Nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo vecni cao cấp

Đại học quốc gia Tp.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THÚC BỘI THANH NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VECNI CAO CẤP Chuyên ngành : Công Nghệ Hóa Học Mã số ngành 02.10.00 : LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2006 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học Chữ ký Cán chấm nhận xét Chữ ký Cán chấm nhận xét Chữ ký : PGS.TS PHAN MINH TÂN : : : : : Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2006 LỜI CÁM ƠN Tôi xin thành kính cám ơn PGS.TS Phan Minh Tân Giám Đốc Sở Khoa Học Công Nghệ Tp Hồ Chí Minh, Nguyên Trưởng Khoa Công Nghệ Hóa Học – Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Người Thầy hết lòng dạy dỗ truyền đạt nhiều kinh nghiệm quý báu cho có thành hôm Tôi vô biết ơn Ban Giám Đốc Trung Tâm Nghiên Cứu Công Nghệ Lọc Hóa Dầu; anh Hồ Quang Khải anh chị bạn Trung Tâm tạo điều kiện thuận lợi cho thực luận văn Xin chân thành cám ơn Thầy Hoàng Minh Nam, Trưởng Khoa Công Nghệ Hóa Học Ban Chủ Nhiệm Khoa tất Thầy Cô Khoa Công Nghệ Hóa Học – Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, tận tình giúp đỡ thời gian làm luận văn Người Thầy kính mến tận tâm với học trò, Thầy Dương Thành Trung, Chủ Nhiệm Bộ Môn Công Nghệ Chế Biến Dầu Khí- Khoa Công Nghệ Hóa Học – Trường Đại Học Bách Khoa Tp HCM; thầy cô Bộ Môn nhiệt tình hướng dẫn Thầy Cô Bộ Môn Hóa Hữu Cơ giúp đỡ thực luận văn Các Thầy Cô Trung Tâm Polymer giúp đỡ việc thử nghiệm Tôi xin gởi lời cám ơn sâu sắc đến Ban Giám Đốc Công ty Bao Bì Hoàng Hà, anh Đạt – Trưởng Phòng Kỹ Thuật anh phân xưởng sản xuất (đường Trường Sơn) nhiệt tình giúp đỡ việc thử nghiệm vecni máy tráng công nghiệp công ty Với tất lòng tri ân, xin gởi đến Ba tôi, Ba Mẹ chồng tôi, anh chị thành viên gia đình giúp có nghị lực để hoàn thành luận văn Tôi xin kính dâng lên hương hồn Mẹ tôi, người mẹ vừa qua đời thời gian làm luận văn Thân tặng anh Nguyễn Vũ Thượng, chồng tôi, chỗ dựa vững mang lại niềm tin đóng góp ý kiến giúp hoàn chỉnh luận văn TÓM TẮT NGHIÊN CỨU Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu thực nhằm đưa quy trình công nghệ chế tạo vecni cao cấp đóng rắn tia cực tím Phương pháp nghiên cứu: Đây thể loại nghiên cứu thực nghiệm thực phòng thí nghiệm Trung Tâm Nghiên Cứu Công Nghệ Lọc Hóa Dầu – trường Đại Học Bách Khoa Đề tài nghiên cứu nội dung sau: khảo sát quy trình tổng hợp chất pha loãng Diethyleneglycol Diacrylate; khảo sát phản ứng tổng hợp nhựa sở Epoxyacrylate biến tính với Maleic Anhydride; tìm công thức pha chế đóng rắn vecni; khảo sát độ bền lý, hóa học màng vecni Tia cực tím cố định với bước sóng: 200 – 400nm, công suất 2.0KW, thời gian vecni đóng rắn khoảng – 5giây Kết quả: Tìm điều kiện thích hợp để tổng hợp chất pha loãng Diethyleneglycol Diacrylate từ Epoxy Acid Acrylic ; xác định điều kiện tối ưu cho phản ứng tổng hợp nhựa Epoxyacrylate biến tính với Maleic Anhydride; thiết lập công thức pha chế đóng rắn vecni; xác lập quy trình chế tạo vecni cao cấp Vecni thử nghiệm vật liệu: giấy, nhựa, kim loại MỤC LỤC NHIỆM VỤ LỜI CÁM ƠN TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ MỤC LỤC MỞ ĐẦU PHAÀN I TOÅNG QUAN - Chương GIỚI THIỆU VECNI I GIỚI THIỆU II VECNI PHỦ ĐÓNG RẮN BẰNG TIA CỰC TÍM III THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA VECNI PHỦ ĐÓNG RẮN BẰNG TIA CỰC TÍM -5 Chương VECNI TRÊN CƠ SỞ EPOXY VINYLESTER BIẾN TÍNH BỞI MALEIC ANHYDRIDE I ĐẶC TÍNH CẤU TRÚC EPOXYACRYLATE II ỨNG DỤNG CỦA EPOXYACRYLATE - 10 III CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỔNG HP - 10 III.1 Phản ứng - 10 III.2 Cơ chế phản ứng ester hoùa 22 III.2.1 Cơ chế 12 III.2.2 Cơ chế 13 III.3 Một số phản ứng phụ xaûy - 14 Chương ĐÓNG RẮN VECNI - 15 I CÁC LOẠI LỚP PHỦ VÀ ĐẶC TÍNH ĐÓNG RẮN 15 I.1 Lớp phủ có hàm lượng chất raén cao - 15 I.2 Lớp phủ sử dụng nước làm dung môi - 16 I.3 Lớp phủ loại bột 17 I.4 Lớp phủ đóng rắn tia cực tím 19 II SO SÁNH CÁC LOẠI LỚP PHỦ - 21 III CƠ CHẾ ĐÓNG RẮN - 25 Chương GIỚI THIỆU PHẢN ỨNG TỔNG HP DEGDA - 28 I CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỔNG HP 28 II PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ - 28 II.1 Phản ứng - 29 II.2 Cơ chế 29 III CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN PHẢN ỨNG ESTER HÓA - 32 III.1 Ảnh hưởng cấu trúc đến phản ứng ester hóa 33 III.2 Nhiệt độ 33 III.3 Aùp suaát - 34 III.4 Thời gian phản öùng 34 III.5 Xúc tác cho phản ứng ester hóa 34 III.6 Tỷ lệ Rượu/Acid 35 IV CÔNG NGHỆ ESTER HÓA 36 PHẦN II THỰC NGHIỆM - 38 Chương 1.1 NGUYÊN LIỆU 39 I NHỰA EPOXY - 39 II ACID ACRYLIC - 41 III DIETHYLENEGLYCOL 41 IV TRIETHYLAMINE 43 V HYDROQUINONE 44 VI MALEIC ANHYDRIC - 45 VII ISOPROPANOL 46 VIII DIETHYLENEGLYCOL DIACRYLATE 47 IX TRIMETHYLOLPROPANE TRIACRYLATE 48 X BENZOPHENONE - 49 XI p-TOLUENE SULPHONIC ACID - 50 XII TOLUENE - 51 1.1.1 Chương THỰC NGHIỆM - 52 QUY TRÌNH TỔNG HP ESTHER DIETHYLENEGLYCOL DIACRYLATE 52 I.1 Duïng cuï 52 I.2 Caùch tiến hành 53 I.3 Quy trình - 54 quy trình chẾ TẠO vecni 55 II.1 Dụng cụ thí nghiệm 55 II.2 Hệ thống đèn chiếu tia cực tím - 56 II.3 Quy trình tổng hợp nhựa sở Epoxyacrylate biến tính với MA 56 II.4 Quy trình phối trộn đóng rắn vecni 58 II.5 Khảo sát độ bền môi trường vecni 60 II.6 Khảo sát độ bền lý sản phẩm vecni 60 PHẦN III KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN - 61 I KHẢO SÁT PHẢN ỨNG TỔNG HP CHẤT PHA LOÃNG DEGDA 62 I.1 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng xúc tác đến hiệu suất phản ứng62 I.2 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng Hydroquinone - 64 I.3 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ Dietyleneglycol / Acid Acrylic 66 I.4 Các tính chất vật lý DEGDA 68 II KHẢO SÁT PHẢN ỨNG TỔNG HP NHỰA NỀN EPOXYACRYLATE BIẾN TÍNH VỚI MALEIC ANHYDRIDE - 70 II.1 nh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng Epoxy Acid Acrylic 71 II.1.1 Tỷ lệ Epoxy/Acrylic 1.0/1.85 - 71 II.1.2 Tỷ lệ Epoxy/Acrylic 1.0/2.0 - 73 II.2 Aûnh hưởng tỷ lệ mol Epoxy Acid Acrylic đến hiệu suất phản ứng 76 II.2.1 Nhiệt độ 80oC - 76 II.2.2 Nhiệt độ 100oC 77 II.2.3 Nhiệt độ 120oC 77 II.3 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng MA đến hiệu suất phản ứng 78 III PHA CHẾ VÀ ĐÓNG RẮN VECNI 81 III.1 Lựa chọn hệ đóng rắn - 81 III.2 Lựa chọn chất pha loaõng 82 III.3 Tiến hành tráng đóng rắnvecni - 83 III.4 Khảo sát tỷ lệ chất pha loãng polyacrylate thành phần vecni83 III.5 Khảo sát độ bền hóa học màng vecni phụ thuộc vào hàm lượng Maleic Anhydride Benzophenone - 86 III.5.1 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng MA đến độ bền môi trường 86 III.5.2 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng BP đến độ bền môi trường 90 KẾT LUẬN 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẦN PHỤ LỤC TÓM TẮT LÝ LỊCH • Thời gian phản ứng, III : PHA CHẾ VÀ ĐÓNG RẮN VECNI III.1 Lựa chọn hệ đóng rắn Vecni đóng rắn tác dụng tia cực tím (UV: Ultra Violet) Trong nghiên cứu này, ta sử dụng đèn công nghiệp để đóng rắn với công suất 2.0 KW, tia cực tím có bước sóng nằm khoảng 200– 400nm Để đảm bảo thời gian đóng rắn tối đa – giây, thành phần vecni phải có chất nhạy quang Theo tài liệu tham khảo, nhiều hợp chất đóng vai trò chất nhạy quang: Acetophenone; 4’-ter-butyl-2,2,2-trichloroacetophenone; 4’-phenoxy-2,2dichloracetophenone; diethoxyoxanthone… ; thông dụng Benzophenone với công thức hóa học: C O Benzophenone có điểm chảy 47 - 490C, thích hợp cho vecni đóng rắn tia cực tím Chất xúc tiến cho hệ đóng rắn lựa chọn Triethylamine (TEA) có công thức: (CH3-CH2)3N Đây chất không màu, dễ hòa tan Isopropanol (IPA) Và IPA dung môi cho vecni III.2 Lựa chọn chất pha loãng Một thành phần quan trọng vecni chất pha loãng Yêu cầu với chất pha loãng chứa hai nhóm vinyl để tác dụng với nối đôi (C=C) nhựa xét chất chất pha loãng đóng vai trò tác chất khâu mạch Mặt khác để tăng độ mềm dẻo cho màng vecni, nhóm vinyl phải phân cách nhóm ester ether, chất pha loãng thường sản phẩm ester glycol, rượu đa chức, với Acid Acrylic hay Acid Methacrylic Thông dụng là: Trimethylolpropane Triacrylate (TMPTA) Diethyleneglycol Diacrylate (DEGDA) H C CH O CO CH CH CH CH O CH CH OC 2 O CO HC CH Trimethylolpropane Triacrylate (TMPTA) H C CH O CO CH CH CH O CH CH O C CH O Diethyleneglycol Diacrylate (DEGDA) Trong nghiên cứu sử dụng hỗn hợp TMPTA DEGDA (tỷ lệ 50/50) với hàm lượng thay đổi từ - 20% thành phần vecni III.3 Tiến hành tráng đóng rắn vecni Dựa theo tài liệu [23], vecni pha chế theo thành phần khối lượng sau: - Nhựa Epoxyacrylate,% : 65 - Chất pha loãng TMPTA DEGDA,% : 5,10,15 20 - Dung môi IPA,% : 25 - Benzophenone,% : - TEA,% : Vecni tráng lên giấy, nhựa, hay kim loại máy Eye Graphic (Japan) với công suất đèn cực tím: 2.0KW; tốc độ 10-30 m/phút Thời gian khô màng vecni : - giây III.4 Khảo sát tỷ lệ chất pha loãng polyacrylate thành phần vecni Ta khảo sát độ bền mẫu môi trường theo tỷ lệ chất pha loãng (DEGDA TMPTA) có vecni: 0%, 5, 10, 15 20% Tỷ lệ polyacrylate 0% Thời gian,(giờ) 5% 10% 15% 20% Khối lượng mẫu, (g) 0.0231 0.0208 0.0258 0.0218 0.0234 24 0.0228 0.0207 0.0248 0.0214 0.0230 36 0.0226 0.0207 0.0248 0.0214 0.0230 48 0.0225 0.0207 0.0248 0.0212 0.0233 72 0.0225 0.0206 0.0247 0.0210 0.0235 96 0.0224 0.0205 0.0247 0.0217 0.0231 144 0.0225 0.0204 0.0245 0.0218 0.0230 168 0.0225 0.0204 0.0246 0.0219 0.0231 Baûng III.2: Ảnh hưởng tỷ lệ polyacrylate đến độ bền màng vecni môi trường HCl (pH = 2) Tỷ lệ polyacrylate 0% Thời gian,(giờ) 5% 10% 15% 20% Khối lượng mẫu, (g) 0.0263 0.0284 0.0224 0.0297 0.0280 24 0.0256 0.0283 0.0218 0.0294 0.0275 36 0.0251 0.0282 0.0216 0.0292 0.0275 48 0.0252 0.0284 0.0215 0.0290 0.0282 72 0.0251 0.0283 0.0216 0.0291 0.0277 96 0.0250 0.0283 0.0218 0.0288 0.0272 144 0.0248 0.2810 0.0212 0.0288 0.0270 168 0.0245 0.0281 0.0208 0.0281 0.0267 Bảng III.3: Ảnh hưởng tỷ lệ polyacrylate đến độ bền màng vecni môi trường NaOH 5% Tỷ lệ polyacrylate 0% Thời gian,(giờ) 5% 10% 15% 20% Khối lượng mẫu, (g) 0.0241 0.0275 0.0254 0.0286 0.0263 0.0240 0.0273 0.0252 0.0284 0.0261 36 0.0240 0.0272 0.0250 0.0281 0.0260 48 0.0238 0.0271 0.0249 0.0279 0.0260 72 0.0239 0.0271 0.0249 0.0280 0.0259 96 0.0237 0.0270 0.0249 0.0278 0.0259 144 0.0238 0.0270 0.0248 0.028 0.0259 168 0.0235 0.0270 0.0246 0.0278 0.0257 Bảng III.4: Ảnh hưởng tỷ lệ polyacrylate đến độ bền màng vecni môi trường NaCl 10% Tỷ lệ polyacrylate 0% Thời gian,(giờ) 5% 10% 15% 20% Khối lượng mẫu, (g) 0.0209 0.2670 0.0217 0.0237 0.0295 24 0.0203 0.2667 0.0212 0.0217 0.0291 36 0.0199 0.2664 0.0195 0.0201 0.0288 48 0.0194 0.2662 0.0181 0.0181 0.0288 72 0.0195 0.2664 0.0181 0.0167 0.0287 96 0.0196 0.2668 0.0178 0.0155 0.0284 144 0.0202 0.2671 0.0199 0.0148 x 0.2655 0.0195 X x 168 x Bảng III.5: Ảnh hưởng tỷ lệ polyacrylate đến độ bền màng vecni môi trường Toluene Qua bảng kết (bảng III.2, III.3, III.4 III.5), ta nhận thấy mẫu vecni với tỷ lệ polyacrylate 5% có khối lượng thay đổi Từ ta chọn tỷ lệ chất pha loãng (DEGDA TMPTA) : 5% khối lượng thành phần vecni III.5 Khảo sát độ bền hóa học màng vecni phụ thuộc vào hàm lượng Maleic Anhydride Benzophenone Đề tài thực khảo sát độ bền màng vecni sau đóng rắn môi trường nước, dung dịch NaCl 10%, Toluene, cồn, xăng, dung dịch HCl (pH = 2) dung dịch NaOH 5%; với thời gian ngâm mẫu liên tục ngày III.5.1 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng MA đến độ bền môi trường III.5.1.1 Môi trường acid HCl (pH = 2) Trong bảng III.2 trình bày kết thay đổi khối lượng mẫu với hàm lượng BP = 3% Bảng III.6: Ảnh hưởng hàm lượng MA đến độ bền màng vecni môi trường HCl (hàm lượng BP = 3%) Khối lượng Hàm lượng MA, % maãu, (g) 15% 20% 25% 30% 0.0404 0.1036 0.0444 0.0580 24 0.0398 0.1011 0.0434 0.0564 48 0.0397 0.1006 0.0424 0.0560 72 0.0390 0.0974 0.0422 0.0558 96 0.0382 0.0934 0.0409 0.0554 168 0.0377 0.0920 0.0405 0.0545 Thời gian, (giờ) (Trước ngâm) Các kết bảng cho thấy, nhìn chung màng vecni tương đối bền với với tác dụng HCl; thay đổi khối lượng (