Thiết kế dây chuyền công nghệ sản xuất nhựa epoxy ED6.

PHÂN LOẠI Cho đến ngày nay nhựa epoxy vẫn không ngừng phát triển để cải thiện những tính chất tuyệt vời của mình và được ứng dụng rộng rãi trong đời sống với ba loại chính: Nhựa Diepoxy

MỞ ĐẦU

Trong thời đại ngày nay, cùng với nền khoa học hiện đại, công nghệ hóa học không ngừng phát triển và chiếm một vị trí vô cùng quan trọng trong nhiều lĩnh vực Công nghệ về hợp chất cao phân tử là một trong những công nghệ điển hình, rất tiêu biểu về tốc độ phát triển và phạm vi sử dụng Các ngành lớn của công nghiệp như cao su, chất dẻo, sợi hóa học, màng, sơn và keo, vật liệu cách điện và giấy, v.v… hoàn toàn dựa trên sự chế biến các vật liệu cao phân tử Có thể nói các vật liệu cao phân tử hầu như được sử dụng trong mọi ngành kinh tế quốc dân

Sản phẩm polymer có những tính chất đặc biệt so với các vật liệu khác như

tỷ trọng thấp, tính cách điện, cách nhiệt, cách âm cao, khả năng chống ăn mòn, dễ gia công, dễ tạo hình và nhuộm màu tốt, v.v… Tuy nhiên vẫn còn nhiều nhược điểm như độ bền nhiệt thấp, hệ số giãn nở nhiệt cao, dễ chảy và phân hủy theo thời gian, v.v…

Polymer xâm nhập vào hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống cũng như các ngành khoa học kĩ thuật khác nhau nhờ tính năng ưu việt và hiệu quả kinh tế cao bởi yếu tố giá thành Một trong những sản phẩm của ngành công nghiệp chất dẻo rất được các nhà sản xuất quan tâm đó là Epoxy, bởi nó là đại diện cho một số nhựa có tính năng tốt nhất hiện nay

Nhựa epoxy ngoài việc sử dụng một mình có thể được biến tính với nhiều nhựa khác như ure fomaldehyde, phenol fomaldehyde, polyamin, polyeste và đồng trùng hợp với vinylaxetat….Do vậy phần nào nâng cao pham vi sử dụng của loại nhựa này

Nhựa Epoxy được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như: keo dán, đúc, đổ khuôn, bao bọc (ngành điện và điện tử), kỹ thuật dân dụng, composites, sơn xe hơi, sơn thùng phuy, dây cuộn, sơn tàu biển và sơn bảo vệ, làm ra những sản phẩm cho ngành Điện tử, điện công nghiệp, v.v Việc sản xuất nhựa epoxy với thiết bị không phức tạp nhưng nguyên liệu để sản xuất tương đối đắt và hiếm nên giá thành sản phẩm cao Chính vì vậy mà chưa được sử dụng rông rãi

Ở Việt Nam chúng ta một trong những khó khăn của việc sản xuất nhựa nói chung và nhựa epoxy nói riêng là nguồn nguyên liệu phải nhập từ nước ngoài, ngày nay cùng với việc ra đời của các nhà máy lọc dầu sẽ giải quyết phần lớn vấn

đề này, từ đó sẽ mở ra một hướng đi mới cho việc sản suất nhựa epoxy, vì vậy việc xây dựng một phân xưởng sản xuất nhựa epoxy là thực sự cần thiết

Được sự phân công và hướng dẫn của giảng viên Phan Thị Thúy Hằng, với

nhiệm vụ thiết kế dây chuyền công nghệ sản xuất Nhựa Epoxy ED6 Dựa trên

những kiến thức đã học cùng với sự hướng dẫn của cô em đã hoàn thành đồ án của mình Mặc dù đã cố gắng song em vẫn không thể tránh khỏi những thiếu sót, đặc biệt là kinh nghiệm Bên cạnh đó trình độ tự nghiên cứu, kiến thức chuyên môn và khả năng tư duy, quan sát thực tiễn còn hạn hẹp, nên đồ án của em vẫn còn nhiều vấp váp Qua lần làm đồ án này em kính mong quý thầy cô chỉ bảo, đóng góp ý

kiến để em có thể hoàn thiện tốt hơn đồ án cũng như các bài tập lớn được giao vào những lần sau

Em xin gửi lời cám ơn chân thành tới Th.S Phan Thị Thúy Hằng giảng viên

Bộ môn Hóa Học Vật Liệu Polymer_Trường đại học bách khoa Đà Nẵng, cùng các bạn trong nhóm, các bạn trong lớp đã nhiệt tình giúp đỡ trong quá trình em thực hiện Đồ Án Công nghệ 2 ngày

Sinh viên thực hiện

Văn Thị Phương Dung

PHẦN 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

Nhựa Epoxy (epoxy resins) là một loại polymer nhiệt rắn Giống như Phenol Formaldehyde, Ure Formaldehyde, UPE,… khi được khâu mạng thì chúng là một loại nhựa “nhiệt rắn”, có khả năng chuyển sang trạng thái không nóng chảy, không hoà tan trong những điều kiện nhất định có chất đóng rắn Trong nhựa này có chứa các nhóm “epoxy” ở cuối mạch nên được gọi là nhựa Epoxy

I LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

Nhựa epoxy được xuất hiện rất sớm vào cuối năm 1890

Vào năm 1934 Schlack Farbenindustrie AG ở Đức đã tìm ra lĩnh vực ứng dụng cho sản phẩm của phản ứng giữa amin - epoxy, những epoxy đó được tổng hợp từ bisphenol A và epiclohydrin Tuy nhiên nhựa epoxy dùng trong thương mại chỉ được công nhận vài năm sau đó, bởi công ty DeTrey Freres ở Thụy Sĩ, công ty DeVoe và Raynols ở Mỹ [1]

Năm 1936, Công ty Pierre Castan của tập đoàn DeTray Fréres sản xuất ra nhựa epoxy có nhiệt độ nóng chảy thấp từ bisphenol A và epiclohydrin được đóng rắn bởi anhydric phtalic, nhưng sự kinh doanh nhựa này trên thị trường không thành công và năm 1946 lần đầu tiên keo dán epoxy và một số mẫu nhựa cung cấp cho ngành công nghiệp điện tử được trưng bày ở Thụy Sĩ [1]

Ngay sau khi chiến tranh thế giới thứ hai, công ty Sylvan Grcenle Of DeVoe and Raynolds tìm ra một loạt nhựa epoxy tổng hợp có khối lượng phân tử lớn được ứng dụng làm chất phủ bề mặt, những nhựa này tạo thành từ bisphenol A và epichlorohydrin Chất phủ bề mặt là những ứng dụng thương mại đầu tiên của nhựa epoxy và nó mở ra hướng tiêu thụ mới của nhựa epoxy ngày nay Đồng thời,

sự oxy hóa polyolefin được đưa ra bởi Daniel Swern như là con đường mới để tạo nhựa epoxy [1]

Năm 1955, một số nhà sản xuất nhựa epoxy ở Mỹ bắt đầu đi đến những thỏa thuận liên kết với nhau, cùng nhau góp vốn lại và bắt đầu xây dựng nhà máy sản xuất nhựa epoxy [1]

Vào năm 1960 tại Mỹ, một số nhựa epoxy ra đời và phát triển như nhựa epoxy phenol novolac, nhựa triglycidyl p-aminophenol Nhựa epoxy chống cháy đi từ tetrabromobisphenol A được phát triển và thương mại hóa bởi Dow Chemical, ứng dụng cho các thiết bị điện và vật liệu composite [1]

Năm 1963, trên thị trường xuất hiện nhựa epoxy cycloaliphatic Vài năm sau

đó, nó được cải thiện để tăng khả năng chống thời tiết, nhưng việc cung caaos trên

Năm 1970, sự ra đời nhựa epoxy vinyl ester có khả năng chống ăn mòn trong môi trường axit, bazơ, dung môi hữu cơ, và nhựa này được ứng dụng để chế tạo các vật liệu composite dùng làm các thùng chứa, đường ống và các thiết bị phụ khác trong nhà máy lọc dầu, nắp van ô tô

Năm 1980, sự phát triển nhựa epoxy ở Nhật Bản với tính năng và độ tinh khiết cao cho ngành công nghiệp điện tử như điện thoại di động… đòi hỏi nhựa phải có hằng số điện môi thấp, nhiệt độ hóa thủy tinh cao, nhiệt phân hủy lớn [1]

Năm 1990, Dow Chemical đã sản xuất nhựa epoxy mới trên cơ sở nhựa nhiệt dẻo, ứng dụng dùng làm keo, chất phủ bề mặt [1]

Nhựa Epoxy được đưa vào thương mại hoá những năm 1940 và ngày càng đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp polymer Theo số liệu thống kê tại Mỹ, lượng nhựa epoxy bán trong những năm 1970 và 1980 luôn có tốc độ tăng hàng năm > 10% [1]

II PHÂN LOẠI

Cho đến ngày nay nhựa epoxy vẫn không ngừng phát triển để cải thiện những tính chất tuyệt vời của mình và được ứng dụng rộng rãi trong đời sống với ba loại chính:

Nhựa Diepoxy: loại này có hai nhóm epoxy ở hai đầu mạch phân tử Được điều

chế bằng phản ứng đa tụ giữa epyclohydrin và bis - phenol A (tên gọi thương mại

là dian) với NaOH làm chất xúc tác Nhựa Diepoxy trên cơ sở epyclohydrin và bis

- phenol A có thể là chất lỏng nhớt hay là sản phẩm dạng rắn (ở dạng cục hoặc hạt)

Nhựa polyepoxy: là loại nhựa chứa nhiều nhóm epoxy (≥3) trong mạch phân tử,

ví dụ như điều chế nhưa từ phenol formandehit đa tụ với epyclohydrin Loại nhựa này có độ nhớt không cao lắm và có khả năng đóng rắn cao nhưng do có nhóm –

OH trong mạch đại phân tử nên ngày trong trạng thái đóng rắn cũng không chịu được nhiệt và nước tốt Do vậy nên người ta thường dùng làm keo dán rất tốt do trong mạch có chứa nhiều nhóm –OH nên có khả năng bám dính rất cao

Loại thứ ba: là nhựa thu được bằng phương pháp epoxy hóa các hợp chất

không no có chứa nhóm epoxy ở trong mạch chính

Nói chung nhựa epoxy có tính năng cơ lý, kháng môi trường hơn hẳn các loại nhựa khác, là loại nhựa sử dụng nhiều nhất trong các chi tiết máy bay Với tính kết dính và khả năng kháng nước tuyệt vời của mình, epoxy rất lý tưởng để sử dụng trong ngành đóng tàu, là lớp lót chính cho tàu chất lượng cao hoặc là lớp phủ bên ngoài vỏ tàu hay thay cho polyester dễ bị phân hủy bởi nước và gelcoat Nhựa epoxy được tạo thành từ những mạch phân tử dài, có cấu trúc tương tự như vinylester, với nhóm epoxy phản ứng ở vị trí cuối mạch Nhựa epoxy không chứa nhóm ester, do đó khả năng kháng nước của epoxy rất tốt Ngoài ra, do có hai vòng

thơm ở vị trí trung tâm nên nhựa epoxy chịu ứng suất cơ và nhiệt tốt hơn mạch thẳng Do vậy, epoxy rất cứng, dai và kháng nhiệt tốt

Khi đưa nhựa epoxy vào sử dụng, ta dùng chất đóng rắn để tạo mạng không gian ba chiều Chất đóng rắn thường sử dụng là amine, được cho vào epoxy, lúc này giữa chúng sẽ xảy ra phản ứng hóa học Thường nhóm epoxy sẽ phản ứng với nhóm amine, tạo ra cấu trúc không gian ba chiều phức tạp Amine kết hợp với epoxy theo tỷ lệ nhất định, đây là yếu tố quan trọng vì việc trộn đúng tỷ lệ đảm bảo cho phản ứng xảy ra hoàn toàn Nếu tỷ lệ trộn không đúng thì nhựa chưa phản ứng hoặc đóng rắn còn dư trong hỗn hợp sẽ ảnh hưởng đến tính chất sản phẩm sau đóng rắn Để đảm bảo tỷ lệ phối trộn chính xác, nhà sản xuất thường công thức hóa các thành phần và đưa ra một tỷ lệ trộn đơn giản bằng cách đo khối lượng hay thể tích của chúng Cả nhựa epoxy lỏng và tác nhân đóng rắn đều có độ nhớt thấp thuận lợi quá trình gia công Epoxy đóng rắn dễ dàng và nhanh chóng ở nhiệt độ phòng từ 5 - 1500C, tùy cách lựa chọn chất đóng rắn Một trong những ưu điểm nổi bậc của nhựa epoxy là độ co ngót thấp trong khi đóng rắn Lực kết dính, tính chất cơ lý của epoxy được tăng cường bởi tính cách điện và khả năng kháng hóa chất

Trong các loại nhựa epoxy vừa nêu thì nhựa Diepoxy là loại được điều chế, sản xuất và ứng dụng nhiều hơn cả, trong đó thông dụng nhất là hai loại ED-5 và ED-

6 Nhựa epoxy ED-5 có khối lượng phân tử từ 370 - 450 còn nhựa epoxy ED-6 thì

có khối lượng phân tử cao hơn, khoảng 450 - 600 Hai loại này có quy trình sản xuất giống nhau, nó chỉ khác nhau ở yêu cầu sản phẩm như hàm lượng chất bốc, hàm lượng nhóm epoxy, độ nhớt, tỷ trọng và trọng lượng phân tử khác nhau Nói chung yêu cầu các thông số này đối với nhựa ED-6 cao hơn Quy trình tạo nhựa dưới các điều kiện phản ứng khác nhau như tỉ lệ các chất phản ứng, tốc độ phản ứng, dung môi, nồng độ chất xúc tác, thời gian phản ứng, áp suất khác nhau thì cho các sản phẩm khác nhau như ED-5, ED-6

Do những tính năng tuyệt vời như trên nên nhựa epoxy rất được ưa chuộng Việc sản xuất nhựa epoxy với thiết bị không phức tạp nhưng nguyên liệu để sản xuất còn đắt và hiếm nên giá thành sản phẩm còn cao, chính vì vậy mà nhựa epoxy chưa được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam Tuy nhiên, một số lĩnh vực ở nước ta đòi hỏi những tính năng sử dụng của nhựa epoxy, đặc biệt là nhựa epoxy ED-6 đã được dùng phổ biến trong một số lĩnh vực như xây dựng (dùng để sửa chữa, dặm

vá nhanh và làm vĩnh viễn cấu trúc bêtông, liên kết với các thành phần bê tông đã đúc sẵn, gối đỡ bệ cầu bê tông và tất cả các công việc sữa chữa trên bề mặt bê tông hay xi măng nơi đòi hỏi có cường độ cao, không thấm nước và kháng hóa chất, hoặc dùng để sửa chữa gấp các cấu trúc bê tông, kè chắn biển và các nhà xưởng công nghiệp nơi tiếp xúc với hóa chất và các khu vực sản xuất), keo dán (nhất là trong ngành hàng hải), sơn epoxy (sàn nhà xưởng dược phẩm, thực phẩm, điện tử, điện lạnh, may mặc, chống thấm sàn mái, tầng hầm, bể bơi, hồ nước, sơn sân tennis, sơn sân thể thao)…Nhựa epoxy ED-6 đã góp phần đáng kể vào việc tăng chất lượng cho các ứng dụng trên Chính vì thế, ta cần phải tìm hiểu và thiết kế dây chuyền công nghệ sản xuất nhựa epoxy ED-6 sao cho quá trình sản xuất đạt năng

suất cao nhất, tổn hao nguyên liệu ít nhất, tiết kiệm lượng nhiệt cung cấp…nhằm

hạ giá thành sản phẩm nhưng vẫn đảm bảo chất lượng để mở rộng phạm vi sử dụng trong nước

CHƯƠNG 2: TỔNG QUANG LÝ THUYẾT

Nhựa epoxy điều chế từ 2 nguyên liệu chính là epiclohydrin và diphenylol propan có mặt dung dịch NaOH làm xúc tác

1.3 An toàn khi sử dụng

Do tính chất độc hại của epiclohydrin nên yêu cầu thùng chứa, ống dẫn phải kín

để đảm bảo an toàn cho công nhân

Khi vận chuyển nên đựng epiclohydrin vào chai thủy tinh lớn hay sử dụng thùng bằng thép được đậy kín cẩn thận để cho công nhân thao tác khỏi bị ngộ độc

Để tăng hiệu suất phản ứng thì glyxerin phải thật khan hoặc chứa rất ít nước Ta thấy trong quá trình phản ứng có tạo ra nước, do đó có thể dùng anhydric axetic hoặc axit axetic hoặc CaCl2 (khan) với hàm lượng khoảng 20% để hút nước nhằm tăng vận tốc và hiệu suất cho phản ứng

Giai đoạn hóa vòng, dùng kiềm khử HCL để tạo ra epiclohydrin

Phản ứng hóa vòng tiến hành ở nhiệt độ thường, nồng độ và tốc độ tác dụng của NaOH với diclohydrin glyxeryl có ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu suất phản ứng vì ngoài phản ứng tạo thành epiclohydrin còn có phản ứng xà phòng hóa epiclohydrin thành glyxerin:

CH CH CH

OH OH OH

Có thể dùng các loại kiềm yếu hơn như Ca(OH)2 , Na2CO3 để khử HCl

Ở nước ta sản lượng dầu thảo mộc (Glyxerin tách ra khi xà phòng hóa dầu thảo mộc) khá lớn nên nó cũng thuận lợi khi đi từ phương pháp này

 Đi từ propylen

Clo hóa propylen dưới áp suất 18 Kg/cm2 và nhiệt độ 8000C để tạo thành clorua - alkyl, tiếp đến cho HClO tác dụng lên nối đôi và cuối cùng dùng kiềm để khử HCl của diclohydrin tạo thành epiclohydrin

Sản phẩm phụ là triclopropan, diclohydrin chưa phản ứng

Trong hai phương pháp trên thì phương pháp phù hợp đối với nước ta là phương pháp đi từ Glyxerin, phương pháp đi từ propylen chỉ phù hợp với những nước có ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ phát triển mạnh

II DIPHENYLOL PROPAN

2.1 Công thức cấu tạo

Diphenylol propan là cấu tử thứ hai dùng để sản xuất nhựa epoxy ED-6, còn gọi

là 4,4-dihydroxyl diphenyl propan, gọi tắt là Bis-phenol A (BPA) hay dian (D)

2.2 Một số tính chất của BPA

Chất bột hoặc tinh thể màu trắng, nhiệt độ nóng chảy 157 - 1580C, nhiệt độ sôi 2200C, khối lượng riêng 1,20 g/cm3 , áp suất bốc hơi 0,2mmHg (ở 1700C) BPA không bền vững khi tiếp xúc với các chất như axeton, amoniac, benzen, cloroform, methanol, toluen, xylen, axit sunfuric đậm đặc và được coi là bền vững đối với axit axetic, NH4Cl, CO2, O2, Ure, C2H5OH, formaldehyt và một số chất khác

Ở điều kiện thường nó là một chất rắn, do trong công thức phân tử có nhóm

-OH giống như phenol nên có tính ăn mòn nhưng hoạt tính yếu hơn phenol

2.3 An toàn khi sử dụng

Do có nhóm -OH trong công thức phân tử nên trong quá trình bảo quản vẫn có khả năng hút ẩm, do đó người ta thường bảo quản bằng bao làm bằng giấy không thấm nước hay thùng thép có nắp đậy kín Trong thực tế thì bis-phenol A vẫn ở dạng rắn nên trước khi sử dụng phải qua các quá trình làm nhỏ bằng cơ học như đập, nghiền, sàng…

2.4 Tổng hợp

 Phenol tác dụng với axeton

Phương pháp hay dùng phổ biến nhất là cho phenol tác dụng với axeton trong môi trường axit mạnh ở nhiệt độ 10 - 150C

Để tạo môi trường axit mạnh có thể dùng dung dịch H2SO4 hoặc hơi HCl, thông thường người ta sử dụng H2SO4 Thực nghiệm chứng tỏ rằng lượng H2SO4 chỉ ảnh hưởng đến phản ứng ở một giới hạn nhất định, nhưng nồng độ axit là yếu

tố quan trọng quyết định đến hiệu suất phản ứng

Hiện nay người ta dùng xúc tác là dẫn xuất Mercaptan của axit no mạch thẳng như Tiodiaxetic (HOOC–CH2–S–CH2–COOH) điều chế từ Monocloaxetic và Sunfohydro

 Thủy phân polycacbonat phế thải

Ngoài ra BPA còn thu được sau phản ứng thủy phân polycacbonat phế thải trong môi trường kiềm, nhưng để đưa vào sản xuất nhựa epoxy thì bisphenol A thu được phải qua giai đoạn tái chế Trong đề tài tái chế polycacbonat phế thải, sử dụng bisphenol A thu được sau phản ứng thuỷ phân polycacbonat phế thải để sản

sạch > 90%, NaOH, axit axetic loại P sản xuất tại Trung Quốc, toluen loại P Tiến hành bằng cách cho bisphenol A vào epiclohydrin, giữ nhiệt độ ở 74 - 760C và khuấy trong 2,5h, sau đó trung hòa hỗn hợp phản ứng bằng dung dịch CH3COOH 25% đến trung tính hay oxit yếu Tiếp đó cho Toluen vào bình phản ứng, khuấy ở nhiệt độ 74 - 760C trong 30 phút sau đó ngừng khuấy, giữ nhiệt độ 60 - 650C đến lúc tách thành lớp Kết quả cho thấy, điều chế được nhựa epoxy bằng phản ứng ngưng tụ bisphenol A tổng hợp từ polycacbonat phế thải và epiclohydrin có chỉ số

là 34,3 Phổ hồng ngoại của nhựa epoxy thu được so với phổ chuẩn đạt 98,09 %

CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP NHỰA EPOXY

I PHẢN ỨNG ĐA TỤ NHỰA EPOXY

Epiclohydrin (E) là hợp chất có hai nhóm chức hoạt động rất mạnh là nhóm epoxy và nhóm - Cl Bất kỳ một hợp chất nào chứa H linh động cũng đều có khả năng phản ứng với nhóm epoxy như rượu, axit, Hoạt tính của nhóm - Cl cũng rất mạnh và rất dễ phản ứng thuỷ phân, do đó trong quá trình thực hiện phản ứng cần chú ý tốc độ cho NaOH vào hỗn hợp phản ứng Nhựa diepoxy là sản phẩm ngưng

tụ từ hợp chất có chứa nhóm epoxy với một rượu đa chức hay một phenol đa chức trong môi trường kiềm ở nhiệt độ khoảng 700C, thường sử dụng epiclohydrin và dian (D) Khi tổng hợp nhựa diepoxy, thường hoà tan dian vào một lượng thừa epyclohydrin rồi thêm dần dần dung dịch kiềm và khống chế nhiệt độ ở khoảng từ

60 - 700C Phản ứng thu được ete diglixit dioxi difenyl propan:

 Cơ chế phản ứng

Các sản phẩm ban đầu tiếp tục ngưng tụ với dian cho nhựa epoxy:

Công thức tổng quát:

Ta thấy nhựa epoxy ở trạng thái không đóng rắn là những mạch polyete dài,

trong đó nhóm hydroxyl tự do nằm cách nhau một khoảng cách tương đối xa Hai

đầu mạch là nhóm epoxy Nhóm epoxy và hydroxyl có khả năng phản ứng với

nhiều chất và phụ thuộc vào độ định chức của các nhóm đó mà có thể thu được

hoặc nhựa nhiệt dẻo biến tính hoặc nhựa đóng rắn không nóng chảy và không hòa

tan

Quá trình xảy ra chịu ảnh hưởng của tỉ lệ cấu tử:

Tỉ lệ E/D càng thấp thì KLPT càng cao, đương lượng epoxy cũng tăng, nhiệt

độ mềm tăng Cho xút từ từ, 2 - 3 lần bởi vì – Cl có thể bị thủy phân trong môi

trường kiềm tạo thành -OH làm biến đổi nguyên liệu ban đầu

Khối lượng của từng thành phần trong phân tử nhựa diepoxy là:

M=284n

Do đó khối lượng phân tử trung bình của nhựa là M  284n 340

 Các phản ứng phụ có thể xảy ra

+ Thủy phân epiclohydrin thành glyxerol

+ Thủy phân nhóm epoxy ở cuối mạch tạo thành -OH:

+ Trùng hợp nhóm epoxy với nhóm hydroxyl gây gel hóa:

+ Trùng hợp các nhóm epoxy tạo cấu trúc không gian làm nhựa keo kết:

Có thể tổng hợp nhựa trong môi trường khí trơ, đun ngắt quãng, khuấy trong

16 giờ, điều chỉnh lượng kiềm thổ thêm vào để môi trường luôn luôn trung tính, làm như vậy để tránh trùng hợp nhóm epoxy

II PHẢN ỨNG TẠO NHỰA POLYEPOXY

2.1 Nhựa polyglyxidil xianuarat

Đi từ axit xianic với epyclohydrin (sản phẩm ban đầu của phản ứng là triglyxidil xianuarat)

So với nhựa diepoxy thì nhựa polyepoxy đi từ epyclohydrin và axit xianic có tính điện môi tốt hơn, bền nhiệt hơn và có thể chịu được nhiệt độ cao hơn 2000C khi chúng được đóng rắn bằng chất đóng rắn Tuy nhiên nhựa này ít được sản xuất

do khó khăn về nguyên liệu

2.2 Nhựa epoxy bisphenol F

Bisphenol F được sử dụng trong môi trường chịu áp lực cao, trong những hệ thống như: thùng chứa, đường ống, sàn công nghiệp, lớp bề mặt đường và cầu, chất kết dính, trát kẻ hở của tường, lớp phủ, vecni

2.3 Nhựa epoxy bisphenol A novolac

Bisphenol A novalac được tổng hợp từ bisphenol A và formaldehyt với xúc tác axit Sau đó epoxy hóa bisphenol A novalac ta được nhựa epoxy bisphenol A novalac như sau:

Nhựa polyepoxy từ novolac được dùng phổ biến hơn cả Nhóm Epoxy ở trong nhựa này được gói chặt hơn do đó sản phẩm đóng rắn rất cứng và kém đàn hồi

Ngoài ra nhựa polyepoxy còn đươc tổng hợp từ: p-aminophenol và epiclohidrin, tetra-hydroxylphenol etan và epiclohydrin…Thường nhựa polyepoxy

có độ bám dính vào các vật liệu thấp hơn so với nhựa epoxy thường Nhưng do khi đóng rắn tần số nối ngang lớn nên làm cho sản phẩm có độ chịu nhiệt cao Nhựa này cơ bản dùng để phủ kim loại, làm keo dán và chất dẻo thủy tinh

III ĐÓNG RẮN NHỰA EPOXY

Để biến nhựa epoxy thành loại nhựa có nhiều tính chất cơ lý tốt, ta cho các chất chứa hai hoặc nhiều nhóm định chức có chứa nguyên tử hyđro linh động (như -NH2, -COOH, -NH-, ) tác dụng lên các nhóm chức của nhựa để thực hiện phản ứng đóng rắn

Các chất đóng rắn thường sử dụng là các loại amin, các axit và một số hợp chất đóng rắn khác Trong đó việc đóng rắn nhựa bằng hợp chất amin được ứng dụng phổ biến nhất

3.1 Đóng rắn bằng amin

Khi amin tác dụng với nhựa epoxy thì xảy ra hiện tượng mở vòng epoxy tạo thành mối nối ngang giữa các phân tử nhựa epoxy với cầu nối trung gian là các nhóm amin Sự tác động qua lại của nhóm epoxy với amin là phản ứng kết hợp gồm hai giai đoạn

+ Giai đoạn đầu diễn ra với sự tỏa nhiệt với tốc độ lớn, khi mật độ liên kết ngang đủ lớn thì quá trình xảy ra ngay ở nhiệt độ phòng

+ Giai đoạn cuối tạo ra mạng lưới không gian, đồng thời không tạo ra sản phẩm phụ nào cả do đó độ co của nhựa rất nhỏ

Lượng amin cần dùng phải được tính toán sao cho mỗi nguyên tử H linh động trong amin tương ứng với một nhóm epoxy ở trong nhựa để một nguyên tử H

có thể phản ứng với một nhóm epoxy Do đó phải căn cứ vào số nhóm epoxy có trong nhựa để lấy hàm lượng amin cho thích hợp Nếu thừa nhóm amin thì mật độ mạng lưới không gian tạo thành không lớn và trọng lượng phân tử không cao Nếu

thiếu nhóm amin thì phản ứng đóng rắn xảy ra không hoàn toàn, mật độ mạng lưới

không gian không cao, trọng lượng phân tử cũng thấp Tuy nhiên người ta thường

lấy lượng amin nhiều hơn so với lý thuyết để bảo đảm nhựa phát triển tối đa theo

cấu trúc không gian ba chiều, các nhóm amin còn lại làm tăng độ bền của nhựa đối

với các dung môi không phân cực nhưng lại làm giảm độ chịu nước

Thông thường người ta dùng di hoặc tri hoặc polyamin, không dùng

monoamin vì sẽ không tạo mạng lưới không gian

Các chất đóng rắn thường dùng nhất là: etylen diamin (đóng rắn nguội hoặc

dưới 600C), dietylen diamin, dietylen triamin (đóng rắn ở nhiệt độ cao), trietylen

triamin có tác dụng gần giống với polyamin

+ Hoặc ở nhiệt độ cao nhóm –OH phản ứng với đầu epoxy của mạch:

+ Ưu điểm: chất đóng rắn này có thể đóng rắn các chi tiết lớn hoặc dán gạch

Và xảy ra phản ứng đóng rắn khác Tạo ra sản phẩm phụ là nước khác với loại chất đóng rắn amin, nước tạo ra bay hơi để lại lổ xốp nên chất đóng rắn axit ít dùng

Phản ứng đóng rắn với anhidric Ví dụ: anhidric phtalic

Phản ứng tiến hành ở nhiệt độ cao từ 180-220oC và qua các giai đoạn sau:

Trước tiên:

3.3 Đóng rắn bằng những chất đóng rắn khác

Ngoài hai chất đóng rắn trên ta còn dùng các hợp chất có hai hay nhiều nhóm định chức để đóng rắn nhựa epoxy như: nhựa phenol-formaldehyde, polyamit (-NH-CO-), ure(melamin)-formaldehyt

Đóng rắn bằng hai chất trên thì nhựa sau đóng rắn có nhiều vòng thơm trong mạch, có độ cứng làm tăng độ bền cơ học, bền nhiệt, trong nhựa có liên kết ete làm cho mạch mềm, trong nhựa có nhóm –OH tự do tạo nên bám dính tốt, trong nhựa

có số liên kết ngang không nhiều (không quá thưa như UF) làm mạch không quá cứng

Do đó nhựa epoxy vừa bền nhiệt, bền cơ học, bám dính tốt với hầu hết các vật liệu khác

Thường dùng nhất để đóng rắn nhựa epoxy là nhựa phenol formandehyl, xảy

ra do nhóm epoxy phản ứng với nhóm hydroxyl của phenol focmaldehit, thường tiến hành ở 170 – 205 0C trong thời gian khoảng 20 – 30 phút

Nói tóm lại, nhựa epoxy có nhiều tính chất kỹ thuật tốt sau khi đóng rắn, do

đó quá trình đóng rắn phải được đặc biệt chú ý Dùng chất đóng rắn thích hợp có thể thay đổi hoàn toàn tính chất của sản phẩm Quan trọng nhất là chọn chế độ đóng rắn căn cứ vào đặc điểm của chất đóng rắn và nhựa epoxy ban đầu

CHƯƠNG 4: TÍNH CHẤT NHỰA EPOXY ED6 VÀ ỨNG DỤNG CỦA NHỰA

EPOXY ED6

I TÍNH CHẤT

Đánh giá tính chất của nhựa epoxy dựa vào:

- Bản chất của phân tử nhựa

- Bản chất của phân tử đóng rắn

- Mật độ liên kết ngang (mức độ đóng rắn)

Tùy thuộc vào loại nhựa, tác nhân đóng rắn, chất pha loãng mà epoxy có thể

có dạng cứng hoặc dạng mềm dẻo như cao su tùy thuộc vào trọng lượng phân tử Thường thì:

- M < 1000: trọng lượng phân tử thấp, tồn tại ở trạng thái lỏng nhớt

- M > 1000: trọng lượng phân tử cao, tồn tại trạng thái rắn

Ở điều kiện bình thường epoxy trong suốt không màu, không mùi, gây dị ứng da

1.1 Tính chất nhựa epoxy chưa đóng rắn

Nhựa Epoxy không đóng rắn đi từ diphenylol propan là loại nhựa nhiệt dẻo,

có màu từ vàng đến nâu, ở dạng từ chất lỏng nhớt đến chất rắn dòn, hòa tan tốt trong các dung môi như Keton, este, dioxan và clobenzen, trong metyl etyl keton, metyl xiclohexanol thì tốt hơn Nhựa phân tử thấp tan trong rượu và cacbuahydro thơm, còn phân tử cao thì không tan trong các chất đó Có thể bảo quản dung dịch

và hỗn hợp nóng chảy trong thời gian lâu mà không bị thay đổi

Nhựa Epoxy trộn được với nhựa ure/melamin/phenol-formaldehit, polyamit, polyeste nhưng không trộn được với este và este xenlulo Khối lượng phân tử quyết định tính chất sản phẩm đóng rắn Thực tế thấy rằng nhựa phân tử thấp dùng làm keo dán, để chế tạo các vật liệu đúc và loại tấm ép, còn nhựa phân tử cao để làm sơn sau khi đã biến tính

Những polymer nhận được khi Epoxy hóa các hợp chất không no có các nhóm Epoxy ở cuối và ở giữa mạch phân tử Ngoài nhóm Epoxy va hydroxyl trong phân tử còn có nhóm axetyl, nối đôi Do đó nhựa Epoxy hóa có hoạt tính hóa học cao và có thể đóng rắn nhờ nhóm Epoxy, hydroxyl và cả nối đôi trong mạch đại phân tử Mật độ điện tử của các nhóm Epoxy ở cuối mạch phân tử cao hơn và chúng dễ tham gia phản ứng với các chất ái điện tử như các anhydric, do đó có thể đóng rắn loại nhựa này bằng các anhydric ở nhiệt độ thường, trong khi đó chúng chỉ đóng rắn với các amin béo khi đun nóng Nhờ có các nối đôi còn lại trong phân

tử nên có thể đồng trùng hợp với các monomer không no như styren, metylmetacrilat, với sự có mặt của xúc tác peroxit

Nhựa epoxy ED-6 ở dạng lỏng, hàm lượng nhóm epoxy từ 14 – 18%, khối lượng phân tử trung bình là 450 - 600, là chất lỏng sánh nhớt có màu vàng sáng hoặc nâu sáng, hàm lượng chất bốc không quá 1% Thời gian đóng rắn với hexametylendiamin ở 1200C không quá 10 phút Ở trạng thái không đóng rắn là những mạch polyete dài, trong đó nhóm hydroxyl tự do nằm cách nhau một khoảng cách tương đối xa Hai đầu mạch là nhóm epoxy Nhóm epoxy và hydroxyl

có khả năng phản ứng với nhiều chất và phụ thuộc vào độ định chức của các nhóm

đó mà có thể thu được hoặc nhựa nhiệt dẻo biến tính hoặc nhựa đóng rắn không nóng chảy và không hòa tan

Một vài tính chất được tóm tắt trong bảng sau:

Bảng 3 : Một số thông số tính chất chung của Epoxy không độn [2]

Tan (tg) góc tổn hao điện môi

[3]

Ở 20 0 C: 0.001 – 0.002

Ở 80 0 C: 0.03 – 0.05 Sau 48 giờ trong nước ở 20 0 C: 0.001 – 0.003

Tính chất nổi bật của Epoxy là tính kháng hóa chất, kháng mài mòn, tính chất cơ lí tốt …nhờ có vòng benzen và các liên kết ether phenolic Epoxy có tính bám dính tốt cho một loạt các nguyên vật liệu, bao gồm kim loại, gỗ, bê tông, thủy tinh, gốm và nhiều chất dẻo Điều này do sự hiện diện của các nhóm hydroxyl phân cực và nhóm ether trong nhựa

Độ co rút thấp trong quá trình đóng rắn cho kết quả tốt trong tính chính xác

kích thước kết cấu sản phẩm và cho phép sản xuất keo dán tính năng cao

Mặc dù có sự hạn chế về nhiệt độ sử dụng, epoxy resins thường tốt hơn so v

ới hầu hết các nhựa nhiệt dẻo ở nhiệt độ cao

1.2 Tính chất nhựa epoxy đóng rắn

Nhựa Epoxy sau khi đóng rắn có mật độ liên kết ngang không cao và các liên kết này lại nằm cách xa nhau nên mạch đại phân tử vẫn còn có tính linh động cần thiết, nhựa sau khi đóng rắn vẫn còn có tính mềm dẻo nhất định Sản phẩm sau khi đóng rắn ít tạo bọt khí và rỗ Ngoài ra trong sản phẩm vẫn còn tồn tại nhóm -

OH trong mạch đại phân tử làm cho nhựa có tính bám dính tốt với nhiều loại vật liệu Liên kết ete làm cho nhựa có độ bền hoá học cao và có cực, đồng thời làm tăng độ bám dính của sản phẩm

Nhựa đóng rắn chịu được kiềm đặc, chất tẩy rửa, dung dịch muối, axit (HCl 20%, H2SO4 70%, HNO3 10%, CH3COOH 1%), chịu khí hậu, độ ẩm Tuỳ thuộc vào cấu tạo của từng loại nhựa và phương pháp điều chế mà chúng có các tính chất khác nhau Đối với nhựa polyepoxy, khối lượng phân tử càng tăng thì hàm lượng Epoxy cũng tăng, khi đóng rắn sẽ tạo ra mật độ mạng lưới không gian dày đặc làm cho nhựa cứng hơn

Sản phẩm thu được sau khi đóng rắn chịu nhiệt tốt và bền cơ học

Tuy nhựa Epoxy có độ co ngót bé nhưng khi đóng rắn thì vẫn có hiện tượng co: ở 1000C độ co là 5%, ở 2000C độ co là 2.3%

Trong nhựa epoxy ED-6 sau khi đã đóng rắn có các đặc điểm sau:

+ Mật độ liên kết ngang tương đối thưa

+ Trong mạch vẫn còn tồn tại nhóm -OH

+ Trong nhựa đóng rắn có liên kết ete

+ Trong phân tử nhựa có vòng thơm

Do đó tạo nên một số tính chất:

+ Vẫn còn tính mềm dẻo

+ Bám dính tốt với nhiều loại vật liệu

+ Bền nhiệt, bền cơ học, độ cứng tương đối cao

Chính những tính chất trên làm cho nhựa Epoxy có nhiều ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống như làm keo dán, làm sơn, làm vật liệu composite,

Bảng 4: Tính chất của nhựa epoxy với các chất đóng rắn khác nhau [4]

1.3 Những lưu ý quan trọng về nhựa epoxy

Có một số lưu ý thông dụng liên quan đến việc đúc để tránh sự đông cứng,

co rút, rạn nứt, tạo bong bóng, bọt của sản phẩm Chi tiết như sau:

- Sự phát nhiệt

Phát nhiệt là việc gia tăng nhiệt độ của hợp chất lên trên nhiệt độ xử lý từ đó năng lượng thoát ra khi nhóm epoxy phản ứng Để cho nhựa bền chắc hoàn toàn từ bên trong lõi đúc, giải phóng bong bóng hơi và sự phát nhiệt cao sẽ làm cho hợp chất nhựa biến thành than và gây nổ mạnh

Nhiệt ổn định: Nhiệt độ trong khi xúc tác và đổ khuôn phải luôn luôn ổn định, chỉ số biến đổi nhiệt chỉ dao động cho phép là 1 Nhiệt biến đổi nhiều dễ gây

ra sự lão hóa, giảm tuổi thọ vật liệu Đồng thời bề mặt dễ bị biến thành than khi nhiệt tăng cao dẫn đến rạn nứt và dễ phân hủy

65%

Polyetylen polyamin

7%

Hexametylen Diamin

Độ bền nhiệt

(Martens) (chịu nhiệt

độ trong thời gian quy

định)

≥ 100oC ≥ 100oC ≥ 100oC

Độ hút ẩm (7 ngày

Làm giảm đi kích thước trong quá trình xử lý đóng rắn Sự co rút làm phá vỡ các liên kết của hợp chất, từ đó gây ra các vết nứt từ bên trong sản phẩm

- Độ nhớt

Độ nhớt của nhựa chi phối số lượng của chất độn cũng như khả năng gia công

- Thời gian phản ứng tạo gel

Phản ứng đóng rắn của Epoxy tuân theo Định luật của Arenius, theo phương trình và kết quả khảo sát được người ta nhận thấy: Cứ mỗi lần nhiệt độ được nâng lên 100C, thì thời gian xảy ra phản ứng nhanh lên gấp đôi Vì vậy nhiệt độ được sử dụng như là một phương tiện làm giảm độ nhớt, cũng như tăng tốc độ phản ứng

II ỨNG DỤNG

Nhựa epoxy ED-6 được ứng dụng rất rộng rãi trong đời sống hằng ngày cũng như trong nhiều ngành công nghiệp, nhất là trong lĩnh vực sơn, keo dán và composite Đây là 3 lĩnh vực phổ biến nhất (hình 1):

Hình 1: Một số lĩnh vực ứng dụng phổ biến của epoxy

2.1 Ứng dụng trong vật liệu composite

Nhựa epoxy ED-6 là loại nhựa có nhiều ưu điểm tốt như độ bám dính cao trên bề mặt kim loại, có tính ổn định hoá học, bền hoá chất Việc sử dụng nhựa epoxy trên nền cốt sợi làm tăng tính bền cơ lên đáng kể và rất thích hợp để chế tạo lớp bọc lót bảo vệ thiết bị chống ăn mòn hoá chất, nó có độ bám dính cao với nhiều loại cốt (sợi vải thủy tinh, sợi cacbon), tiện lợi khi xử lý công nghệ, tạo dáng các kết cấu và có thể giữ lâu ở trạng thái chưa đóng rắn, tiện lợi cho việc chế tạo kết cấu và các bán thành phẩm Quá trình đóng rắn epoxy ED-6 có dải nhiệt độ rộng

và không kèm theo việc thoát ra các chất bay hơi, độ co lại rất thấp, bền với các loại dung môi và những môi trường độc hại, độ hút ẩm thấp và có thể khai thác sử dụng chịu được đến 150 - 2000C

Sau đây là một số ứng dụng của nhựa epoxy để làm vật liệu composite:

 Composite epoxy sợi thủy tinh

Dùng epoxy loại không dung môi trộn với sợi thủy tinh làm cốt, rất thích

Hình 2 – Sàn composite epoxy sợi thủy tinh [2]

 Công dụng

- Bể bơi, nhà máy hóa chất ngầm, phòng Lab

- Xưởng giấy, nhà máy nhuộm, bể chứa nước thải

- Nhà máy chế biến thực phẩm, nhà lạnh, nhà máy phân bón

- Nhà máy điện cho việc tăng cường các mái nhà, tầng hầm và chống thấm nước

 Đặc tính

- Độ giãn căng cao, chịu nén, giảm chấn, và chịu mài mòn

- Độ kết dính tốt, chịu căng hoàn hảo, độ bền cao, chịu va chạm

- Chịu hóa chất, kháng acid-alkali mạnh, chịu nước có thể ngâm nước trong thời gian dài

Hình 3 - Sàn phủ epoxy chống trượt [2]

 Công dụng

- Thành bể sơn, mặt bong tàu

- Xưởng thực phẩm, bếp nấu ăn lớn, kho lạnh

- Xưởng cơ khí nặng, xưởng sửa chữa ô tô, xưởng dầu mỡ

- Bãi để xe, đường dốc, đường trên cầu, đường bộ hành và các sàn cầu chống trượt khác

Hình 4 - Sàn phủ Epoxy tự trải bằng [2]

 Công dụng

- Phòng thử nghiệm, phòng vô trùng, phòng máy tính

- Phòng làm việc, phòng máy điều khiển, phòng lưu trữ

- Bệnh viện, xưởng dược, xưởng thực phẩm

- Xưởng may mặc, nhà máy sợi, nhà máy quang học

- Xưởng điện tử, dệt và các loại gia công nói chung khác

Hình 5 - Sàn vữa cát Epoxy [2]

 Công dụng

- Trạm xe, kho bến cầu tàu, nhà kho, nhà máy dầu động cơ phân khối lớn

- Sàn hóa chất - dược phẩm, kim loại

- Vá sửa nền xi măng

- Nơi bốc xếp vật nặng, máy móc lớn

- Cầu thang, dốc nơi bốc xếp

 Đặc tính

- Độ giãn căng cao, giảm chấn, chịu nén nặng và chịu mài mòn

- Chịu va đập, chống trượt hiệu quả, chống thấm tốt

- Chịu thời tiết, chịu nhiệt độ, không biến chất, chịu hóa chất, kháng dầu, chịu acid kiềm Ngoại quan bằng phẳng, sáng bóng

- Lực kết dính tốt, khó tách rời, vá sửa nhanh, giá thành thấp, chống khuẩn, không độc

- An toàn, vệ sinh, không độc, không hôi Dễ chăm sóc làm sạch

 Các sản phẩm phổ biến khác

Dễ gặp nhất trong đời sống chính là các bàn ghế từ ván ép, với ưu thế về chống chịu nấm mốc, mối mọt, giá rẻ, tuổi thọ lâu dài và ngoại quan ưa nhìn (hình 6)

Hình 6: Sản phẩm bàn ghế làm từ Composite

2.2 Ứng dụng trong sơn

Nhựa Epoxy được ứng dụng để làm sơn có hai loại là làm sơn lót và sơn phủ Tuy nhiên nhựa Epoxy được ứng dụng để làm sơn lót nhiều hơn vì có tính bám dính tốt với nhiều loại vật liệu Đây là yêu cầu quan trọng đối với mà nhựa Epoxy đáp ứng được

Nguyên liệu ban đầu sử dụng làm sơn là nhựa Epoxy đóng rắn đi từ

Epyclohydrin và diphenylol propan Ngoài ra còn dùng nhựa polyepoxy nhận được khi ete hoá phenol-focmandehyde

Nhựa epoxy có thể dùng làm sơn nước, sơn bột, Khả năng ứng dụng rất đa dạng bao gồm: bảo vệ kim loại, cốt thép, đường ống, vật gia dụng, đặt biệt là sơn ô

tô

Sơn epoxy có ưu và khuyết điểm như sau:

 Ưu điểm:

- Độ bám chắc rất tốt

- Độ cứng cao, tính dai tốt, chịu uốn, chịu va đập, cứng mà không dòn

- Chịu ăn mòn hóa học tốt, chịu nước, chịu axit, chịu kiềm, chịu nhiều dung môi hữu cơ rất tốt, đặc biệt là chịu kiềm

- Màng phủ từ nhựa Epoxy có tính co giãn, đóng rắn không thải ra chất độc, bền cơ học, chịu tác dụng của hoá chất

 Khuyết điểm:

- Bột hóa bề mặt nhanh, nhưng ảnh hưởng đến tính năng không lớn

- Chọn lọc với dung môi lớn

- Nếu là loại sơn epoxy có chất đóng rắn amin thì độc hại

Một số hình ảnh về sơn epoxy (hình 7)

Hình 7: Một số loại sơn epoxy phổ biến trên thị trường

Sau đây là một số ứng dụng của nhựa epoxy để làm lớp phủ:

 Sàn phủ Epoxy

Loại vật liệu phủ sàn này phát triển khởi nguồn từ khuyết điểm của sàn bêtông thường dễ gây bụi và khó bảo trì Nó có thể trực tiếp quét phủ lên nền xi măng, làm tăng vẻ đẹp và đạt được hiệu quả bảo trì chống bụi (hình 8)

Hình 8 - Sàn phủ Epoxy [2]

 Công dụng

- Vá sửa sàn epoxy cũ

- Hành lang, lối đi bộ hay nơi để hàng nhẹ

- Phủ tường không bụi, phủ trần nhà

- Phủ chống khuẩn nhà máy chế biến thực phẩm

 Đặc tính

- Ngoại quan đẹp, phẳng nhẵn, lực che phủ tốt

- Không mí ghép, chống bụi, chống nấm mốc và vi khuẩn, dễ làm sạch, bóng đẹp

- Chịu acid yếu, kiềm yếu, phòng độc tốt, an toàn không độc

- Kinh tế, dễ thi công, dễ chùi rửa và bảo quản, tiết kiệm và thiết thực

 Công nghệ làm vỏ tàu bằng gỗ dán epoxy

Có thể nói keo epoxy dùng trong công nghệ đóng thuyền là một điều tuyệt vời, một sự mầu nhiệm Loại keo này có thể thấm sâu, có thể cán mỏng và che phủ

bề mặt của gỗ không cho không khí và hơi ẩm bất kỳ một cơ hội nào Điều đó cũng

có nghĩa là gỗ sẽ không có mối, mọt, và không bị mục, bởi vì không khí và nước – hai tác nhân chính làm cho gỗ mục đã bị chặn đứng Epoxy còn tuyệt vời ở chỗ, chúng ta có thể dùng nó với sợi thủy tinh, sợi basalt, và sợi carbon Với sợi thủy tinh, ta có thể bọc vỏ thuyền, boong thuyền còn với sợi basalt và sợi carbon, ta có thể bọc những nơi chịu lực mạnh như cột buồm, bánh lái, trụ cột dây …Ngay cả đối với thuyền và tàu thủy vỏ sắt và vỏ nhôm, người ta cũng bọc chúng bằng epoxy

1 - Làm dưỡng khung (khuôn) 2 - Lót bao và lát ván

3 - Cắt các panel nữa thân vỏ 4 - Vạch dấu và nối mép ky

Keo epoxy có nhiều ưu điểm:

- Nhờ những nhóm hydroxy và nhóm amin phân cực, màng keo epoxy có tính kết dính rất cao, ngay cả những bề mặt nhẵn của kim loại, thủy tinh, gốm sứ, chất dẻo…

- Nhựa đã đóng rắn có độ bền rất cao vì tính kết dính nội cao

- Khi đóng rắn không tách ra sản phẩm phụ (nước, dung môi…) nên là loại keo rất thích hợp cho bề mặt không có tính hấp thụ như kim loại, thủy tinh… mà không cần nén

- Keo có độ co ngót rất nhỏ, độ “rão” của keo rất nhỏ, đảm bảo được hình dạng khi chịu tải trọng lâu dài

- Bền với độ ẩm và dung môi, khá chịu nhiệt, tính cách điện cao

- Có thể điều chỉnh được tính năng trong phạm vi rộng bằng cách thêm chất độn, chất đóng rắn và các chất phụ gia biến tính

Trên cơ sở nhựa epoxy ED-6, người ta chế biến thành 2 loại keo, keo đóng rắn nguội và keo đóng rắn nóng, khác nhau về cơ chế đóng rắn, tính chất và kỹ thuật sử dụng

Keo đóng rắn nguội dùng chất đóng rắn là các amin béo khác nhau, thông

dụng nhất là hexametylendiamin và polyetilenpolyamin

Bản chất của chất đóng rắn cũng như tỷ lệ của chúng có ảnh hưởng đến tính chất của keo Thời gian sống (thời gian kể từ lúc pha trộn chất đóng rắn tới khi keo rắn lại) của keo dao động từ vài phút đến vài giờ tùy theo loại amin sử dụng Sự có mặt của oxy không hề can thiệp vào quá trình đóng rắn

Keo đóng rắn nóng có độ bền cao hơn, chịu nhiệt tốt hơn keo đóng rắn

nguội và có thể dùng để dán các kết cấu chịu lực bằng kim loại và vật liệu phi kim loại Chất đóng rắn thường dùng là anhydrit của axit dicacboxylic, dixiandiamit, ure, diure…Xúc tác cho quá trình đóng rắn có thể là kiềm, axit photphoric, muối nhôm, kẽm, chì… của axit hữu cơ và các chất khác

Cơ chế đóng rắn nóng khác với cơ chế đóng rắn nguội của nhựa epoxy Không phải nhóm epoxy như trong trường hợp trước mà những nhóm -OH tham gia vào việc tạo nên những cầu nối ngang giữa những đại phân tử

Để tăng tốc cho quá trình đóng rắn, ngoài nhiệt độ, người ta còn thêm các amin bậc ba

Những loại keo này dùng để dán nhôm, thép, thủy tinh hữu cơ, gốm, sứ, gỗ, chất dẻo, nhiệt độ dán khoảng 1500C Cũng có thể duy trì một tải trọng ép trên mối dán tới khi hoàn thành quá trình

Keo từ nhựa epoxy biến tính để tăng cường tính đàn hồi, tính chịu nhiệt và một số tính năng kỹ thuật khác, người ta tiến hành biến tính nhựa epoxy bằng nhựa phenol formaldehit, polyamit, peclovinyl và một số hợp chất cơ kim Keo

epoxyphenol được dùng dưới dạng màng dán ép, đơn giản quá trình dán, và được bán ra thị trường với những tên thương mại khác nhau Phối hợp polymer cơ kim

sẽ thu được keo đóng rắn bằng diamin ở nhiệt độ cao, để dán kim loại và giữ

nguyên được tính năng trong khoảng nhiệt độ từ 60 - 1500C

Một số hình ảnh về keo epoxy (hình 10)

Hình 10: Một số sản phẩm keo epoxy phổ biến trên thị trường

 Màng phủ bảo vệ

Epoxy đã trở thành một lớp màng bảo quản đối với mọi bề mặt vật liệu, từ:

xi măng đến sắt gỗ, nhựa đều có thể dùng epoxy để bảo vệ Và bởi vì đặc tính ưu điểm vượt trội mà người ta có thể tìm thấy được từ epoxy là: độ bám dính cao với tất cả bề mặt, khi bổ sung các nguyên tố hợp kim thì epoxy là loại keo hai thành phần: thành phần epoxy có khả năng liên kết cao và thành phần hóa rắn có bổ sung các hợp kim đặc biệt và gốm, một số vật liệu còn bổ sung các cốt sợi đặc biệt

 Sử dụng trong công nghệ điện tử

Được sử dụng trong động cơ, máy phát điện, máy biến áp, thiết bị chuyển mạch, ống lót và cách điện Epoxy là chất cách điện tuyệt vời và bảo vệ các thiết bị điện không bị ngắn mạch, bụi và ẩm Trong ngành công nghiệp điện nhựa epoxy là nhựa đầu tiên được sử dụng làm, vật liệu bán dẫn, mạch tích hợp lai, bảng mạch in

Dưới đây là mạch tích hợp lai được bao bọc bởi nhựa epoxy (hình 11)

Hình 11: Mạch tích hợp lai epoxy

Nhờ có tính chất cơ lý và cách điện tốt, bền với tác nhân hoá học, nước và

dễ gia công nên nhựa Epoxy được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp điện như chi tiết của sứ cách điện được đề cập trong hình 12

Hình 12: Chi tiết của sứ cách điện

 Wrap seal

Đó là loại epoxy dạng băng quấn Đặc điểm của loại này là dùng để sửa chữa các vết nứt dò rỉ nước, khí, dầu, hóa chất của các đường ống bình hơi một cách an toàn nhất và nhanh chóng nhất (hình 13)

Hình 13: Sản phẩm wrap seal hiện có trên thị trường

Khi phát hiện có vết rò rỉ khẩn cấp ta chỉ cần làm sạch bề mặt và quấn băng Wrap seal theo số vòng yêu cầu theo chỉ dẫn và trong vòng 30 phút là băng quấn tự hóa rắn lại Tạo như một chiếc ống lồng ôm chặt vết nứt và nó có thể chịu áp lực bên trong rất cao: chịu áp lực đến 400 PSI (28 kg/cm2), chịu nhiệt độ đến 200ºC

Có thể dùng cho các ống nhựa, thủy tinh và tất cả kim loại Và an toàn cho cả nước sạch bởi vì không gây độc tố

 Trong các ngành công nghiệp

Không phải ngẫu nhiên mà epoxy được gọi là nhựa cao cấp, bởi nó là thành phần không thể thiếu trong các lĩnh vực quan trọng như xây dựng, giao thông, hàng không vũ trụ (hình 14, 15, 16, 17, 18 )

Ngay trên địa bàn Tp Đà Nẵng, chúng ta cũng dễ dàng nhận thấy sự hiện diện của các công trình lớn có sử dụng loại nhựa này Đơn cử là cầu Thuận Phước (hình 14)

Với việc áp dụng sự tiến bộ khoa học kĩ thuật, cùng dàn kĩ sư nước ngoài đầy kinh nghiệm, công nhân tay nghề cao Thì vào ngày 30 tháng 4 năm 2005, cây cầu này đã chính thức khánh thành là thông xe Với các thông số khổng lồ: dài 1856m, rộng 18m, cao 92m Để có được công trình lớn đó, nguyên vật liệu chủ yếu

là thép và bê tông asphalt có nguồn gốc từ epoxy

Bê tông nhựa Epoxy Asphalt là một loại bê tông polymer có 41 năm lịch sử được sử dụng làm mặt đường trên bản mặt cầu với độ bền rất cao Kể từ 1967 trên

250 triệu pao (tương đương 125.000 tấn) vật liệu này đã được thi công trên các bản mặt cầu với tổng diện tích hơn 85 triệu feet vuông Việc áp dụng loại vật liệu này

đã cho thấy hiệu quả làm việc tuyệt vời của mặt đường trên cầu, trong đó có cầu San Francisco-Oakland Bay (hình 15), nơi có lưu lượng xe mỗi làn trên 30000 xe ô

tô du lịch mỗi ngày và các lớp phủ đã làm việc bền vững sau hơn 32 năm sử dụng

ở điều kiện tải trọng rất nặng (trên 250 triệu lượt xe từ ngày thi công)

Hình 14 : Cầu Thuận Phước- Đà Nẵng- cầu cáp treo dây võng lớn nhất Việt Nam

Hình 15: Cầu San Francisco-Oakland Bay bang California

Một ví dụ rất dễ thấy trên địa bàn, đó là vấn đề thi công trám vết nứt Cầu Rồng – Tp Đà Nẵng (hình 16)

UBND thành phố Đà Nẵng đã phê duyệt phương án và kế hoạch bảo hành công trình Cầu Rồng Các vết nứt sẽ được trám bề mặt bằng vữa Epoxy Sikadur

731 cường độ cao và bơm keo Epoxy Sikadur 752 cường độ cao, độ nhớt thấp Nhà thầu thi công bảo hành là Cienco 1

Hình 16 : Cầu Rồng - Đà Nẵng – mới được bảo dưỡng không lâu

Một ví dụ khác cũng rất rõ ràng, đó chính là trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không Đa số các bộ phận vỏ, bao bọc, của các loại phương tiện này đều sử dụng composite của epoxy với gia cường thích hợp Nhờ đó tạo được hình dạng phức tạp và thỏa mãn các yêu cầu cần thiết về tính năng, tuổi thọ và ngoại quan (hình 17)

Hình 17: Ô tô, máy bay - hai loại phương tiện phổ biến mà các bộ phận dùng

nhiều epoxy

CHƯƠNG 5: LỰA CHỌN QUY TRÌNH VÀ THUYẾT MINH DÂY

CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT NHỰA EPOXY ED6

I CÁC CÔNG ĐOẠN TẠO NHỰA

1.1 Chuẩn bị nguyên liệu

Nguyên liệu bao gồm: epiclohidrin, bisphenol A, xúc tác NaOH, toluen

 Đối với Epyclohydrin

Là chất lỏng không màu, trong suốt

Hàm lượng Epyclohydrin: 99,5%

Phần có nhiệt độ sôi từ 88 - 1150C không được lớn hơn 16%

Phần có nhiệt độ sôi từ 116 - 1170C không bé hơn 80%

Phần có nhiệt độ sôi cao hơn 1170C không được lớn hơn 4%

 Đối với Bis - phenol A (dian)

Là bột trắng đồng nhất, có thể có màu hồng nhạt hay xám, trong một mẻ nguyên liệu không được dùng Bis - phenol A có nhiều màu khác nhau

Hàm lượng Bis - phenol A: 99%

Nhiệt độ bắt đầu nóng chảy không quá 1370C

Hàm lượng phenol tính trong Bis - phenol A không quá 0,5%

Trung tính

Hàm lượng muối ăn mòn không quá 0,04%

Nếu lượng phenol trong Bis - phenol A nhiều quá sẽ làm giảm khả năng phản ứng của bis - phenol A vì phenol có chứa nguyên tử H linh động sẽ làm ngắt mạch phản ứng.

 Đối với NaOH: hàm lượng 99%, dung dịch NaOH có nồng độ 60%

 Đối với toluen:

Là chất lỏng trong suốt, không màu, bay hơi hết không còn cặn

Khối lượng riêng ở 200C là 0,85 - 0,96 g/cm3

 Với tỷ lệ mol như sau

1.3 Ngưng tụ nhựa trong thiết bị phản ứng

Đầu tiên ở nhiệt độ thường cho epiclohidrin vào thiết bị phản ứng, rồi sau cho dian vào khuấy đều với số vòng 300 vòng/phút, tạo huyền phù đồng nhất Sau

đó cho 65% lượng NaOH vào, đun nóng hỗn hợp đến 60 - 650C, giữ trong một giờ Chọn tiếp 22% lượng NaOH vào nâng nhiệt độ lên 60 - 700C giữ trong hai giờ Cuối cùng cho hết 13% lượng NaOH còn lại, nâng nhiệt độ lên 70 - 750 giữ trong 45 phút

Trong suốt quá trình đa tụ, hỗn hợp đẳng phí epyclohydrin và nước bay hơi được ngưng tụ liên tục ở thiết bị ngưng tụ và thu lại ở thiết bị phân tầng Tại thiết

bị này chất lỏng được phân thành hai lớp, lớp trên là nước lớp dưới là epycloydrin được liên tục hoàn nguyên trở lại thiết bị phản ứng

1.4 Chưng tách epyclohydrin

Khi phản ứng đa tụ kết thúc, làm lạnh hỗn hợp xuống 35 - 400C và tiến hành chưng cất epiclohydrin không tham gia phản ứng Epiclohydrin không tham gia phản ứng bay lên tạo hỗn hợp đẳng phí với nước

Quá trình chưng tách được tiến hành dưới áp suất chân không, độ chân không tăng dần lên 600mmHg và nhiệt độ cũng tăng dần lên 700C Gần về cuối cho phép chưng tách epyclohydrin ở nhiệt độ không quá cao hơn 1150C trong thời gian một giờ, áp suất hơi không quá 1 atm Chuyển epyclohydrin ngưng tụ qua thùng chứa chân không để thực hiện quá trình lắng tách, từ đó tháo chảy từng đợt qua thùng chứa khác Khi epyclohydrin không chảy hay nhỏ giọt lâu qua kính quan sát thì quá trình chưng tách kết thúc

1.5 Tiến hành rứa nhựa

Tiến hành rửa nhựa mục đích là tách hết muối NaCl và NaOH dư (nếu có), rửa từ 2 - 5 lần bằng nước nóng 50 - 600C Nếu chỉ rửa bằng nước nóng thì nhựa không tan trong nước do đó NaCl và NaOH dư ở phía trong nhựa không tan hết

Do đó, ta kết hợp rửa nhựa bằng nước và toluen