Nghiên cứu tổng hợp aspartic ester ứng dụng làm màng sơn polyurea bảo vệ kim loại

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HỒNG PHÚC NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP ASPARTIC ESTER ỨNG DỤNG LÀM MÀNG SƠN POLYUREA BẢO VỆ KIM LOẠI Chuyên ngành: Kỹ Thuật Vật Liệu Mã số học viên:60520309 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2017 CƠNG TRÌNH HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hƣớng dẫn khoa học : PGS TS Nguyễn Đắc Thành Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 12 tháng 01năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1.Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn: TS La Thị Thái Hà 2.Phản biện 1:PGS.TS Nguyễn Thị Phƣơng Phong 3.Phản biện 2:PGS.TS Huỳnh Đại Phú 4.Ủy viên: TS Nguyễn Thị Lệ Thu 5.Thƣ ký: TS Cao Xuân Việt Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trƣởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn đƣợc sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TS La Thị Thái Hà TRƢỞNG KHOA PGS.TS Huỳnh Đại Phú ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Hồng Phúc MSHV: 7140334 Ngày, tháng, năm sinh: 04/02/1991 Nơi sinh: Tp HCM Chuyên ngành: Kỹ Thuật Vật Liệu Mã số : 60520309 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tổng hợp Aspartic Ester ứng dụng làm màng sơn Polyurea bảo vệ kim loại II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng hợp Aspartic Ester sở dùng dƣ 4,4’-Methylenebis(2- methylcyclohexylamine) (MMCA) với Diethyl Maleate (DEM) - Đóng rắn xác định tính chất màng Polyurea từ sản phẩm tổng hợp đƣợc chất đóng rắn Hexamethylene Diisocyanate Trimer - So sánh với tính chất lý sản phẩm tổng hợp đƣợc với sản phẩm có mặt thị trƣờng III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 04/07/2016 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2016 V CÁN BỘ HƢỚNG DẪN : PGS TS Nguyễn Đắc Thành Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS TS Nguyễn Đắc Thành TS La Thị Thái Hà TRƢỞNG KHOA PGS TS Huỳnh Đại Phú LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, xin cảm ơn ba mẹ ngƣời thân gia đình tạo điều kiện tốt cho đƣợc học tập Tiếp sau, em xin gửi lời cám ơn chân thành đến quý thầy cô trƣờng đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh nói chung q thầy khoa Cơng Nghệ Vật Liệu nói riêng truyền đạt cho chúng em kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt thời gian học tập Những kiến thức kinh nghiệm tảng vững giúp em thực luận văn Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Đắc Thành, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn em thực luận văn Trong suốt trình thực hiện, thầy Thành tận tình dẫn, chỉnh sửa sai sót, giúp em nắm vững kiến thức để hồn thành luận văn Em xin cảm ơn anh Phan Minh Trí ngƣời bảo hỗ trợ em suốt trình làm luận văn Thêm vào, em xin cám ơn đến ngƣời bạn em, ngƣời gắn bó, giúp đỡ em suốt trình học tập thời gian thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2016 Học viên thực Nguyễn Hồng Phúc TĨM TẮT Luận văn trình bày cách tổng hợp hỗn hợp Aspartic Ester khơng chứa nhóm Amine I nhằm tăng thời gian gia công Polyurea Aspartic Ester đƣợc tổng hợp từ Diethyl Maleate (DEM) từ 4,4’- Methylenebis(2-methylcyclohexylamine) (MMCA) với lƣợng MMCA dƣ Nhằm chuyển hồn tồn nhóm Amin I dƣ hỗn hợp thành Amine II ta dùng Mono Epoxy phản ứng hết với nhóm Amine I Cả hai q trình phản ứng đƣợc khảo sát phƣơng pháp chuẩn độ xác định độ nhớt H1NMR FTIR.Sau Aspartic Ester đƣợc đóng rắn với Hexamethylene Diisocyanate Trimer (Desmodur N3600) tạo thành Polyurea Polyurea đƣợc khảo sát thời gian đóng rắn thời gian gia cơng DSC sau đƣợc tạo mẫu để đo tính lý màng Kết cho thấy Sản phẩm Aspartic Ester có tính kỹ thuật tính chất lý sau hình thành màng tƣơng tự nhƣ Polyurea từ Aspartic Ester thƣơng phẩm ABSTRACT This thesis introduce the synthetic method of Aspartic Ester mixture which is not contain Amine I functional group in order to increase the working time of Polyurea Aspartic Ester was synthesized from Diethyl Maleate (DEM) and 4,4’- Methylenebis(2-methylcyclohexylamine) (MMCA) with excessive amount of MMCA To transform all the Amine I to Amine II, we let Mono Epoxy react completely with the amine I remain in the mixture To evaluate the reaction and synthetic products we used the titration method, viscosity testing, H1-NMR and FTIR After that Aspartic Ester reacter with Hexamethylene Diisocyanate Trimer (Desmodur N3600) to create Polyurea Polyurea Generated fromm Aspartic Ester estimated for curing time, working time, DSC and was processd into coating sample for mechanical testing The result proved that Polyurea coating derived from synthesized Aspartic Ester have technical features and mechanical properties similar to that of commercial Aspartic Ester Luận văn cao hoc MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH BẢNG BIỂU DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 11 1.1.Tình hình sử dụng sơn giới 12 1.2 Sơn Polyurea ứng dụng 14 1.3 Nghiên cứu nƣớc Polyurea 17 1.3.1 Nghiên cứu nƣớc 17 1.3.2 Nghiên cứu nƣớc 18 1.4 Mục tiêu nội dung đề tài 19 1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu 19 1.4.2 Đối tƣợng nghiên cứu 19 1.4.3 Phạm vi nghiên cứu 20 1.4.4 Nội dung Nghiên cứu 20 1.4.5 Điều kiện nghiên cứu 20 CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ 22 2.1 Polyurea 23 2.2 Aspartic Ester 23 2.2.1 Giới thiệu 23 2.2.2 Ƣu điểm hệ sơn Aspartic Ester 24 2.3 Phản ứng tạo Aspartic Ester tổng hợp Aspartic Ester 26 2.3.1 Tổng quát chung 26 2.3.2 Phản ứng tổng hợp Aspartic Ester 28 2.3.3.Lựa chọn nguyên liệu 29 CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM 31 Trang Luận văn cao hoc 3.1 Nguyên liệu - hóa chất 32 3.2 Nghiên cứu qui trình điều kiện tổng hợp Aspartic Ester 32 3.2.1 Tổng hợp Aspartic Ester từ MMCA DEM 32 3.2.2 Biến tính Polyaspartic Ester Mono Epoxy 35 3.3 Nghiên cứu trình đóng rắn tính chất màng Polyurea sờ Aspartic Ester 38 3.3.1 Nghiên cứu tỷ lệ đóng rắn tối ƣu tạo màng Polyurea 38 3.3.2 Khảo sát trình hình thành màng Polyurea từ Aspartic Ester 41 3.3.3 Đánh giá lý tính màng Polyurea từ Aspartic Ester 42 3.4.Các phƣơng pháp đánh giá sử dụng 43 3.4.1 Xác định lƣợng DEM hỗn hợp 43 3.4.2 Xác định số Amine I, II, III 44 3.4.3 Xác định số Epoxy (% Epoxy) 45 3.4.4 Xác định độ nhớt Brookfied 46 3.4.5 Chụp phổ FT-IR 46 3.4.6 Chụp phổ H1-NMR 46 3.4.7 Đo thời gian khô màng 46 3.4.8 Đo thời gian làm việc (working - life time) hỗn hợp đóng rắn 46 3.4.9 Đánh giá lý tính màng 46 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 48 4.1 Nghiên cứu qui trình điều kiện tổng hợp Aspartic Ester 49 4.1.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến trình tổng hợp Aspartic Ester 49 4.1.1.1 .Hiệu suất phản ứng tổng hợp Aspartic Ester 49 4.1.1.2 Độ nhớt 51 4.1.2 Ảnh hƣởng tỷ lệ mol MMCA/DEM đến trình tổng hợp Aspartic Ester 52 4.1.2.1 Hiệu suất phản ứng tổng hợp Aspartic Ester 52 4.1.2.2 Độ nhớt 54 4.1.2.3 .Phổ FT-IR Aspartic Ester 56 Trang Luận văn cao hoc 4.1.2.4 Phổ 1H-NMR Aspartic Ester 57 4.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến q trình biến tính Aspartic Ester Mono Epoxy 59 4.2.1 Hiệu suất phản ứng biến tính Aspartic Ester 59 4.2.2 Độ nhớt Aspartic Ester biến tính Mono Epoxy 61 4.2.3 Kết phổ FT-IR Aspartic Ester biến tính Mono Epoxy 62 4.2.4 Phổ 1H-NMR Aspartic Ester biến tính Mono Epoxy 63 4.3 Khảo sát ảnh hƣởng Tỷ lệ đóng rắn Isocyanate/Amin đến độ bền kéo đứt màng Polyurea 64 4.3.1 Độ bền kéo đứt màng Polyurea 64 4.3.2 Độ biến dạng kéo màng Polyurea 66 4.3.3 Modulus kéo màng Polyurea 67 4.4 Đánh giá Tính chất hệ tạo màng Polyurea từ Aspartic Ester 68 4.4.1 Độ nhớt suốt trình gel hệ Polyurea từ Aspartic Ester 68 4.4.2.Thời gian khô màng Polyurea từ Aspartic Ester 70 4.4.3 DSC Polyurea từ Aspartic Ester 72 4.4.4 Xác định bề dầy màng Polyurea từ Aspartic Ester 73 4.4.5 Xác định độ bám dính màng Polyurea từ Aspartic Ester 73 4.4.6 Xác định độ bền uốn màng Polyurea từ Aspartic Ester 74 4.4.7 Xác định độ bền va đập Polyurea từ Aspartic Ester 74 4.4.8 Xác định độ cứng màng Polyurea từ Aspartic Ester 76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC 1: PHỔ H1-NMR ii PHỤ LỤC 2: PHỔ FT-IR vii PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ CHUẨN ĐỘ DEM TRONG QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP xii PHỤ LỤC 4: KẾT QUẢ CHUẨN ĐỘ % EPOXY TRONG QUÁ TRÌNH BIẾN TÍNH xiii PHỤ LỤC 5: KẾT QUẢ ĐO ĐỘ BỀN KÉO MÀNG POLYUREA xiv PHỤ LỤC 6: BÀI BÁO KHOA HỌC xv Trang Luận văn cao hoc DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Cơ cấu ngành sơn Việt Nam theo sản lƣợng 14 Hình 1.2: Một số ứng dụng Poyurea lĩnh vực công nghiệp xây dựng 16 Hình 1.3: Một số ứng dụng Poyurea lĩnh vực dân dụng 17 Hình 4.1: Biểu đồ hiệu suất phản ứng theo thời gian phản ứng tổng hợp Aspartic Ester từ amine MMCA DEM nhiệt độ khác 50 Hình 4.2: Biểu đồ độ nhớt Aspartic Ester tổng hợp đƣợc 51 Hình 4.3: Biểu đồ mức độ chuyển hóa phản ứng tồng hợp Aspartic Ester từ từ MMCA DEM với mức tỷ lệ mol MMCA/DEM 54 Hình 4.4: Biểu đồ độ nhớt Aspartic Ester tổng hợp đƣợc từ MMCA DEM với mức mức tỷ lệ mol MMCA/DEM khác 55 Hình 4.5: Phổ FT-IR Aspartic Ester từ MMCA DEM 56 Hình 4.6: Phổ 1H-NMR Aspartic Ester từ MMCA DEM 57 Hình 4.7: Sản phẩm Aspartic Ester tổng hợp đƣợc 59 Hình 4.8: Biểu đồ hiệu suất phản ứng theo thời gian phản ứng biến tính Aspartic Ester Mono Epoxy nhiệt độ khác 60 Hình 4.9: Biểu đồ độ nhớt Aspartic Ester biến tính Mono Epoxy 61 Hình 4.10: Phổ FT-IR Aspartic Ester biến tính từ Aspartic Ester A RD 123 62 Hình 4.11: Phổ 1H-NMR Aspartic Ester biến tính 63 Hình 4.12: Sản phẩm Aspartic Ester biến tính 64 Hình 4.13: Biểu đồ thể độ bền kéo đứt màng Aspartic Ester đóng rắn theo tỷ lệ Isocyanate/Amine 0.9/1, 1/1, 1.1/1, 1.2/1 65 Hình 4.14: Biểu đồ thể biến dạng kéo màng Aspartic Ester đóng rắn 66 Hình 4.15: Biểu đồ thể modulus kéo màng Aspartic Ester đóng rắn 67 Hình 4.16 Biểu đồ độ nhớt theo thời gian hỗn hợp đóng rắn Aspratic Ester Aspartic Ester Modified với N3600 69 Trang Luận văn cao hoc Hình 4.17 Biểu đồ thời gian khơ màng mẫu tạo màng Aspartic Ester, Aspartic Ester Modified với N3600 71 Hình 4.18 Đƣờng cong DSC mẫu đóng rắn Am-1.1 72 Hình 4.19: Biểu đồ độ bền va đập màng 75 Hình 4.20: Biểu đồ độ cứng màng 76 Trang ... tài ? ?Nghiên cứu tổng hợp Aspartic Ester ứng dụng làm màng sơn Polyurea bảo vệ kim loại? ?? đƣợc chọn nghiên cứu nhằm mục đích tổng hợp nhựa Polyurea sở Aspartic Ester sử dụng loại nhựa ứng dụng. .. Liệu Mã số : 60520309 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tổng hợp Aspartic Ester ứng dụng làm màng sơn Polyurea bảo vệ kim loại II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng hợp Aspartic Ester sở dùng dƣ 4,4’-Methylenebis(2-... 2.2.2 Ƣu điểm hệ sơn Aspartic Ester 24 2.3 Phản ứng tạo Aspartic Ester tổng hợp Aspartic Ester 26 2.3.1 Tổng quát chung 26 2.3.2 Phản ứng tổng hợp Aspartic Ester