi m giá tr pH t i vùng này ậ ả ị ạ

Những ion H+ b ịđẩy khỏi anot và khuyếch tán vào môi trường nước mang,

r i lồ ại được gi i phóng tả ại catot dưới dạng hydro phân t (Hử 2)

T ừ cơ chế ạo màng sơn ở t trên cho th y r ng: ấ ằ

H tệ ạo màng cho sơn điện di catot yếu tố khá quan trọng là môi trường pH

phải đủ ấ th p, chất tạo màng sau khi được trung hòa bằng axit tạo ra hệ tan của chất

tạo màng trong môi trường nước mang vừ ảa đ m bảo tính ổ ịn đnh của hệ Ngược lại

nếu môi trường pH quá cao chất tạo màng không tan hoàn toàn, hệ sơn bị keo tụngay t c thứ ời trước khi xảy ra quá trình điện kế ủa Thông thườt t ng giá tr pH cị ủa môi trường n m trong kho ng 6-7 ằ ả (môi trường axit y u) ế

Với môi trường axit yếu tuy nhiên vẫn không tránh khỏi sự ăn mòn các vật chứa thành b , các ể ống dẫn các bơm v v nhất là các vậ ệt li u b ng kim lo i Chính ằ ạ

vì vậy vậ ệu làm bể, các ốt li ng dẫn, các bơm cần làm bằng các vậ ệ ền vữt li u b ng v i ớdung dịch của hệ sơn, loại trừ được sự nhi m bẩễ n do l n nh g tẫ ữn ạp chất bên ngoài vào bể ện phân Điề đi u khá quan tr ng là anot trong bọ ể sơn điện di catot ở đây được làm b ng t m graphit hoằ ấ ặc bằng kim lo i quý hay kim loạ ại đã thu động để ạ lo i trừ

xu hướng anot hòa tan hình thành ion kim lo i (26) gây ra hiạ ện tượng cùng điện k t ếtủa trên catot vừa gây nhiễm bẩn màng sơn vừa làm giảm hiệu suất dòng của quá trình sơn điện di catot, do nh ng ion kim loữ ại này linh động và nh y cạ ảm hơn nhiều

so với các macrocation của chấ ạt t o màng Vi c loệ ại trừ xu hướng hòa tan anot do

môi trường axit tập trung cao, kèm theo sự oxy hóa do oxy giải phóng ra tại anot là

h t sế ức cần thi ết

Theo cơ chế trên đây, cùng với quá trình điện k t tế ủa màng sơn tại catot cũng

đồng th i t o ra nh ng phân t hydro Chính vì v y trong suờ ạ ữ ử ậ ốt quá trình điện k t t a ế ủmàng sơn tại catot, lượng khí hydro thoát ra s khiẽ ến cho màng sơn trở nên x p, làm ốcho s cách ly c a màng v i nự ủ ớ ền yếu đi, dẫn đến giản năng lực phân tán của hệ sơn

Môi trường b ể sơn có giá trị pH càng th p dấ ẫn đến làm cho lượng khí hydro thóat ra càng mạng, điều này không có lợi, chính vì vậy bể sơn cần điều chỉnh giá

tr pH cho phù hị ợp, đặc bi t là giá tr pH phệ ị ải nằm trong kho ng cho phép 6-7 ả1.2.5.1 Điều kiện cần thỏa mãn của chất tạo màng cho sơn điện di catot [9,14] Những chất tạo màng dùng cho sơn điện di catot phải đảm bảo sau khi trung hòa b ng axit sằ ẽ ạ t o ra h dung d ch hòa tan hoệ ị ặc hệ phân tán có th pha loãng ểkhông hạn chế ằng nước để ạ b t o thành h ệ nước chấ ạt t o màng ổn định

H ệ đó phải có tính ổn định và phân tán tốt nhất với chất màu (pigment) đồng

thời có độ ẫn điệ ốt trong môi trường mang là nướ d n t c

Khi điện k t tế ủa, màng sơn tạo ra chi tiết sơn có những tính năng cơ lý tốt, tính bảo vệ ăn mòn kim loại cao, cách ly cách điện tốt, đặc chắc rắn sau khi hóa rắn

ở nhiệt độ ấ s y nóng, t o ra liên k t mạ ế ạng lưới không hian ba chi u b n v ng, màng ề ề ữsơn phả ạo ra đồng đều đố ới t i v i chi tiết được sơn có hình thù và cấu trúc ph c t p ứ ạ

Để đạt được điều đó, trước h t b n thân ch t t o màng ph i có ch s amin và ế ả ấ ạ ả ỉ ố

chỉ ố s hydroxyl cao S ự tăng của ỉ ốch s amin và ch s hydroxyl s ỉ ố ẽ làm tăng hòa tan

hoặc phân tán của chất tạo màng trong môi trường mang là nước Những chỉ ố s này

t l nghỷ ệ ịch với trọng lượng phân tử ủa chất tạo màng Trọng lượng phân tử ủa c c

chấ ạt t o màng càng nh ỏ sơn càng dễ hòa tan hoặc dễ phân tán trong nước hơn.Trong hệ sơn điện di catot, y u t quan tr ng là ch t tế ố ọ ấ ạo màng cũng phải

đồng th i ch a các nhóm ch c c n thiờ ứ ứ ầ ết để ạ t o màng không gian ba chi u trong quá ềtrình s y nóng hoàn thiấ ện màng sơn cuối cùng Song hệ sơn phải chứa số thành

phần không liên kết tối thiểu để không làm mất đi tính cân bằng, ổn định của bể sơn trong quá trình điện k t tế ủa màng sơn

Để đả m b o cho tính tan ho c phân tán tả ặ ốt trong nước, ch t t o màng trong ấ ạquá trình chế ạ t o, t ng hổ ợp đòi hỏi phải đưa các nhóm chức cần thiết vào mạch nhựa Đối với nhựa dùng cho sơn điện di anot cần đưa vào các nhóm chức cacboxyl (-COOH) còn đối với nhựa dùng cho sơn điện di catot cần đưa vào các nhóm

ammoni hoặc sulphoni Hàm lượng của các nhóm chức phụ thuộc vào lượng gốc

h u ữ cơ R kỵ nước và sự có m t cặ ủa các nhóm ái nước khác

Các nhóm ái nước nhưng không có khả năng khâu mạch còn dư lại sau cùng

s ẽ làm xấu đi tính chị ẩm và chịu nước của màng sơn Mặt khác chính nhữu ng nhóm chức cũng giữ vai trò quan tr ng ọ ảnh hưởng đến s phân tán cự ủa bột màu

Nh s tr ờ ự ợ giúp của nhóm chức này mà các tiểu phân của chất tạo màng được h p ph lên các ti u phân b t màu vấ ụ ể ộ ừa ngăn ngừ ựa s keo t ti p theo v a đ m ụ ế ừ ả

bảo cho vận chuyển của nó về điện cực và cùng bị lôi cuốn điện kết tủa thành màng sơn có màu trên chi tiết sơn

Bên c nh nh ng ch t tạ ữ ấ ạo màng tan trong nước tạo ra dung d ch th t, do kích ị ậthước c a các ti u phân ch t t o màng nh , các ti u phân ch t tủ ể ấ ạ ỏ ể ấ ạo màng mang điện

rất linh động vì vậy chỉ ần đặt điện áp không lớn ( cỡ c 20-50V) cũng đủ để ạ t o ra màng sơn tối ưu

Ngượ ạc l i, có nh ng h ch t t o màng không tan mà ch phân tán tữ ệ ấ ạ ỉ ạo nhũ trong môi trường nước do kích thước các ti u phân ch t t o màng l n, mu n t o ra ể ấ ạ ớ ố ạmàng sơn tối ưu cần phải áp đặt điện th ế sơn khá cao, thậm chí đạt đến 200-300V 1.2.5.2 Các họ vật liệu tạo màng dùng cho sơn điện di catot

Các họ ật liệu tạo màng dùng cho sơn điện di catot cũng giống như dùng vcho h ệ sơn điện di anot, rất phong phú và đa dạng

Các lo i ch t tạ ấ ạo màng polymer và oligomer hòa tan được hòa tan trong môi trường nước hoặc phân tán dướ ạng nhũ tương trong môi trường nước Đố ớ ệi d i v i h sơn điện di catot g m có: ồ

+ Các lo i nh a polyuretan, polyamid, polyester và cacbamid chạ ự ứa Nitơ+ Các họ nhựa chứa các nhóm sulphoni và phosphoni

a H ọ chất tạ o màng ch a các nhóm amino và các nhóm ammoni ứ

Các nh a khô thiên nhiên và nhự ựa tổng h p mang cation ợ

Các chấ ạt t o màng thuộc họ nhựa mang cation được điều ch nh s ế ờ ự tương tác của nh a thiên nhiên ho c nhự ặ ựa tổng h p v i amin → chợ ớ ứa các nhóm amoni bậc

nh t và bấ ậc ba chẳng h n v i dimetylamino proylamin [30] ạ ớ

(CH3)2N(CH2)3NH2

b H nh a epoxy ọ ự dùng cho sơn điệ n di catot

Nhựa epoxy mang cation được biến tính dùng khá phổ ến và rộng rãi làm bisơn điện di catot, v t li u thu c h ậ ệ ộ ọ này cho phép điều ch ế được nh ng ch t t o ữ ấ ạ

mạng có độchịu ăn mòn, độ bám dính cao và nhiều tính năng cơ lý ưu việt

Khi điều chế nhựa epoxy mang cation nguyên tử nitơ có thể được đưa vào thành phần chấ ạt t o màng b ng nhiằ ều phương pháp khác nhau

Một trong các phương pháp đó là sự tương tác của sản phẩm cộng hợp của epyclo hydrin và bisphenolA v i amin bớ ậc ba, với sự có mặt ủa axit có pc K nh ỏ hơn

5 Để nh a có đ ự ộ hòa tan đáng kể, nh t thiấ ết nitơ nằ ở ạm d ng cation amoni b c b n ậ ố(R4N+)với hàm lượng không được nhỏ hơn 20% [31]

C u t o cấ ạ ủa chấ ạt t o màng có d ng: ạ

-C(CH3)2-C6H4-0-CH2-CH(OH)CH2N+R3

Ch t tấ ạo màng như thế được đóng ắ r n nh ờnhựa phenol ho c nh a aminoặ ự

Nh ng nhữ ựa trên cơ sở epoxy mang cation t khâu mừ ạch đan lưới không gian

có thể được điều chế nh ph n ờ ả ứng gi a nh a epoxy mang cation ch a các nhóm ữ ự ứhydroxyl v i polyizoxianat b khóa m ch t ng ph n [32] ớ ị ạ ừ ầ

Sản phẩm cuối cùng có thể được sử ụng làm chất tạo màng catot chứa d

nh ng nhóm hydroxyl, izoxianat b khóa m ch và các nhóm ammoni ữ ị ạ

Sau đó sơn được hóa r n 170ắ ở 0C nhờ việc gi i phóng izoxianat bả ị khóa

mạch và tương tác của chúng với các nhóm hydroxyl Bằng phương pháp như vậy

có thể ử ụ s d ng toàn bộ những nhóm izoxianat khóa vòng trong h n hỗ ợp của nhựa

lo i này [33] ạ

Người ta cũng có thể ổ t ng h p nh a mang cation bợ ự ằng cách đưa lượng tương

ứng nh ng nhóm amino b c hai và b c ba vào polymer epoxy Tuy nhiên s có m t ữ ậ ậ ự ặ

c a nhóm amino trong nh a epoxy d n t i s t i màng ủ ự ẫ ớ ự ố

Mặc dù có tài liệu đã đưa ra, khả năng tổng hợp nhựa epoxy polyamid mang cation cho phép tạo ra màng sơn trắng không úa vàng

Cũng có thể ạo ra màng sơn catot trên cơ sở ỗ t h n h p nh a epoxy v i các ợ ự ớchất chất đóng rắn là các polyamino amid ho c polymidazolin Tuy nhiên h sơn ặ ệtrên cơ sở đó không đạt đượ ự ổn địc s nh vì s có m t c a nhóm epoxy t do, nh ng ự ặ ủ ự ữmàng sơn cho phép có thể đóng rắng nhiở ệt độ ấ th p

Để ch tế ạo được các polyepoxyester dùng cho sơn điện di catot có tính ch u ị

ăn mòn cao, người ta đã tiến hành bi n tính s n phế ả ẩm tương tác giữa nh a epoxy và ựdietanolamin b ng axit béo cằ ủa dầu khô, sau đó kế ợ ớt h p v i polymer ch a cacboxyl ứ( ch ng h n polyacrylat) nh a phenol ho c nh a melamin focmaldehyd [34] ẳ ạ ự ặ ự

T nhừ ững nhựa chứa các nhóm epoxy tự do, người ta điều chế ản phẩm s

ph n ả ứng nhờ ự tương tác củ s a nh a epoxy v i các amin b c hai và b c ba ch a các ự ớ ậ ậ ứnhóm hydroxyl Màng được k t t a trên catot t dung dế ủ ừ ịch được axit hóa [35]

Tập trung những nhóm nhựa quan trọng dùng cho sơn điện di catot là các sản

phẩm của nhựa epoxy được biến tính nhờ tương tác của poly phenol và các kiềm mannic và các amin b c hai ậ

Các nhựa này có chứa các nhóm amin metylenic trong vòng phênolic và chúng dễ dàng được pha loãng b ng nằ ước ở pH g n bầ ằng 7 Màng sơn điện k t tế ủa trên catot, sau khi s y nóng cho lấ ớp sơn phủ có độ ền ăn mòn tố b t [25,36]

Trên cơ sở ch t t o màng cation ch a các nhóm amino b c nh t ho c b c hai ấ ạ ứ ậ ấ ặ ậđược khóa m ch bạ ằng xêtôn người ta đã điều ch ế được h p ph n ch t t o màng ợ ầ ấ ạkhác bi t b i tính ệ ở ổn định cao khi b o qu n [44,16] ả ả

c Các nh a acrylic và vinylic ch ự ứa nitơ dùng cho sơn điệ n di catot

Các nhóm amino có thể đưa vào chất đồng trùng h p c a acrylic và vinylic ợ ủ

nh s ng trùng hờ ự đồ ợp gốc với các monomer chứa các nhóm ammoni bậc bốn Chẳng hạn với dimetyl aminoetyl metacrylat, vinylimidazol hoặc aminoalkylamid c a axit (Met) acrylic [37,49] ủ

Các chấ ồt đ ng trùng h p t khâu m ch, cho c u tr c không gian ba chi u, có ợ ừ ạ ấ ứ ề

th ể điều chế được nhờ ệc dùng những polymer chứa những nhóm hydroxyl và vi

nh ng nhóm izoxianat khóa m ch không k n nhóm amino [50] ữ ạ ể đế

Các chất đồng trùng h p cation t khâu m ch có nhóm amino b c nh t có th ợ ự ạ ậ ấ ểđiều ch ế được nh s hóa h p c a polymer ch a nhóm cacboxyl và các nhóm ờ ự ợ ủ ứmetynol amidoester của alkylenimin

Các nhóm aminoamid được điện k t t a trên catot và hóa r n Khi s y nóng, ế ủ ắ ấchúng phân h y tủ ạo ra nhóm izoxianat, sau đó khâu mạch đan lưới không gian giữa các phân tử ủ c a polymer ch t t o màng thông qua nhóm hydroxyl (-OH) ấ ạ

Người ta còn có th i u ch các polymer cation khác nh s ng trùng h p ể đ ề ế ờ ự đồ ợcác hợp ch t epoxy có liên kấ ết đôi và các nhóm amino bậc ba và các monomer vinylic ho c acrylic Các nhóm epoxy còn l i có thặ ạ ể tương tác với các nhóm amin

bậc hai Các nhựa chứa epoxy có thể phối hợp v i các h p ch t phênol ho c ớ ợ ấ ặmelamin

Tài liệu [38] đã đề ậ c p về ệ vi c sử ụ d ng các copolymer ch a các nhóm amino ứcùng v i các polyizoxianat khóa m ch ớ ạ

Các co polymer c a anhydric malêic có thủ ể tương tác với các điamin hoặc

với rượu amino bậc ba, nhờ ự ến tính tiếp theo bằng hợp chất mono epoxy, hoặc s bi

có thể phối liệu với nhựa amino Khi được kế ủa các polymer như thế đồt t ng kế ủt t a [51]

d Nhựa polyuretan, polyamid, polyester và cácbamid chứa amino dùng cho sơn điệ n di catot khi ph i h p v i các polyizoxianat khóa m ch và polyepoxy [24] ố ợ ớ ạ

Khi đó tạo ra được h p ph n ch t t o màng, sau khi trung hòa vaff pha loãng ợ ầ ấ ạ

bằng nước có giá tr ị pH cao hơn 7

Trong các phản ứng của việc hình thành polymer polyuretan có nhóm izoxianat ởcuối với amin bậc ba chứa oxy, có t ể điều chế được những sản phẩn có h nhóm hydroxyl t do phự ụ thuộc vào tỷ ệ ủ l c a các cấ ử Các nhóm này sau đó phản u t

ứng với các diizoxianat được khóa m ch không hoàn toàn ạ

Sau khi trung hòa, điện k t t a và hóa r n, nhế ủ ắ ận được màng sơn có mật độkhâu m ch cao [39] ạ

Các polyester có nhóm cacboxyl cuối mạch có thể ph n ả ứng với rượu amino

b c nh t, tậ ấ ạo ra được các polyester có vòng axazolino:

C N

Ch t tấ ạo màng này người ta phối liệ ớu v i nhi u amino[15] ề

e Các nh a ch ự ứa các nhóm sunphoni và phosphoni dùng cho sơn điệ n di catot

Khi sơn các polymer chứa các nhóm sunphoni bằng phương pháp điện k t ế

tủa catot, các hydroxit của sunphoni được tạ ra trên catot không bền trong điềo u

ki n s y nóng và t o ra các nhóm thioete [20,21] ệ ấ ạ

Những nhóm này ái nước tương đối nh ỏ hơn so với nhóm sunphoni

Nhược điểm nói chung c a các ki m sunphoni là tính ủ ề ổn định c a chúng ủ

nhỏ, đặc bi t pH >7 ệ ở

Những chất tạ màng sunphoni có thể điều chế được trên cơ sởo các nh a ựđược polymer hóa, đồng th i có th t o ra mờ ể ạ ạng lưới ba chi u do s t khâu m ch, ề ự ự ạ(chẳng hạn các sản phẩm kết hợp của mercaptan với polybutadien) hoặc do sự ố ph i

hợp với polyizoxianat khóa mạch (chẳng hạn những sản phẩm của sự tương tác glyxydylmetacrylat với thioete đơn giản và axit hữu cơ) Màng này khác biệt ngoài tính chống ăn mòn cao, nó còn chống chịu được sự úa vàng [41,52]

Các polymer cation sulphoni ho c phosphoni có thặ ể điều chế được như là sản

phẩm của sự tương tác hỗn hợp sunphua (chẳng hạn dietylsulphua hoặc thioetanol)

và axit ho c phosphin (ch ng h n trimetylphosphin) và axit v i poly epoxy Nhặ ẳ ạ ớ ững chấ ạo màng như thế thông thườt t ng bi n tính b ng polyizoxianat khóa m ch, t ế ằ ạ ừ

những chất tạ màng này điều chế được màng sáng màu [42] Các nhựa epoxy o sulphoni còn có thể được điều chế khi tương tác giữa sản ph m c ng h p Bisphenol ẩ ộ ợ

ti n ệ

Để ch t o nhế ạ ựa cho sơn điện di catot, khá nhi u tác gi ề ả đã đi từ nh a epoxy ự

cộng hợp với amin (nhựa polyamin) Trong đó chủ ếu là sản phẩm cộng hợp của ypolyepoxy v i amin bớ ậc hai như dietanolamin hoặc etylenolamin S n phả ẩm cộng

hợp này khâu mạch bởi p ả ứng trao đổi ester hoặc phả ứng trao đổi amid hoặc h n n

ph n ả ứng trao đổi uretan, hay phản ứng trao đổi ure

Tuy nhiên màng sơn như vậy còn nhược điểm là kém bóng Để ả c i thi n ệnhược điểm này đòi hỏ ầi c n làm gi m trả ọng lượng ph n t các s n ph m c ng h p ầ ử ả ẩ ộ ợ

hoặc là đưa thêm vào hệ ấ ử c u t có tác dụng d o hóa màng ẻ

Bên cạnh đó sản ph m c ng h p c a polyuretan và polyamin hoẩ ộ ợ ủ ặc monoamin bậc hai chứa nhóm amin nguyên thủy đẫ được ketimin hpá được dùng làm nhựa sơn điện di catot (Xem U.S patent No, 017,438)

Nhiều công trình còn quan tâm đến việc nghiên cứu đồng bộ ững tác nhân nh(polymer hoặc monomer) đưa vào hợp phần nhựa sơn có tác dụng ngoài chức năng hoá rắn màng sơn còn nâng cao khả năng phân tán, tính ổn định, độbóng cho màng sơn cuối cùng Đặc biệt hướng nghiên c u tìm ki m tác nhân hoá rứ ế ắn màng sơn ởnhiệt độ ấ th p mà vẫn đảm bảo cho màng sơn có những tính năng cơ lý tốt, dễ thao tác tri n khai trên quy mô công nghi p ể ệ

Trong nhi u công trình nghiên c u chề ứ ế ạo sơn điệ t n di catot, h p chợ ất polyizoxianat được s d ng khá ph biử ụ ổ ến như là một tác nhân hóa rắng màng sơn,

đặc bi t là s d ng h p chệ ử ụ ợ ất polyizoxianat đã khóa mạch, ch a nh ng nhóm ch c ứ ữ ứizoxianat khóa mạch có đặc tính hòa tan ở nhiệt độ ấ th p hoặc nhóm chức izoxianat khóa m ch ch a liên kạ ứ ết đôi hoạt động (chẳng hạn, izoxianat đã khóa mạch với hydroetyl acrylat) Tuy nhiên hệ sơn như vậy khó tránh kh i tính ỏ ổn định kém do hydrogen hoạt động ch a trong nhóm cationic, hi n di n trong sứ ệ ệ ản phẩm c ng hộ ợp

c a nh a epoxy ủ ự

Hiện nay nhiều nhà nghiên cứu đã sử ụ d ng hợp phần nhựa cho sơn điện di catot Sử ụng polymer đa chứ d c, cho tính ổn đình bể cao, màng sơn đanh chắc sau khi hóa r n, cho kh ắ ả năng chịu th i tiờ ết, môi trường cao và đặc bi t là có th hóa rệ ể ắn màng sơn ở nhiệt độ ấ th p (xem EP.A 0356970 và U.S patent Application Serial No 07/401,138) M t s patent khác gộ ố ợi ý dùng cho sơn điện di catot m t nhộ ựa đặc biệt

có khả năng tự động hóa rắn, nối m ch nhạ ờ ph n ả ứng mở vòng gi a các nhóm ữ

epoxy không cần sử ụ d ng tác nhân hóa r n khâu mắ ạch đẫ được đề xuất trong (ví dụ: GB1,306,101,072 và U.S patent nO 3,686,202)

H ệ sơn này hóa rắn tuy t vệ ời nhưng vẫn còn h n ch kh ạ ế ở ả năng ổn định b ề

Có tác giả đã sử ụ d ng d n xu t nhẫ ấ ựa epoxy trên cơ sở ả s n ph m c ng hẩ ộ ợp của nhựa epoxy với amin chứa những nhóm hydroxyl, những nhóm amino bậc hai

và nh ng nhóm amid trong m i m t phân tữ ỗ ộ ử nhựa, phối hợp với các polymer đa

chức đặc biệt để ạ t o ra nhựa cho màng sơn có nhiều tính năng cơ lý tuyệ ờt v i, nhựa này có khả năng phân tán tốt trong nước tính ổn định b cao, hóa r n tể ắ ốt, đồng thời

có th loể ại trừ ững hạn chế khác nhau nhờ ệc sử ụng hợp chất cơ thiếc và nh vi dpolyizoxianat đẫ khóa m ch ( xem EURO patent No EPO439074 A.2.1991) ạ

Có tác giả đã sử ụ d ng d n xu t nh a epoxy ch a các nhóm hydroxyl, các ẫ ấ ự ứnhóm amino b c hai và các nhóm amid trong t phân t , nh a epoxy ch a ít nhậ mộ ử ự ứ ất hai nhóm epoxy trên m i phân t nh ỗ ử ựa

Đã cho màng sơn điện di catot hóa r n nhiắ ở ệt độ kho ng 250 oC ho c th p ả ặ ấhơn Đặc bi t khi ch a m t trong các kim loệ ứ ộ ại như Co, Al, Mn, Cu, Zn, Ni và một

s ốchất xúc tác đơn hoặc phối hợp giữa chúng, khi đó có thể làm giảm nhiệ ột đ hóa

r n màng xu ng nhiắ ố ệt độ ấp hơn nhiề th u (kho ng 70-160oC) ả

Với ưu thế này, người ta đã kết h p s d ng c xúc tác kim lo i và những ợ ử ụ ả ạ

h p ch t ch a các nhóm izoxianat trong quá trình ch tợ ấ ứ ế ạo chấ ạo màng.t t

Ưu thế đố ớ i v i những màng sơn hóa rắ ởn nhiệt độ ấ th p là kh ả năng hạn ch ếđược co ngót v th tích c a màng do s phân h y nhiề ể ủ ự ủ ệt Màng cho độ bám dính cao, độ bóng cao [17]

Xu hướng nghiên c u ch t o v t liứ ế ạ ậ ệu cho sơn điện di catot được nhi u hãng ềnhư Reichold-Albert Chemie (Áo); Desoto (Mỹ), Herbert (Đức); Shinto Paint (Nhật)… liên tục quan tâm cho đến nay Hãng Albert đã tính đến việc sử ụ d ng phương pháp điện k t t a catot mế ủ ới để có màng sơn phủ ỏng nhưng có tính bả m o v ệ

cao, trong đó chấ ạt t o màng không ch a nh ng nhóm axit trong phân t , màng b n ứ ữ ử ềhơn trong môi trường ki m[10] ề

Việc nghiên cứu, khai thác các họ ật liệu cho sơn điện di catot trên cơ sở v

nhựa epoxypolyuretan đã được hãng PPG [54] đề ậ c p nhi u ề

Màng sơn đó trên nền kim lo i ph t phát hóa cạ ố ho tính năng chịu mù mu i ốcao hơn so với sơn điện di anot ngay c khi không thêm b sung b màu th ng ả ổ ộ ụ độ1.2.5.4 Các thành phần cơ bản của hệ sơn điện di catot

Trong h ệ sơn điện di catot thành phần cơ bản của hệ ngoài ch t tấ ạo màng như

đã trình bày ở mcác ục trên đây, ngoài ra còn có các thành phần khác như chất trung hòa, b t màu (pigment), dung môi hộ ữu cơ và các chất ph gia khác ụ

a Ch t trung hòa: ấ

Chất trung hòa đóng vai trò trước hết để hòa tan chất tạo màng trong môi trường nước Đối v i h ớ ệ sơn điện di catot, chất trung hòa được s d ng là nh ng ử ụ ữaxit vô cơ hay hữu cơ đơn chức như: axit focmic, axetic, propyonic, lactic, tactric,

ho c các axit phosphoric, sunfuric, clorhydric ặ

Trong s ố các axit này, người ta hay s d ng là các axit axetic, axit lactic Bử ụ ản chấ ủt c a axit làm ch t trung hòa trong h ấ ệ sơn điện di catot là kh ả năng tạo ra s ion ựhóa chất tạo amngf thành macrocation tích điện nhờ đặc tính bazơ của các dị nguyên tố như Nitơ, lưu huỳnh… hiện di n trong ch t tệ ấ ạo màng Sau khi trung hòa,

chấ ạt t o màng hòa tan hoặc phân tán được trong môi trường mang là nước

Để ả c i thiện màng sơn cũng như việc điều khiển quá trình sơn, có thể dùng

h hỗ ợp nhiều chất trung hòa vì chúng có ảnh hưởng quyết định đến pH, độ ẫn và d

s ự ổn định của bế, đến hiệu th ế sơn…

Lượng axit trung hòa sử ụng trong hệ sơn điện di catot phụ d thuộc vào chỉ ố s amin của chất tạo màng, axit trung hòa tạo ra môi trường của bể sơn giá trị pH6-7, môi trường trung tính, thậm chí môi trường ki m y u ề ế

b Thành phầ n pigment:

Thành ph n pigment trong hầ ệ sơn điện di nói chung và trong hệ sơn điện di catot nói riêng không chỉ quyết định màu s c, b ngoài trang trí cắ ề ủa sơn cũng như nhiều tính năng cơ lý của màng Pigment còn ảnh hưởng đến quá trình điện di, đến

mức độphân tán, hiệu suất dòng và độ ền vững của sơn Pigment của hệ sơn điệ b n

di phải có đặc điểm như sau:

+ Có tính trơ, trơ về ặ m t hóa h c trong h ọ ệ sơn, có độ tinh khi t cao (không ếchứa các vết mu i, axit, ki m l …) và v i s có m t các ion lố ề ạ ớ ự ặ ạ, đặc bi t là ion kim ệ

loại đa hóa trị ẽ s làm giảm đáng kể độ ền của hệ sơn, dễ gây ngưng tụ ớm do tạ b s o

ra các hợp ch t hydroxyl trên b mấ ề ặt catot trước khi hình thành màng sơn catot.+ Pigment phải có năng lực che phủ ớn để đả l m bảo cường d màu c n thi t ộ ầ ế

và kh ả năng che kín nền dù cho chi u dày cề ủa màng sơn không lớn

+ Pigment phải có độ ề b n cao, có thể ịu đựng được chế độ ấch s y màng ởnhiệt độ cao mà không b phân hị ủy hay thay đổi tôn màu

+ Pigment phải dễ dàng phân tán được trong hệ ấ ạch t t o màng nhiở ệt độthường, không gây ảnh hưởng đến độ ẫ d n và gây c n tr ả ở trong quá trình sơn

Trong hệ sơn điện di, các pigment hay được sử ụ d ng là : Titan oxit, silicat chì kiềm, stronticromat, than đen, oxi ắt s t, kẽm, hydroxyl phosphit Tỷ ệ ọ l tr ng lượng pigment và h p ph n nh a rợ ầ ự ắn thường nh ỏ hơn 0,5/1 hoặc nh ỏ hơn 0,4/1 ỷ T

l hay dùng là : 0,2-0,4/1 [53] ệ

c Dung môi h ữu cơ và các chấ t ph gia khác ụ

Trong bể sơn điện di, lượng dung môi luôn chi m m t hàm l ng khá nhế ộ ượ ỏ, khoảng 2 3% Lượng dung môi thông thường tồn tại một phần trong quá trình tổ- ng

hợp chất tạo màng, ngoài ra đôi khi người ta còn có thể cho thêm một lượng nhỏtrong quá trình hòa tan hoặc phân tán trước khi pha loãng vào môi trường nước mang, tr giúp cho s phân tán tợ ự ốt trong nước

S lự ựa chọn dạng dung môi đối với mỗi loại vật liệu phụ thuộc vào bản chất của chất tạo màng Lựa chọn dung môi hữu cơ, cần đảm b o tính n đ nh c a dung ả ổ ị ủ

d ch làm vi c, các thông s khác ít ị ệ ố ảnh hưởng và cho màng sơn có chất lượng cao

Lựa chọn đúng dung môi hữu cơ cho phép tăng chiều dày và tăng độ bóng

của màng sơn Phổ ến ngườ bi i ta hay dùng các dung môi hữu cơ có khả năng trộn lẫn được với nước như các rượu (propanol, izopropanol, butanol, izobutanol) các rượu dixeton và các h p chợ ất khác Trong quá trình điện thẩm, dung môi và nướ ẽc s được tách khỏi màng sơn, giảm s l x p hay khuy t t t trên n n Trong h ố ỗ ố ế ậ ề ệ sơn điện

di, để đả m b o ph m ch t cuả ẩ ấ ối cùng mà màng sơn còn có thể ử ụ s d ng m t s ch t ộ ố ấ

ph ụ gia đểchống cháy, chấ ổn địt nh cho h ệ sơn…

1.3 TỔNG QUAN VỀ EPOXY DIAN VÀ BIẾN TÍNH NHỰA EPOXY DIAN 1.3.1 Nhựa epoxy [27,28,29,30]

Nhựa epoxy phổ ến và quan trọng nhất là nhựa tạo thành từ ản ứng của bi phbisphenol A và epicoclohydrin còn g i là nh a epoxy dian Quá trình phọ ự ả ứn ng ngưng tụ bisphenol A và epicoclohydrin s d ng xúc tác kiử ụ ềm thường x y ra theo ảhai giai đoạn

Giai đoạn 1: là giai đoạn k t h p, ph n ng t a nhi t và x y ra nhanh nhi t ế ợ ả ứ ỏ ệ ả ở ệ

độ 60-70 C °

CH2C

H2Cl

C H2

C H C

Tùy thu c vào tộ ỷ ệ l mol giữa epiclohydrin và Bisphenol A và các điều kiện

ph n ng mà có th u ch ra nh a epoxy dian vả ứ ể điề ế ự ới các mức độ đa tụ khác nhau

Nhựa epoxy thương mại thường được đặc trưng bởi các thông s sau: ố

+ Hàm lượng nhóm epoxy (HLE) là trọng lượng c a nhóm epoxy có ủtrong 100 gam nh ựa

+ Đương lượng epoxy (ĐLE) là lượng nh a tính theo gam ch a một ự ứđương lượng epoxy

Mối liên quan giữa hàm lượng nhóm epoxy (HLE) và đương lượng epoxy (ĐLE) được xác định theo công th c sau: ứ

Tính ch t m t sấ ộ ố ả s n phẩm nh a epoxy l ng do hãng DOW CHEMICAL sự ỏ ản

xuất được trình bày trong b ng 1.3 ả

B ng 1.3 ả Tính ch t m t s lo ấ ộ ố ạ i nhự a epoxy l ỏ ng của hãng DOW CHEMICA L

lượ ng gam

Độ nh t t i ớ ạ 25°°°°°C, cps

Nhi ệt độ ch ớ p cháy, °°°°°F

Khối lượng riêng

t i 25 ạ °°°°°C, g/cm 3

Nhựa epoxy tan tốt trong các dung môi hữu cơ có cực như xeton, axetat, hydrocacbon clo hóa, dioaxan Nh a epoxy không tan trong các dung môự i hydrocacbon m ch th ng ạ ẳ

Nhựa epoxy có thể phối trộn tốt với nhiều loại nhựa khác như phenolfomandehyt, nitroxenlulo, polyeste

Nhựa epoxy có hai nhóm chức họat động là epoxy và hydroxyl, có thể tham gia vào nhi u loề ại phản ứng hóa h c Nhóm epoxy rọ ất dễ dàng ph n ả ứng với các tác nhân ái nhân nucleophin Nhóm epoxy hoạt động kém hơn nhóm epoxy nên phản

ứng ph i ti n hành u ki n xúc tác ho c nhiả ế ở điề ệ ặ ệt độcao

Nhựa epoxy được sử ụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kỹ d thuật bao gồm trong v t li u k t c u, polyme compozit, trong công nghiậ ệ ế ấ ệp sơn và màng phủ nói chung là 42%, s d ng làm lử ụ ớp sơn lót cho ô tô khoảng 6%

1.3.2 Epoxy este [7,14,16,19,24,25,26]

Nhóm epoxy có trong nh a epoxy có khự ả năng tham gia phản ứng với các axit cacboxylic để ạ t o thành các este epoxy Trong quá trình t ng h p este epoxy t ổ ợ ừ

nh a epoxy và axit béo d u thự ầ ực vật, các phản ứng có kh ả năng xảy ra g m: ồ

1 Phả ứn ng c a nhóm epoxy v i axit cacboxylic ủ ớ

2 Phả ứn ng c a nhóm hydroxyl v i axit cacboxylic ủ ớ

R CH R1

OH

O OH

R1

C H

R

C

O O -H2O

R2

R C H

có th t o gel trong quá trình th c hi n ph n ng ể ạ ự ệ ả ứ

Tùy thuộc vào đieùe kiện ti n hành phế ả ứn ng mà t o thuạ ận lợi cho phả ứn ng

t 1-ừ 5 xảy ra với tố ộc đ khác nhau Xét về ặ m t hóa h c nhóm epoxy este hóa bọ ằng axit dễ hơn so với nhóm hydroxyl Phả ứng này đặn c bi t có hi u qu khi có xúc tác ệ ệ ả

ki m (amin b c 3, mu i kim lo i) ề ậ ố ạ