Nghiên cứu tổng hợp nhựa epoxy bằng phương pháp epoxy hóa dầu thực vật và ứng dụng làm vật liệu composite

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NHỰA EPOXY BẰNG PHƢƠNG PHÁP EPOXY HÓA DẦU THỰC VẬT VÀ ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU COMPOSITE Mã số: Đ2014-02-104 Chủ nhiệm đề tài: TS Đoàn T Đà Nẵng, 12/2014 MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Với tính ưu việt nhẹ, bền đặc biệt độ bền lý riêng cao, chịu môi trường, bền với môi trường ăn mòn hoá học, độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp nhiều tính đặc biệt khác, loại vật liệu polymer-composite nhiều nhà khoa học giới đặc biệt quan tâm nghiên cứu ứng dụng thành công nhiều lĩnh vực từ giao thông vận tải (chế tạo nhiều chi tiết, linh kiện ôtô, đóng tàu, xuồng, ca nô; dựa ưu đặc biệt giảm trọng lượng, tiết kiệm nhiên liệu, tăng độ chịu ăn mòn, giảm độ rung, tiếng ồn tiết kiệm nhiên liệu cho máy móc), hàng không vũ trụ (cánh máy bay, mũi máy bay số linh kiện, máy móc khác hãng Boing 757, 676 Airbus 310, y tế (hệ thống chân, tay giả, giả, ghép sọ…), ngành công nghiệp điện tử (các chi tiết, bảng mạch linh kiện điện tử,…), thể thao (gậy gôn, vợt tennit, ), xây dựng đến nuôi trồng thủy hải sản, môi trường, Vật liệu polymer-composite chế tạo từ nhiều loại nhựa khác nhau, loại nhựa cao cấp sử dụng loại nhựa epoxy Hiện thị trường có sẵn loại nhựa epoxydian, nhiên sử dụng nhựa bị hạn chế giá thành cao so với loại nhựa khác như: polyester không no, vinylester…và phải nhập ngoại nên không chủ động nguồn nguyên liệu Hơn nữa, tính ưu việt độ bền kéo, độ bền nhiệt, độ bám dính, chịu hóa chất, môi trường… nhựa epoxy có nhược điểm tương đối dòn Các polymer sở dầu thực vật xem vật liệu có khả phân hủy sinh học thu hút quan tâm nghiên cứu nhiều nhà khoa học [1], [2], [3] Polymer sở dầu thực vật có ưu điểm bậc mặt môi trường xã hội so với polymer có nguồn gốc từ dầu mỏ truyền thống Một số nhà nghiên cứu khảo sát chế tạo đánh giá tính chất học nhựa epoxy biến tính nhựa epoxy hóa từ dầu thực vật Miyagawa cộng công bố kết nghiên cứu tính chất vật lý, tính chất nhiệt độ bền va đập nhựa epoxy chứa dầu lanh epoxy hóa [4], [5] Nhóm nghiên cứu tác giả Park SJ khảo sát tính chất học hệ epoxy bốn chức biến tính dầu đậu nành epoxy hóa hệ epoxy hai chức biến tính dầu thầu dầu epoxy hóa [6], [7], [8] Nói chung, nghiên cứu loại nhựa epoxy thu từ epoxy hóa dầu thực vật phần lớn dùng để làm chất biến tính cho composite epoxy Các loại dầu sử dụng để epoxy hóa thường loại bán khô khô dầu đậu nành, dầu thầu dầu khử nước, dầu lanh… Ở Việt Nam, số nghiên cứu thực biến tính nhựa epoxy cardanol từ dầu thầu dầu sử dụng để biến tính nhựa polyester không no (UPE) sử dụng monoglyceride dầu lanh để biến tính nhựa UPE [9] Các nhóm nghiên cứu Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam thực đề tài nghiên cứu sử dụng dầu thựa vật chứa nhóm epoxy, acrylate để biến tính cao su [10], [11] Các nghiên cứu tập trung chủ yếu vào loại dầu lanh Nghiên cứu epoxy hóa dầu đậu nành hạn chế Ở nước ta đậu nành trồng Chính phủ ưu tiên phát triển năm gần Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn đưa chương trình nghiên cứu Khoa học Công nghệ phát triển có dầu ngắn ngày, phát triển loại đậu đỗ ăn hạt triển khai có kết Trong đó, đậu nành trồng quan trọng phê duyệt chiến lược quốc gia sau thu hoạch đến năm 2020 (Quyết định 20/2007/QĐ-BNN) Chính vậy, nguồn nguyên liệu dầu đậu nành phong phú chủ động nước Về đặc điểm cấu trúc, dầu đậu nành loại dầu bán khô thuận lợi cho trình epoxy hóa lựa chọn cho nghiên cứu Nghiên cứu nhằm tạo nhựa epoxy từ nguồn nguyên liệu nước nên chủ động nguồn nguyên liệu, loại nhựa tổng hợp phương pháp epoxy hóa dầu dầu đậu nành Mặt khác, nhu cầu sử dụng epoxy để chế tạo vật liệu composite giới nước ngày tăng nên định hướng nghiên cứu ứng dụng loại nhựa epoxy nhằm thay phần epoxy thương phẩm chế tạo vật liệu composite Chính vậy, đề tài “Nghiên cứu tổng hợp nhựa epoxy phương pháp epoxy hóa dầu thực vật ứng dụng làm vật liệu composite” cần thiết nhằm tạo loại nhựa epoxy từ nguồn nguyên liệu nước cải thiện tính giòn nhựa epoxy từ cải thiện tính chất composite sở nhựa epoxy thương phẩm sợi thủy tinh MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Tổng hợp nhựa epoxy phương pháp epoxy hoá dầu đậu nành để thay phần nhựa epoxy thương phẩm chế tạo vật liệu composite từ nhựa epoxy thương phẩm sợi thủy tinh PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Sử dụng phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp tổng hợp nhựa epoxy từ dầu đậu nành (epoxy hóa dầu đậu nành) - Phương pháp gia công chế tạo mẫu nhựa đúc, mẫu composite - Phương pháp đo mẫu: đo lý, phân tích nhiệt lượng quét vi sai (DSC), FTIR… - Phương pháp khảo sát khả chịu nước môi trường - Phương pháp phân tích xử lý số liệu excel, oringin Ý NGHĨA ĐỀ TÀI Ý nghĩa khoa học: Góp phần xây dựng sở lý thuyết phương pháp tổng hợp loại nhựa epoxy hóa từ dầu đậu nành (ESO) vật liệu composite nhựa epoxy kết hợp với ESO Ý nghĩa thực tiễn: Tạo sản phẩm có giá trị từ nguồn nguyên liệu nước, cải thiện tính chất nhựa đúc composite từ nhựa epoxy thương phẩm CHƢƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 VẬT LIỆU COMPOSITE NHỰA EPOXY/SỢI THỦY TINH 1.1.1 Sợi thủy tinh 1.1.2 Nhựa Epoxy a Nhựa Epoxydian b Nhựa polyepoxy c Nhựa Epoxy tổng hợp từ dầu thực vật 1.2 TỔNG HỢP NHỰA EPOXY BẰNG PHƢƠNG PHÁP EPOXY HOÁ DẦU THỰC VẬT 1.2.1 Giới thiệu chung dầu thực vật 1.2.2 Phân loại dầu 1.2.3 Một số phản ứng hóa học dầu 1.2.4 Dầu đậu nành 1.2.5 Tổng hợp epoxy từ dầu đậu nành 1.3 ĐÓNG RẮN NHỰA EPOXY [12] Nhựa epoxy chuyển sang trạng thái không hòa tan, không nóng chảy sử dụng chất đóng rắn xúc tác điều kiện nhiệt độ phù hợp Các chất đóng rắn thường sử dụng loại amine, acid số hợp chất đóng rắn khác 1.3.1 Đóng rắn amin 1.3.2 Đóng rắn axit 1.3.3 Đóng rắn chất đóng rắn khác 1.4 TÍNH CHẤT CỦA NHỰA EPOXY 1.5 BIẾN TÍNH NHỰA EPOXY 1.5.1 Cơ sở hóa lý trình biến tính polymer 1.5.2 Thay đổi nguyên liệu tổng hợp nhựa 1.5.3 Sử dụng chất làm biến đổi cấu trúc 1.5.4 Thay đổi cấu trúc nhựa 1.6 CÁC PHƢƠNG PHÁP GIA CÔNG COMPOSITE NHỰA EPOXY/SỢI THỦY TINH 1.6.1 Phƣơng pháp lăn ƣớt (Hand lay- up) 1.6.2 Phƣơng pháp phun (Spray up) 1.6.3 Phƣơng pháp túi chân không (Vaccum bagging) 1.6.4 Phƣơng pháp đúc chuyển nhựa có trợ giúp chân không (VARTM) 1.7 ỨNG DỤNG 1.7.1 Nhựa epoxy ứng dụng làm sơn 1.7.2 Nhựa epoxy ứng dụng làm keo dán 1.7.3 Nhựa epoxy ứng dụng làm vật liệu composite CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 2.1 NGUYÊN LIỆU VÀ HÓA CHẤT 2.2 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 2.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Quy trình nghiên cứu thực theo sơ đồ Hình 2.1 Dầu đậu nành Epoxy hóa Epoxydian Chất đóng rắn ESO Mẫu nhựa đúc Xác định nhiệt độ hóa thủy tinh Epoxydian Kết luận ESO Chất đóng rắn Khảo sát tính chất lý Sợi thủy tinh Tạo mẫu composite Khảo sát độ bền môi trường Kết luận Khảo sát tính chất lý Hình 2.1 Sơ đồ nghiên cứu 2.4 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 2.4.1 Tổng hợp nhựa ESO từ phản ứng epoxy hóa dầu đậu nành Chuẩn bị nguyên liệu: dầu đậu nành, acid acetic, hydro peroxide hoá chất khác Lắp hệ thống Hình 2.2 Cho 200g dầu đậu nành, 50.4g acid acetic, 50ml toluene vào bình cầu cổ khuấy trộn 500C 25 phút Sau cho 158.8g H2O2 (nồng độ 30%) cho vào từ từ, trì nhiệt độ 50, 55 60oC 6, 7, Sản phẩm sau rửa lần dung dịch Na2CO3 (5% khối lượng), sau rửa lại nước cất, làm khô Na2SO4 Tách toluene cách sấy ESO nhiệt độ 700C, môi trường chân không [27] 2.4.2 Khảo sát ảnh hƣởng tỉ lệ ESO đến tính chất mẫu nhựa đúc Để khảo sát ảnh hưởng hàm lượng ESO đến tính chất lý mẫu nhựa đúc từ epoxy thương phẩm, mẫu tạo thành với hàm lượng ESO khác 0%, 5%, 7%, 9% 11% Đầu tiên ta chuẩn bị nguyên liệu gồm ESO, Epoxy thương phẩm, chất đóng rắn, chất chống dính khuôn Để tăng khả trộn lẫn ESO vào Epoxy thương phẩm, ta tiến hành khuấy trộn máy khuấy học thời gian 30 phút, sau cho hút chân không để đuổi hết bọt khí [12] Tiếp theo, cân chất đóng rắn với tỉ lệ định cho vào hỗn hợp, khuấy trộn đến đồng Sau ta tiến hành làm khuôn chống dính khuôn tạo mẫu Để mẫu ổn định ngày, sau đem xác định nhiệt độ hóa thủy tinh t g, khảo sát khả chịu môi trường tính chất lý mẫu 2.4.3 Khảo sát ảnh hƣởng tỉ lệ ESO đến tính chất lý composite sợi thủy tinh/nhựa epoxy thƣơng phẩm Để khảo sát ảnh hưởng hàm lượng ESO đến tính chất lý mẫu composite ta tiến hành tạo mẫu composite sợi thủy tinh nhựa epoxy thương phẩm với hàm lượng ESO 0%, 5%, 7%, 9%, 11% Hàm lượng sợi thủy tinh 35% Mẫu tạo phương pháp lăn ướt, qua bước sau: -Đầu tiên chuẩn bị nguyên liệu gồm ESO, Epoxy thương phẩm, chất đóng rắn, cắt sợi thủy tinh chống dính khuôn -Sau trãi nhựa, đắp sợi lăn Sau đạt chiều dày, mẫu để đóng rắn hoàn toàn nhiệt độ phòng 24 tháo sản phẩm Để mẫu ổn định tối thiểu ngày, sau ta tiến hành khảo sát tính chất lý mẫu 2.5 CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH, KHẢO SÁT 2.5.1 Xác định số iod Chỉ số iod số gam iod bị hấp thụ 100 gam mẫu Chỉ số iod xác định theo phương pháp Wijs Cách tiến hành sau: Cân xác 0.220.25g dầu vào bình tam giác loại 250mL, cho thêm vào bình 20mL carbon tetrachloride Dùng pipet cho 25 mL thuốc thử Wijs vào mối bình Đậy nút bình tam giác, lắc sau để bóng tối 25 ± 5°C Sau 30 phút, cho thêm vào 10 mL dung dịch kali iodua 30% 100 mL nước cất vào mẫu Chuẩn độ dung dịch thiosulfate (Na2S2O3) 0.1N màu vàng hoàn toàn Thêm mL dung dịch thị hồ tinh bột chuẩn độ đồng thời lắc mạnh đến màu xanh iod-tinh bột Thực tương tự mẫu trắng Chỉ số iot tính theo công thức: ( ) (2.1) K – số gam iot tương ứng với mL dung dịch Na2S2O3 (K = 0.01269 dung dịch Na2S2O3 0.1 N) 100 – hệ số quy chuyển theo 100 gam mẫu a – số mL dung dịch Na2S2O3 0.1 N dùng mẫu b– số mL dung dịch Na2S2O3 0.1 N dùng mẫu trắng m – lượng mẫu thử (g) 2.5.2 Phân tích phổ hồng ngoại Nhựa epoxy thương phẩm, dầu đậu nành nhựa epoxy tổng hợp từ dầu đậu nành phân tích máy FTIR, model iS10, Thermo Nicolet (Hoa Kỳ) phòng thí nghiệm Hóa dầu, trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng 2.5.3 Xác định nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg) Các mẫu nhựa epoxy thương phẩm epoxy thương phẩm biến tính ESO xác định nhiệt độ hóa thủy tinh phương pháp nhiệt lượng quét vi sai (DSC) thiết bị Mettler Toledo Phòng thí nghiệm – công ty TNHH Châu Á – Thái Bình Dương (APEC), khu công nghiệp Điện Nam – Điện Ngọc, Quảng Nam 2.5.4 Khảo sát tính chất học mẫu nhựa đúc composite Mẫu nhựa đúc composite sở sợi thủy tinh nhựa epoxy thương phẩm chứa ESO với hàm lượng khác sau đóng rắn nhiệt độ phòng vòng 48 cắt theo tiêu chuẩn đo lý a Đo kéo, uốn Phép đo thực theo tiêu chuẩn ASTM D638 (đo kéo) ASTM D790 (đo uốn) Phòng thí nghiệm Polymer trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng thiết bị AG-X plus, Shimadzu, Nhật Mỗi phép đo thực tối thiểu mẫu để lấy giá trị trung bình b Đo va đập Phép đo thực theo tiêu chuẩn ASTM D256 thiết bị HIT 50P, Zwick/Roell, Đức Phòng thí nghiệm polymer, trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng Mỗi phép đo thực tối thiểu mẫu để lấy giá trị trung bình 2.5.5 Khảo sát môi trƣờng mẫu nhựa Mẫu sấy nhiệt độ 500C giờ, để ổn định bình hút ẩm, đem cân (m0) Sau đem mẫu ngâm môi trường nước máy môi trường nước biển Sau khoảng thời gian ngâm khác nhau, mẫu lấy lau nước giấy mềm cân lại (m) Độ thay đổi khối lượng mẫu (m) tính theo công thức: m (%) = (2.2) Sau ngâm ngày, mẫu đo độ bền kéo Độ thay đổi độ bền kéo mẫu (W) sau ngâm xác định theo công thức: W (%) = Với: W0 độ bền kéo mẫu trước ngâm môi trường W độ bền kéo mẫu sau ngâm môi trường (2.3) CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ VÀ THỜI GIAN PHẢN ỨNG Để khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ thời gian phản ứng đến độ chuyển hóa nối đôi dầu thành nhóm epoxy, dầu đậu nành epoxy hóa acid acetic H2O2, dung môi toluene Sau cho H2O2 vào, trì nhiệt độ khác (50, 55 60oC) khoảng thời gian khác (6, 7, giờ) Sản phẩm thu sau rửa, sấy tách dung môi xác định số iod theo phương pháp wijs Kết thu được biểu diễn đồ thị hình 3.1 100 o 50 C 80 o 55 C Chi sô iod o 60 C 60 40 20 Thoi gian (h) Hình 3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian phản ứng đến số iod Từ kết cho thấy nhiệt độ phản ứng cao thời gian phản ứng dài số iod thấp nghĩa hàm lượng nhóm epoxy tăng dần theo nhiệt độ thời gian phản ứng Dựa vào mức độ giảm số iod, nhiệt độ thời gian phản ứng lựa chọn thích hợp tương ứng 55oC 8h Với điều kiện này, mẫu nhựa epoxy thu từ dầu đậu nành (ESO) tổng hợp đem phân tích phổ hồng ngoại để khẳng định có mặt nhóm epoxy sản phẩm 3.2 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CỦA PHỔ HỒNG NGOẠI 3.2.1 Kết phổ hồng ngoại mẫu epoxy thƣơng phẩm Mẫu nhựa epoxy thương phẩm khảo sát phổ hồng ngoại cho kết Hình 3.2 Từ kết đo phổ hồng ngoại (Hình 3.2), ta thấy vị trí peak hấp thụ 3500cm-1 đặc trưng cho dao động hoá trị liên kết OH, peak hấp thụ 3057 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị liên kết C-H vòng oxirane, peak hấp thụ trải rộng từ 2965 – 2873 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị liên kết C-H CH2, CH aromatic aliphatic, peak hấp thụ 1608 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị liên kết C=C vòng thơm, peak hấp thụ 1509 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị liên kết C-C vòng thơm, peak hấp thụ 1036 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị liên kết CO-C ether, peak hấp thụ 915 cm-1 đặc trưng dao động hóa trị liên kết C-O nhóm oxirane peak hấp thụ 772 cm-1 đặc trưng dao động hóa trị nhóm CH2 [18] Hình 3.2 Kết đo phổ hồng ngoại mẫu epoxy thương phẩm Kết phân tích tổng hợp Bảng 3.1 Bảng 3.1 Kết phân tích phổ hồng ngoại mẫu epoxy thương phẩm [13] Peak hấp thụ (cm-1) Đặc trƣng cho liên kết 3500 Dao động hoá trị liên kết O-H 3057 Dao động hóa trị liên kết C-H vòng oxirane Dao động hóa trị liên kết C-H nhóm CH2, CH thơm 2965 - 2873 béo 1608 Dao động hóa trị liên kết C=C vòng thơm 1509 Dao động hóa trị liên kết C-C vòng thơm 1036 Dao động hóa trị C-O-C ether 915 Dao động hóa trị liên kết C-O vòng oxirane 772 Dao động biến dạng nhóm CH2 3.2.2 Kết phổ hồng ngoại mẫu epoxy tổng hợp từ dầu đậu nành Nhựa epoxy tổng hợp từ dầu đậu nành (ESO) khảo sát phổ FTIR so sánh với dầu đậu nành (Soybean oil), kết Hình 3.3 Từ Hình 3.3 cho thấy so với dầu đậu nành phổ FTIR ESO có xuất peak hấp thụ 923-989 cm-1 chứng tỏ có xuất nhóm epoxy mạch dầu đậu nành Ngoài xuất peak hấp thụ rộng 3460 cm-1 xuất nhóm hydroxyl thủy phân phần nhóm epoxy Kết phù hợp với phân tích Pawan Meshram cộng [13] 0.9 0.8 Absorbance 0.7 0.6 0.5 0.4 Soybean oil 0.3 ESO 0.2 0.1 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 -1 Wavenumber (cm ) Hình 3.3 Kết đo phổ hồng ngoại ESO dầu đậu nành 3.3 ẢNH HƢỞNG CỦA HÀM LƢỢNG ESO ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA NHỰA EPOXY THƢƠNG PHẨM 3.3.1 Tính chất lý Nhựa epoxy có nhiều ưu điểm sử dụng nhiều ngành công nghiệp dân dụng Tuy nhiên, nhựa epoxy thương phẩm có thị trường tồn nhược điểm tính giòn làm hạn chế phần sử dụng Trong nghiên cứu này, tiến hành biến tính nhựa epoxy nhựa ESO tổng hợp từ dầu thực vật Hàm lượng ESO sử dụng 5%, 7%, 9% 11% Mẫu nhựa đúc tạo nên từ hỗn hợp nhựa epoxy thương phẩm ESO Từ đồ thị Hình 3.4 ÷ 3.6 cho thấy tăng hàm lượng ESO lên (5%, 7%, 9%, 11%) độ bền kéo, uốn modul uốn có xu hướng giảm dần Với mẫu epoxy thương phẩm không biến tính ESO độ bền kéo, uốn modul uốn cao Khi có mặt ESO độ bền kéo, uốn modul uốn giảm Sự có mặt ESO làm giảm mật độ liên kết ngang, thêm vào mạch hydrocarbon ESO dài so với nhựa thương phẩm, nhựa epoxy thương phẩm trở nên mềm hơn, cấu trúc mạng lưới chặt chẽ tăng hàm lượng ESO, độ bền kéo, uốn modul uốn giảm Độ bền kéo (MPa) 70 60 50 40 30 20 10 0 10 12 Hàm lượng ESO (%) Hình 3.4 Ảnh hưởng hàm lượng ESO đến độ bền kéo nhựa epoxy thương phẩm 10 Độ bền uốn (MPa) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 12 Hàm lượng ESO (%) Hình 3.5 Ảnh hưởng hàm lượng ESO đến độ bền uốn nhựa epoxy thương phẩm 3500 Modul uốn (MPa) 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 10 12 Hàm lượng ESO (%) Hình 3.6 Ảnh hưởng hàm lượng ESO đến modul uốn nhựa epoxy thương phẩm Với mẫu epoxy thương phẩm nhược điểm giòn độ bền va đập Từ đồ thị Hình 3.7 ta thấy tăng hàm lượng ESO lên (5%, 7%, 9%) độ bền va đập có xu hướng tăng dần Điều giải thích ESO có mạch hydrocacbon dài so với nhựa thương phẩm, ta phối trộn nhựa thương phẩm với ESO ESO phân bố vào mạch epoxy thương phẩm làm cho đại phân tử epoxy trở nên mềm dẻo độ bền va đập tăng Nhưng hàm lượng ESO tăng cao, trường hợp 11% số liên kết ngang giảm nhiều, mạch đại phân tử epoxy trở nên lỏng lẻo nên độ bền va đập bắt đầu giảm Từ đồ thị ta thấy hàm lượng ESO tối ưu để cải thiện độ bền va đập mẫu 9% 11 70 Độ bền va đập (MPa) 60 50 40 30 20 10 0 10 12 Hàm lượng ESO (%) Hình 3.7 Ảnh hưởng hàm lượng ESO đến độ bền va đập nhựa epoxy thương phẩm (không có vết cắt) 3.3.2 Khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng ESO đến nhiệt độ hóa thủy tinh nhựa epoxy thƣơng phẩm Nhiệt độ hóa thủy tinh nhựa epoxy thương phẩm có mặt ESO với hàm lượng khác xác định phương pháp nhiệt lượng quét vi sai Kết thể Hình 3.8 ÷ 3.12 Hình 3.8 Kết đo DSC mẫu nhựa epoxy thương phẩm Hình 3.9 Kết đo DSC mẫu nhựa thương phẩm chứa 5% ESO 12 Hình 3.10 Kết đo DSC mẫu nhựa thương phẩm chứa 7% ESO Hình 3.11 Kết đo DSC mẫu nhựa thương phẩm chứa 9% ESO Hình 3.12 Kết đo DSC mẫu nhựa thương phẩm chứa 11% ESO Hình 3.13 cho thấy ảnh hưởng hàm lượng ESO đến nhiệt độ hóa thủy tinh nhựa epoxy thương phẩm 13 Nhiệt độ hóa thủy tinh (oC) 80 75 70 65 60 55 50 Hàm lượng ESO (%) 10 12 Hình 3.13 Ảnh hưởng hàm lượng ESO đến nhiệt độ hóa thủy tinh nhựa epoxy thương phẩm Dựa vào đồ thị Hình 3.13 ta thấy nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg) nhựa epoxy thương phẩm chưa biến tính ESO cao (T g=73.850C) có khuynh hướng giảm dần tăng hàm lượng ESO, cụ thể với hàm lượng ESO 5%, 7%, 9%, 11% nhiệt độ Tg tương ứng 65.830C, 62.200C, 61.990C, 58.150C Khuynh hướng phù hợp nghiên cứu Fanica Mustata cộng [14] Điều giải thích có mặt mạch hydrocarbon dài dầu đậu nành đóng vai trò hóa dẻo, làm cho nhựa epoxy sau đóng rắn trở nên linh động 3.4 KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA HÀM LƢỢNG ESO ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA MẪU COMPOSITE Cũng nhựa epoxy vật liệu composite epoxy/sợi thủy tinh có nhiều ứng dụng thực tiễn có nhược điểm tính giòn Trong nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng hàm lượng ESO đến tính chất lý mẫu composite epoxy/sợi thủy tinh Hàm lượng ESO khảo sát 5%, 7%, 9%, 11% tỉ lệ epoxy/sợi thủy tinh 35%/65% khối lượng Mẫu gia công phương pháp lăn ướt Các kết khảo sát tính chất lý mẫu thể Bảng 3.3 Tương tự với mẫu nhựa, tăng hàm lượng ESO trường hợp hàm lượng ESO 5%, 7%, 9%, 11% độ bền modul kéo, uốn mẫu composite có khuynh hướng giảm dần (Hình 3.14 ÷ 3.17) Điều giải thích có mặt ESO làm giảm mật độ liên kết ngang làm giảm liên kết nhựa vật liệu gia cường Do composite epoxy/sợi thủy tinh trở nên bền Độ bền uốn (MPa) 300 250 200 150 100 50 0 Hàm lượng ESO (%) 10 12 Hình 3.14 Ảnh hưởng hàm lượng ESO đến độ bền uốn composite nhựa epoxy thương phẩm 14 12000 Modul uốn (MPa) 10000 8000 6000 4000 2000 0 Hàm lượng ESO (%) 10 12 Hình 3.15 Ảnh hưởng hàm lượng ESO đến modul uốn composite nhựa epoxy thương phẩm 145 Độ bền kéo (MPa) 140 135 130 125 120 115 Hàm lượng ESO (%) 10 12 Hình 3.16 Ảnh hưởng hàm lượng ESO đến độ bền kéo composite nhựa epoxy thương phẩm 15 8200 8000 Modul kéo (MPa) 7800 7600 7400 7200 7000 6800 6600 6400 Hàm lượng ESO (%) 10 12 Hình 3.17 Ảnh hưởng hàm lượng ESO đến modul kéo composite nhựa epoxy thương phẩm 3.45 3.4 Độ giãn dài (%) 3.35 3.3 3.25 3.2 3.15 3.1 3.05 2.95 Hàm lượng ESO (%) 10 12 Hình 3.18 Ảnh hưởng hàm lượng ESO đến độ giãn dài điểm đứt composite nhựa epoxy thương phẩm 16 70 Độ bền va đập (kJ/m2) 65 60 55 50 45 40 35 30 Hàm lượng ESO (%) 10 12 Hình 3.19 Ảnh hưởng hàm lượng ESO đến độ bền va đập composite nhựa epoxy thương phẩm (có vết cắt) Khi tăng hàm lượng ESO mẫu nhựa composite sợi thủy tinh/epoxy thương phẩm 5%, 7%, 9%, độ giãn dài điểm đứt độ bền va đập mẫu composite epoxy/sợi thủy tinh có khuynh hướng tăng dần Điều chứng tỏ khả cải thiện độ dẻo dai ESO composite sợi thủy tinh/nhựa epoxy thương phẩm 3.5 KHẢO SÁT ĐỘ BỀN MÔI TRƢỜNG Các mẫu composite sợi thủy tinh/nhựa epoxy thương phẩm chứa ESO với hàm lượng 0%, 5%, 7% 9% chế tạo khảo sát độ thay đổi khối lượng độ bền môi trường nước máy nước biển Hàm lượng sợi thủy tinh mẫu 35% khối lượng Sau khoảng thời gian ngâm khác nhau, mẫu lấy xác định độ thay đổi khối lượng Kết trình bày hình 3.20 3.21 Trong môi trường nước biển, khuynh hướng xảy tương tự môi trường nước máy Tuy nhiên, môi trường nước biển độ tăng khối lượng mẫu composite cao môi trường nước máy Hình 3.20 cho thấy mẫu composite sợi thủy tinh/nhựa epoxy thương phẩm chứa không chứa ESO có khối lượng tăng theo thời gian ngâm môi trường nước Ở khoảng thời gian ngâm, độ tăng khối lượng mẫu giảm hàm lượng ESO tăng Mẫu sau ngâm nước máy nước biển ngày lấy lau khô đo độ bền kéo để xác định độ giảm độ bền mẫu Kết Hình 3.22 cho thấy mẫu composite nhựa epoxy thương phẩm có độ giảm độ bền cao hai môi trường nước máy nước biển Khi có mặt ESO độ giảm độ bền mẫu thấp Điều chứng tỏ có mặt ESO tăng khả chịu nước cho composite Mặt khác, môi trường nước biển độ giảm độ bền kéo lớn môi trường nước máy, có mặt ion vi sinh vật có mặt nước biển gây nên suy giảm tính chất mẫu 17 Độ thay đổi khối lƣợng mẫu (%) 0.8 0.7 0.6 0.5 0% ESO 0.4 5% ESO 0.3 7% ESO 0.2 9% ESO 0.1 Thời gian ngâm (h) Độ thay đổi khối lƣợng mẫu (%) Hình 3.20 Độ thay đổi khối lượng composite sợi thủy tinh/nhựa epoxy thương phẩm + ESO sau ngâm môi trường nước máy 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0% ESO 0.4 5% ESO 0.3 7% ESO 9% ESO 0.2 0.1 Thời gian ngâm (h) Hình 3.21 Độ thay đổi khối lượng composite sợi thủy tinh/nhựa epoxy thương phẩm + ESO sau ngâm môi trường nước biển 18 16 Độ giảm độ bền kéo (%) 14 12 10 Nước máy Nước biển 0 Hàm lượng ESO (%) Hình 3.22 Độ giảm độ bền kéo composite sợi thủy tinh/nhựa epoxy thương phẩm+ESO sau ngâm môi trường nước biển nước biển 19 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN Qua nghiên cứu thực nghiệm đến số kết luận sau: Đã tổng hợp thành công ESO từ dầu đậu nành Nhiệt độ thời gian tổng hợp tối ưu 55oC Thông qua phương pháp phân tích FTIR xác định có mặt nhóm epoxy ESO Đã khảo sát ảnh hưởng hàm lượng ESO đến tính chất lý nhựa epoxy thương phẩm Sự có mặt ESO làm tăng độ bền va đập, giảm nhiệt độ hóa thủy tinh nhựa epoxy thương phẩm làm giảm độ bền modul uốn, độ bền kéo mẫu Đã khảo sát ảnh hưởng hàm lượng ESO đến tính chất lý composite sợi thủy tinh/epoxy thương phẩm Khi tăng hàm lượng ESO độ giãn dài đứt, độ bền va đập mẫu composite tăng Tuy nhiên độ bền va đập giảm hàm lượng ESO vượt 9% Ngoài ra, độ bền, modul kéo uốn mẫu composite giảm theo hàm lượng ESO Chính tùy theo mục đích sử dụng sản phẩm mà lựa chọn hàm lượng ESO cho phù hợp (7%÷9%) Sự có mặt ESO làm tăng khả chịu môi trường nước máy nước biển mẫu composite sợi thủy tinh/nhựa epoxy thương phẩm II KIẾN NGHỊ Vì thời gian có hạn nên chưa thể khảo sát đầy đủ tính chất sản phẩm Để sản phẩm triển khai ứng dụng thực tiễn, kiến nghị hướng phát triển đề tài sau: -Nghiên cứu hệ chất đóng rắn amin kết hợp với chất làm khô để đóng rắn hoàn toàn nhựa ESO nhằm nâng cao tính sản phẩm -Nghiên cứu chế tạo lớp phủ từ ESO 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Crivello JV, Narayan R Epoxidized Triglycerides as Renewable Monomers in Photoinitiated Cationic Polymerization, Chemical Materials (1992), 4: 692 [2] Azam M, Ooi TL, Salmiah A, Ishiaku US and Ishak ZAM, Journal of Applied Polymer Science, 2001, 79, 2156-2163 [3] Chian KS and Gan LH, Journal of Applied Polymer Science, 1998, 68:509 [4] Miyagawa H, Misra M and Drzal LT, Journal of Polymer Engineering Science, 2005, 45:487 [5] Liu ZS, Erhan SZ and Calvert PD, Journal of Applied Polymer Science, 2004, 93:356 [6] Park SJ, Jin FL and Lee JR, Macromol Rapid Commun, 2004, 25:724 [7] Park SJ, Jin FL and Lee JR, Macromolecular Chemistry and Physics, 2004, 205:2048 [8] Park SJ, Jin FL and Lee JR, Materials Science and Engineering A, 2004, 374:109 [9] Dương Thế Hy, Biến tính polyester không no monoglyceride dầu lanh epoxy – cardanol, Luận văn tốt nghiệp, Đại học bách Khoa, Đại học Đà Nẵng, 1998 [10] Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Nghiên cứu phản ứng biến đổi mạch khâu mạch cao su thiên nhiên dầu thực vật epoxy hóa Đề tài chương trình Nghiên cứu KHCN giai đoạn 2004 – 2005 [11] Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Đề tài chương trình Nghiên cứu KHCN giai đoạn 2006 – 2008: Nghiên cứu phản ứng tổng hợp biến đổi số dẫn xuất cao su dầu thực vật Việt Nam chứa nhóm epoxy, acrylat [12] Edward M Retrie, Epoxy adhesive formulations, The McGraw-Hill Companies, United States of America, 2006 [13] Pawan D Meshram, Ravindra G Puri, Harshal V Patil, Epoxidation of wild safflower (Carthamus oxyacantha) oil with peroxy acid in presence of strongly acidic cation exchange resin IR-122 as catalyst, International Journal of ChemTech Research CODEN( USA), 2011, Vol 3, No.3, 11521163 [14] Fanica Mustata, Nita Tudorachi, Dan Rosu, Curing and thermal behavior of resin matrix for composites based on epoxidized soybean oil/diglycidyl ether of bisphenol A Composites: Part B 42, 2011, 1803–1812 21 [...]... nhựa epoxy thương phẩm (có vết cắt) Khi tăng hàm lượng ESO trong mẫu nhựa của composite sợi thủy tinh /epoxy thương phẩm lần lượt là 5%, 7%, 9%, thì độ giãn dài tại điểm đứt và độ bền va đập của mẫu composite epoxy/ sợi thủy tinh có khuynh hướng tăng dần Điều này chứng tỏ khả năng cải thiện độ dẻo dai của ESO đối với composite sợi thủy tinh/nhựa epoxy thương phẩm 3.5 KHẢO SÁT ĐỘ BỀN MÔI TRƢỜNG Các mẫu composite. .. 58.150C Khuynh hướng này phù hợp nghiên cứu của Fanica Mustata và các cộng sự [14] Điều này có thể giải thích sự có mặt của các mạch hydrocarbon dài trong dầu đậu nành đóng vai trò hóa dẻo, làm cho nhựa epoxy sau khi đóng rắn trở nên linh động hơn 3.4 KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA HÀM LƢỢNG ESO ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA MẪU COMPOSITE Cũng như nhựa epoxy thì vật liệu composite epoxy/ sợi thủy tinh cũng có nhiều... cũng có nhiều ứng dụng thực tiễn và cũng có nhược điểm đó là tính giòn Trong nghiên cứu này chúng tôi cũng khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng ESO đến các tính chất cơ lý của mẫu composite epoxy/ sợi thủy tinh Hàm lượng ESO khảo sát là 5%, 7%, 9%, 11% và tỉ lệ epoxy/ sợi thủy tinh là 35%/65% khối lượng Mẫu được gia công bằng phương pháp lăn ướt Các kết quả khảo sát tính chất cơ lý của mẫu được thể hiện... uốn của composite nền nhựa epoxy thương phẩm 14 12000 Modul uốn (MPa) 10000 8000 6000 4000 2000 0 0 2 4 6 8 Hàm lượng ESO (%) 10 12 Hình 3.15 Ảnh hưởng của hàm lượng ESO đến modul uốn của composite nền nhựa epoxy thương phẩm 145 Độ bền kéo (MPa) 140 135 130 125 120 115 0 2 4 6 8 Hàm lượng ESO (%) 10 12 Hình 3.16 Ảnh hưởng của hàm lượng ESO đến độ bền kéo của composite nền nhựa epoxy thương phẩm 15 8200... kéo của composite nền nhựa epoxy thương phẩm 3.45 3.4 Độ giãn dài (%) 3.35 3.3 3.25 3.2 3.15 3.1 3.05 3 2.95 0 2 4 6 8 Hàm lượng ESO (%) 10 12 Hình 3.18 Ảnh hưởng của hàm lượng ESO đến độ giãn dài tại điểm đứt của composite nền nhựa epoxy thương phẩm 16 70 Độ bền va đập (kJ/m2) 65 60 55 50 45 40 35 30 0 2 4 6 8 Hàm lượng ESO (%) 10 12 Hình 3.19 Ảnh hưởng của hàm lượng ESO đến độ bền va đập của composite. .. bền va đập của nhựa epoxy thương phẩm (không có vết cắt) 3.3.2 Khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng ESO đến nhiệt độ hóa thủy tinh của nhựa epoxy thƣơng phẩm Nhiệt độ hóa thủy tinh của nhựa epoxy thương phẩm có mặt ESO với các hàm lượng khác nhau được xác định bằng phương pháp nhiệt lượng quét vi sai Kết quả được thể hiện trên các Hình 3.8 ÷ 3.12 Hình 3.8 Kết quả đo DSC của mẫu nhựa của epoxy thương phẩm... bền kéo của composite sợi thủy tinh/nhựa epoxy thương phẩm+ESO sau khi ngâm trong môi trường nước biển và nước biển 19 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN Qua nghiên cứu thực nghiệm chúng tôi đi đến một số kết luận sau: 1 Đã tổng hợp thành công ESO từ dầu đậu nành Nhiệt độ và thời gian tổng hợp tối ưu là 55oC và 8 giờ 2 Thông qua phương pháp phân tích FTIR đã xác định được sự có mặt của nhóm epoxy trong... tính chất cơ lý của nhựa epoxy thương phẩm Sự có mặt của ESO đã làm tăng độ bền va đập, giảm nhiệt độ hóa thủy tinh của nhựa epoxy thương phẩm nhưng cũng làm giảm độ bền và modul uốn, độ bền kéo của mẫu 4 Đã khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng ESO đến các tính chất cơ lý của composite sợi thủy tinh /epoxy thương phẩm Khi tăng hàm lượng ESO độ giãn dài khi đứt, độ bền va đập của mẫu composite tăng Tuy nhiên... của mẫu composite có khuynh hướng giảm dần (Hình 3.14 ÷ 3.17) Điều này cũng được giải thích là sự có mặt của ESO đã làm giảm mật độ liên kết ngang và làm giảm sự liên kết giữa nhựa và vật liệu gia cường Do vậy composite epoxy/ sợi thủy tinh trở nên kém bền hơn Độ bền uốn (MPa) 300 250 200 150 100 50 0 0 2 4 6 8 Hàm lượng ESO (%) 10 12 Hình 3.14 Ảnh hưởng của hàm lượng ESO đến độ bền uốn của composite. .. (h) 7 Độ thay đổi khối lƣợng mẫu (%) Hình 3.20 Độ thay đổi khối lượng của composite sợi thủy tinh/nhựa epoxy thương phẩm + ESO sau khi ngâm trong môi trường nước máy 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0% ESO 0.4 5% ESO 0.3 7% ESO 9% ESO 0.2 0.1 0 1 2 3 4 5 Thời gian ngâm (h) 6 7 Hình 3.21 Độ thay đổi khối lượng của composite sợi thủy tinh/nhựa epoxy thương phẩm + ESO sau khi ngâm trong môi trường nước biển 18 16 Độ ... PHÁP NGHIÊN CỨU Sử dụng phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp tổng hợp nhựa epoxy từ dầu đậu nành (epoxy hóa dầu đậu nành) - Phương pháp gia công chế tạo mẫu nhựa đúc, mẫu composite - Phương. .. sở nhựa epoxy thương phẩm sợi thủy tinh MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Tổng hợp nhựa epoxy phương pháp epoxy hoá dầu đậu nành để thay phần nhựa epoxy thương phẩm chế tạo vật liệu composite từ nhựa epoxy thương... nhựa epoxy phương pháp epoxy hóa dầu thực vật ứng dụng làm vật liệu composite cần thiết nhằm tạo loại nhựa epoxy từ nguồn nguyên liệu nước cải thiện tính giòn nhựa epoxy từ cải thiện tính chất composite