Nhựa epoxy Vật liệu polime và composite

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ KHOA HÓA LÝ – KỸ THUẬT Đề tài: Nhựa – Nhựa nhiệt rắn - Nhựa epoxy Nội dung I Nhựa II Nhựa epoxy III Ứng dụng kết luận I Nhựa - Là chất kết dính, đóng vai trò chuyển ứng suất lên chất độn có ngoại lực tác dụng - Phân loại: Nhựa Nhiệt rắn Nhiệt rắn  PP  PE   Epoxy … Nhiệt dẻo  PS  PF  UF  … I Nhựa Nhựa nhiệt rắn  Là loại polyme bị tác động nhiệt giải pháp xử lí hóa học trở nên cứng rắn (định hình sản phẩm ) hay nói cách khác tác động nhiệt, chất xúc tác hay chất đóng rắn áp suất loại nhựa xảy phản ứng hóa học tạo bên mạng lưới liên kết ngang (khâu mạch) tạo thành cấu trúc không gian ba chiều  Các loại nhựa nhiệt rắn thông dụng: polyeste không no, epoxy, nhựa vinyleste,… Nhựa nhiệt rắn 1.1 Nhựa polyeste không no (UPE)  Là loại nhựa phổ biến nhất, đặc biệt công nghiệp hàng hải (thân tàu, cánh buồm…)  Tính chất chung nhựa UPE: lý cao, dễ gia công điều kiện thường, giá thành thấp  Khi đóng rắn, polyester cứng có khả kháng hoá chất Quá trình đóng rắn hay tạo kết ngang gọi trình Polymer hóa  Có loại polyester thường sử dụng cho vật liệu compzit:  Nhựa orthophthalic - tính kinh tế cao, sử dụng rộng rãi  Nhựa isophthalic có khả kháng nước cao -> vật liệu quan trọng công nghiệp, đặc biệt hàng hải 1 Nhựa nhiệt rắn 1.2 Nhựa vinyleste  Giống nhựa polyester, vị trí nhóm phản ứng nằm cuối mạch phân tử vinyl ester có kết đôi C=C hai đầu mạch  Bền nước hoá chất UPE có nhóm ester → dùng nhiều sản xuất đường ống thùng chứa hoá chất, tàu thuyền  Nhựa Vinylester đóng rắn bền UPE đóng rắn → dùng làm lớp phủ cho composite nhựa UPE II Nhựa epoxy 2.1 Tổng quan  Là loại nhựa xem có tính cao nhất, polyme mạch thẳng mà phân tử chứa nhứng nhóm epoxy (oxit etylen) thu phản ứng đa ngưng tụ phenol lưỡng chức với epcichlorohydrin  o o Gồm thành phần: nhựa lỏng chất đóng rắn (hoặc chất xúc tác), nhiệt độ đóng rắn từ C đến 150 C tuỳ thuộc chất đóng rắn, xúc tác  Nhựa lỏng không màu → nâu, nhiệt độ thường tồn nhiều năm bình chứa khô mà không phản ứng với  Bền học (cứng, dẻo dai), bền nhiệt tốt  Bền hoá chất, cách điện tốt III Nhựa epoxy 3.2 Phân loại Nhựa Epoxy Bisphenol A Nhựa Epoxy Bisphenol Nhựa Epoxy F Nhựa Epoxy Novolac II Nhựa epoxy 2.2.1 Nhựa Epoxy Bisphenol – A   Nhựa epoxy sản xuất từ Bisphenol A epicchlorohydrin  Công thức hóa học: Nhựa epoxy: Bisphenol A: Bisphenol A: Epicchlorohydrin II Nhựa epoxy 2.2.1 Nhựa Epoxy Bisphenol – A  Độ nhớt: 11000 – 16000 cps  Có đặc tính: độ cứng cao, chống môi trường hóa chất nhiệt độ  Có khả bám dính thấm ướt tốt  Phản ứng với amin mạch thẳng ( hay vòng), amid, amino,… để bổ sung thêm tính chất khác cho nhựa II Nhựa epoxy 2.2.2 Nhựa Epoxy Bisphenol – F  Có cấu trúc tương tự bisphenol A, có nhóm metylen nối vòng benzen thay cho nhóm isopropyliden bisphenol A Có khả kết mạng cao hơn, làm cho màng phim nhựa có nhiệt độ thủy tinh hóa, khả chịu nhiệt khả chống dung môi hóa chất cao  Công thức hóa học: Nhựa epoxy: II Nhựa epoxy 2.2.2 Nhựa Epoxy Bisphenol – F Bisphenol F: II Nhựa epoxy 2.2.3 Nhựa Epoxy Novolac  Công thức hóa học: Nhựa epoxy: - Có độ nhớt cao: 30000 – 500000 cps - Chống hóa chất tốt có cấu trúc chặt chẽ II Nhựa epoxy 2.3 Tính chất vật lý  Tùy thuộc vào loại nhựa, tác nhân đóng rắn, chất pha loãng mà epoxy có dạng cứng dạng mềm dẻo cao su tùy thuộc vào trọng lượng phân tử - M < 1000: trọng lượng phân tử thấp => tồn trạng thái lỏng nhớt - M > 1000: trọng lượng phân tử cao => trạng thái rắn  Ở điều kiện bình thường epoxy suốt không màu , không mùi , có vị ngọt, gây dị ứng da II Nhựa epoxy Bảng thông số vật lý quan trọng: Các thông số Gía trị Tỷ trọng 1.2-1.3 Độ cứng Rockwell M 100-110 Độ bền kéo, lb/in 4-13000 Độ bền va đập 0.3-0.9 Độ dẫn nhiệt (cal cm-1 sec-1 oC) 4-5 x 10 Nhiệt độ phân hủy o o 3100 C – 3500 C II Nhựa epoxy 2.4 Tính chất hóa học  Tính kháng hóa chất, kháng mài mòn,… Tính chất phụ thuộc vào mức độ đóng rắn chất chất đóng rắn  Với tác nhân đóng rắn anhydric acid Epoxy không bền kiềm acid vô  Còn đóng rắn amin ổn định kiềm acid vô cơ, không bền acid hữu  Tính bám dính tốt cho nguyên vật liệu như: kim loại, gỗ, bê tông, thủy tinh, gốm…  Độ co rút thấp trình đóng rắn cho kết xác kích thước sản phẩm sản xuất keo dán tính cao II Nhựa epoxy 2.4 Tính chất hóa học 2.4.1 Phản ứng đóng rắn Để nhựa epoxy có tính lý tốt, ta phải thực phản ứng đóng rắn nhựa cách chọn chất đóng rắn phù hợp Các yếu tố để chọn chất đóng rắn:  Tính gia công tốt hệ chưa đóng rắn: độ nhớt thấp, thời gian gel, nhiệt lượng phản ứng độ độc hại  Thời gian nhiệt độ đóng rắn  Tính chất vật lý, điện hóa học , học chất đóng rắn  Giá II Nhựa epoxy 2.4.1 Phản ứng đóng rắn Chất đóng rắn chia làm loại:  Chất đóng rắn loại amin: đóng rắn nhiệt độ thường  Chất đóng rắn loại axit: đóng rắn nhiệt độ cao  Chất đóng rắn loại khác: hợp chất chứa hay nhiều thành phần định chức phenol formandehyt,… 2.4.1.1 Phản ứng đóng rắn nhiệt độ thường: amin, amid  Đặc điểm: độ nhớt thấp, giá rẻ, độ co rút bé  Các chất đóng rắn thường dùng: o DETA ( dietyl triamin): 5-8% o TETA ( trieytl tetraamin): 7-10% o PETA ( polyetylen polyamid): 10-20% o Versamit 125, 135: 40 -55%  Phản ứng đóng rắn epoxy với diamin: 2.4.1.2 Phản ứng đóng rắn nhiệt độ cao: polyacid hay anhydric acid  Đặc điểm: độ nhớt thấp, thời gian gel dài, hoạt tính thấp ( xúc tác)  Các chất đóng rắn thường dùng: anhydric axit dicacboxilic, anhydric maleic, anhydric phetaleic,…  Phản ứng đóng rắn epoxy với anhydric: 2.4.1.2 Phản ứng đóng rắn nhiệt độ cao: polyacid hay anhydric acid  Đặc điểm: độ nhớt thấp, thời gian gel dài, hoạt tính thấp ( xúc tác)  Các chất đóng rắn thường dùng: anhydric axit dicacboxilic, anhydric maleic, anhydric phetaleic,…  Phản ứng đóng rắn epoxy với anhydric: nhiệt độ 180 - 220oC 2.4.1.3 Phản ứng đóng rắn với chất đóng rắn khác  Các chất đóng rắn thường dùng: nhựa PF, polyamin, …  Phản ứng đóng rắn epoxy với nhựa PF: 170 -205oC 20 -30’ II Nhựa epoxy 2.5 Sản xuất nhựa epoxy Nhựa epxoy thường điều chế phương pháp ngưng tụ ancol đa chức ( hay dùng bisphenol A ) với epiclohydrin có kiềm xúc tác Polyme có mạch thẳng với nhóm epoxy đầu mạch, mạch nhóm hydroxyl Sản phẩm thu từ nhớt đến lỏng tỉ lệ chất định  Nhựa epoxy phân tử cao M= 370-600 dvC Tỉ lệ mol cấu tử: Dian – Epi-NaOH: 1-2-2  Nhựa epoxy phân tử cao M= 1500– 3000 dvC điều chế cách làm nóng chảy nhựa epoxy phân tử thấp với o dian 200 C 1,5 – 2h Quy trình sản xuất nhựa epoxy III Ứng dụng kết luận Keo dán epoxy AB Sơn sàn công nghiệp epoxy Nhựa đường epoxy Asphalt Băng dán Wrap seal ... III Nhựa epoxy 3.2 Phân loại Nhựa Epoxy Bisphenol A Nhựa Epoxy Bisphenol Nhựa Epoxy F Nhựa Epoxy Novolac II Nhựa epoxy 2.2.1 Nhựa Epoxy Bisphenol – A   Nhựa epoxy sản xuất từ Bisphenol A epicchlorohydrin... nhựa có nhiệt độ thủy tinh hóa, khả chịu nhiệt khả chống dung môi hóa chất cao  Công thức hóa học: Nhựa epoxy: II Nhựa epoxy 2.2.2 Nhựa Epoxy Bisphenol – F Bisphenol F: II Nhựa epoxy 2.2.3 Nhựa. .. Nhựa Epoxy Novolac  Công thức hóa học: Nhựa epoxy: - Có độ nhớt cao: 30000 – 500000 cps - Chống hóa chất tốt có cấu trúc chặt chẽ II Nhựa epoxy 2.3 Tính chất vật lý  Tùy thuộc vào loại nhựa,