bài tiểu luận hóa polyme - epoxy

1.Lịch sử phát triển Những công trình nghiên cứu đầu tiên về nhựa epoxy đã được trình bày trong các bằng sáng chế vào những năm đầu của Thế kỷ 20.. Năm 1909, nhà hoá học Nga Prileschjew

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

Trang 2

1.Lịch sử phát triển

Những công trình nghiên cứu đầu tiên về

nhựa epoxy đã được trình bày trong các bằng sáng chế vào những năm đầu của Thế kỷ 20 Năm 1909, nhà hoá học Nga Prileschjew đã

phát hiện ra phản ứng của các olefin với

peaxitbenzoic để tạo thành các hợp chất

epoxy Năm 1934 nhà hoá học Đức Schlack đã tổng hợp được nhựa epoxy từ bisphenol A và epyclohydrich

Vào thời kỳ đầu những năm 1940, Danien

Swern đã nghiên cứu phản ứng epoxy hoá các olefin bằng các peaxit để chế tạo dầu thảo

mộc epoxy hoá dùng làm chất hoá dẻo ổn

định cho nhựa polyvinyclorua (PVC) và

Trang 3

và chế tạo một số nhựa epoxy mạch vòng no.

Trong những năm 1970 tổng sản lượng

nhựa epoxy bán ra trên thị trường thế giới hàng năm vào khoảng 150.000tấn

Vào đầu những năm 1980 sản lượng nhựa epoxy đã đạt tới 600.000 tấn/năm

Năm 1994 khối lượng nhựa epoxy trên thị trường thế giới tăng 13% trong lúc đó khối

lượng sản xuất tăng 17% và đạt tới 601 triệu

Trang 4

2 Các đặc trưng của nhựa Epoxy

Nhựa epoxy thường được đặc trưng bởi các thông số chủ yếu sau

+ Hàm lượng nhóm epoxy (HLE) là

trọng lượng của nhóm epoxy có trong 100g

=

Trang 5

Nhựa epoxy sau khi đóng rắn có cấu trúc vi

mô dị thể dạng hình cầu ( globular) và sự hình thành cấu trúc quan sát thấy ngay ở pha lỏng trong các giai đoạn đóng rắn ban đầu Kích

thước của các phần tử hình cầu phụ thuộc vào thành phần tổ hợp và điều kiện đóng rắn ( kích thước của các phân tử giảm khi nhiệt độ tăng) Khi giảm kích thước của các phân tử hình cầu thì độ bền điện của epoxy tăng Cùng với việc giảm khoảng cách giữa các mắt lưới khâu mạch thì nhiệt độ hoá thuỷ tinh, độ bền nén, độ bền hoá học và độ chịu nhiệt tăng nhưng khi đó thì

độ giòn của polyme lại tăng

Trang 6

Cũng tương tự như vậy khi tăng hàm lượng phân tử thơm trong nhựa epoxy, tăng mật độ

kết bó của các đoạn mạch sẽ làm tăng độ bền

cơ lý và độ bền hoá học Để biến tính nhựa

epoxy đôi khi thêm hoá dẻo hay

oligome( oligoeste) chứa rất ít hay hoàn toàn

không có các nhóm hoạt động hoá học Những cấu tử như vậy không tham gia vào mạng lưới cấu trúc, tích tụ trên ranh giới phân chia các

phân tử hình cầu và do đó làm giảm đáng kể độ bền cơ lý, độ bền nhiệt và độ bền hoá học

Trang 7

3 Phản ứng tạo thành nhựa Epoxy

- Nhựa trên cơ sở diphenylolpropan và

epyclohydrin

- Phản ứng tạo thành nhựa epoxy trên cơ sở diphenylolpropan là sự kết hợp nối tiếp – luân phiên của nhóm epoxy với nhóm hydroxyphenol

và tái tạo nhóm epoxy nhờ khử clohydro để tạo thành nhựa có công thức chung

Trang 8

= R

Trang 9

Tùy thuộc vào điều kiện tiến hành phản ứng, n

có thể thay đổi từ 0 đến 200

polyete có các nhóm hydroxyl bên cạnh (số

nhóm này trong phân tử ứng với chỉ số n) và hai nhóm epoxy ở cuối mạch

xảy ra theo hai giai đoạn:

Trang 10

Giai đoạn 1: Nhóm hydroxyl của

diphenylolpropan kết hợp với nhóm epoxy của epyclohydrin trong môi trường kiềm:

CH

CH3

O OH

Trang 11

Giai đoạn 2: Clohydrin glycol tạo thành chứa nhóm hydroxyl ở vị trí α so với nguyên tử clo Với cách bố trí các nhóm chức như vậy, clohydro dễ dàng tách ra và tạo thành nhóm epoxy mới theo cơ chế nucleofin của halogen bằng ion alcogolat:

CH2CH

Trang 12

Glyxydylete diphenylopropan, nhờ có nhóm epoxy, phản ứng tiếp với nhóm hydroxyl của diphenylolpropan:

CH2CH

Trang 13

Hợp chất trung gian này tiếp tục phản ứng với nhau để tạo thành nhựa epoxy có công thức

tổng quát nêu ở trên

trong khoảng 300 – 18.000

diphenylolpropan, nhiệt độ, thời gian phản ứng

và nồng độ NaOH sử dụng

Trang 14

4 Các tính chất của nhựa Epoxy

4.1 Tính chất hoá học của nhựa epoxy

Nhựa epoxy có hai nhóm chức hoạt động: nhóm epoxy và nhóm hydroxyl Tuỳ thuộc khối lượng phân tử (M) mà nhóm chức nào chiếm ưu thế Với những epoxy có khối lượng phân tử

thấp (M<1200) nhóm epoxy chiếm đa số, còn với những epoxy có khối lượng phân tử lớn

(M>3000) nhóm hydroxyl là chủ yếu

Tính phân cực và sức căng vòng tạo cho

vòng oxyetylen có hoạt tính mạnh do đó nhóm epoxy có thể tham gia rất nhiều loại phản ứng + Phản ứng với các hợp chất nucleofin:

Trang 15

Phản ứng thường tiến hành các xúc tác axit hoặc

kiềm, tạo ra các hợp chất β - hydroxyl.

Phản ứng với xúc tác bazơ tiến hành theo cơ chế SN2, nucleofin X- ưu tiên tấn công vào các nguyên tử cacbon ít bị cản trở không gian và thiếu điện tử hơn:

Trang 16

Phản ứng có xúc tác axit xảy ra qua giai đoạn trung gian tạo ion oxoni, sau đó được

tiếp tục theo hai khả năng tạo ra hỗn hợp

-H+

Trang 17

+ Phản ứng với các hợp chất nitơ hoặc phôtpho: hợp chất amon phản ứng với nhóm

epoxy tạo thành các hợp chất mono, đi hoặc

trialkanolamin tuỳ thuộc tỷ lệ mol Các hợp

chất amin bậc 3(R3N) và phôtpho bậc 3(R3P) là những nucleofin có đủ khả năng mở vòng

Trang 18

Khi có mặt các bazơ mạnh như: Liti-

dimetylamin, LiBr, LiI, LiClO4 hoặc Mo(CO)6 ,

epoxy có thể sắp xếp lại tạo hợp chất cacbonyl Còn khi có mặt các bazơ không có tính ái nhân mạnh như: n-butyl Liti và Liti dialkylamin sẽ tạo thành hợp chất alcol

gia phản ứng polymer hoá Sự polymer hoá

diepoxy mạch ngắn là phản ứng quan trọng để tạo thành polymer có các liên kết ngang từ hợp chất epoxy và chất đóng rắn

Trang 19

4.2Tính chất lý hóa học của nhựa epoxy.

Nhựa epoxy khi chưa đóng rắn là nhựa

nhiệt dẻo, tuỳ thuộc khối lượng phân tử mà

nhựa epoxy có thể ở dạng lỏng (M<450), đặc (M<800), đến rắn (M>800), có thể tan tốt

trong các dung môi hữu cơ: xeton,

hydrocacbonclohoá, xylen…Nhựa epoxy có thể phối trộn tốt với các loại nhựa khác như:

ureformaldehyt, polyester, nitroxenlulo… hoặc các loại nhựa khác

Trang 20

5 Lĩnh vực ứng dụng chính của nhựa epoxy

Nhựa epoxy sau khi đóng rắn là một vật

liệu tổng hợp (nhựa nhiệt rắn ) có nhiều tính

chất nổi bật ví dụ như khả năng bám dính cao vào hầu hết các loại vật liệu, kể cả kim loại và chịu được tác dụng của nhiều loại hoá chất (đặc biệt là đối với kiềm ), bền cơ học, bền nhiệt độ, cách điện tốt, độ mài mòn nhỏ, khả năng đóng rắn tốt, độ co ngót thể tích sau khi đóng rắn

nhỏ, phối trộn tốt với các loại nhựa, phụ gia

khác

Hiện nay nhựa epoxy được sử dụng rộng

rãi vào các lĩnh vực kỹ thuật hiện đại, đặc biệt

là công nghệ chế tạo vật liệu, linh kiện máy,

màng phủ chống ăn mòn, sơn vecni keo dán

kết cấu, vật liệu polyme composite, ngành chế tạo thiết bị điện vv

Trang 21

5.1 Màng phủ bảo vệ.

Màng phủ chống ăn mòn trên cơ sở nhựa epoxy được dùng để bảo vệ các thiết bị bằng thép

trong các nhà máy hoá chất, thực phẩm, lọc

dầu các công trình xây dựng dân dụng như cầu, cống, đập…vv

Hệ sơn epoxy giàu kẽm và epoxy- nhựa

than đá được dùng rộng rãi để bảo vệ bề mặt ống thép dẫn dầu, khí lỏng, nước muối, dung dịch kiềm sơn epoxy dạng bột cũng được sử dụng để trang trí dụng cụ nhà bếp, buồng tắm, sơn ôtô, xe máy, xe đạp vv

Trang 22

Sơn epoxy quét sàn

Vỏ xe được làm từ sợi thủy tinh

epoxy

Trang 23

epoxy còn được dùng trong ngành y tế để làm xương, răng giả.

Trang 24

Răng giả Xương giả

Trang 25

5.3 Vật liệu polyme composite.

Vật liệu polyme composite trên cơ sở nhựa epoxy tăng cường bằng sợi thuỷ tinh đã được

dùng thông dụng để chế tạo các thùng chứa

axit, dung dịch kiềm, dầu mỏ với giá thành

ban đầu nhỏ hơn sắt, thép, nhẹ hơn vầ độ bền

ăn mòn tốt hơn

Những đường ống chế tạo từ epoxy và vải thuỷ tinh không những để bảo quản, vận

chuyển dầu thô, nước sinh hoạt, khí thiên nhiên

mà còn dùng để vận chuyển nước thải, ống

thoát khí độc trong nhiều nhà máy hoá chất

Trang 26

Trong công nghiệp đóng tàu, đã sử dụng vật liệu composite trên cơ sở nhựa epoxy và sợi thuỷ tinh để chế tạo vỏ bọc xuồng, canô có

độ bền cao, nhẹ, ít bám bẩn

Trong công nghiệp hàng không vũ trụ, vật liệu composite từ epoxy với các chất gia cường dạng sợi (cacbon, graphit, polyamit, bo ) đã phát triển mạnh

Trang 27

ống nhựa epoxy

nhựa epoxy ứng dụng trong

vũ trụ

Trang 28

điện áp đến 36kV, chế tạo sứ cách điện cao áp,

hạ áp, cáp điện, vỏ của các thiết bị điện, chất

điện môi trong các tụ điện…vv

Trang 29

Cánh đỡ điện

Vỏ bảo vệ bằng ngựa epoxy

Công nghiệp điện-điện tử

Trang 30

Một số sơ đồ ứng dụng sản xuất

epoxy

Trang 31

Sơ đồ công nghệ sản xuất sơn epoxy

Trang 32

Sơ đồ công nghệ sản xuất nhựa epoxy

Trang 33

6.Kết luận

Vật liệu epoxy có rất nhiều ưu việt như đã

phân tích ở trên, nó được ứng dụng rộng rãi

trong mọi lĩnh vực đời sống, kinh tế, xã hội Đối với nước ta việc ứng dụng nhựa epoxy vào sản xuất máy biến áp là rất cần thiết nhằm mục

đích từng bước làm chủ được công nghệ và hạ giá thành sản phẩm

Định dạng
Số trang	33
Dung lượng	467 KB